软弱地基的松木桩处理

摘要： 软弱地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性

很小等特性，因此在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，因而常常需要采取措施，进行地基处理。处理的目的是要提高软弱地基的强度，保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降。目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法，本文结合工程实践，对用松木桩处理软弱地基的问题作一些探讨。 关键词： 地基处理 松木桩施工

一、 软弱地基的种类及常见的处理方法

软弱地基的种类很多，按成因一般可分为人工填土类地基；海相、河流相和湖相沉积而成的含淤质粘土类地基；各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的粘土类地基。复杂的成因造成了它们在物理力学性能上的复杂性，它们的共同特点是承载力低、压缩性高。目前对厚度较大的软弱地基一般采用各类钢筋混凝土桩进行处理，对含水量和孔隙比较大的软弱地基一般采用砂桩、水泥搅拌桩，化学灌浆或堆载预压等方法处理。各种处理方法都有较强的针对性，处理方法选择是否合理，直接影响到建筑物的设计是否安全和节约。在实际工程中，松木桩处理软弱地基的问题较少提及，笔者认为在条件许可的情况下采用短木桩处理某些软弱地基不仅施工较为便捷，而且费用也较为经济合理。

二、 用松木桩处理地基的实例

在实际工程中软弱地基普遍存在，对于一些桥梁支架基础遇局部软弱地基的

情况，大多是采用松木桩处理地基的。下面就北涝圩大桥现浇箱梁的地基处理作一简要介绍。

1、工程的地质概况

根据钻孔资料，堤基土（岩）按其时代、成因及岩性不同，自上而下分为人工填土和耕土（Qml，层号①-1、①-2），②-3淤泥质粉质粘土。

支架地基主要位于②-3淤泥质粉质粘土，该层层厚~8.6m，平均7.45m。结合支架结构型式和荷载分布及支架工程对地基的要求，并参照专家论证会的地基处理意见，支架地基基础采用松木桩基础。

2、 松木桩的设计计算

根据钻孔资料，堤基土（岩）按其时代、成因及岩性不同，自上而下分为人工填土和耕土（Qml，层号①-1、①-2），②-3淤泥质粉质粘土。

支架地基主要位于②-3淤泥质粉质粘土，该层层厚~10.3m，平均7.45m。结合支架结构型式和荷载分布及支架工程对地基的要求，支架地基基础采用松木桩基础。

（1）桩身及其布置设计计算

根据《建筑地基处理规范》（JGJ79－2002），单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩荷载试验确定，对于初步设计报告阶段，可按以下列公式估算：

RaupqsiliqpAP；

i1n式中： up——桩的周长，m；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值，取11kPa； li——桩周第i层土的厚度，取4m；

——桩端天然地基土的承载力折减系数，取；

qp——桩端天然地基土未经修正的承载力特征值，摩擦桩时取0 kPa；

AP——桩端截面积，m；

2

每平方米所需桩数：nR/Ra

式中： R——支架的基底应力，取最大值131 kPa；

Ra——单桩竖向承载力特征值，kPa；

根据以上公式，松木桩单桩竖向承载力特征值计算成果见表1。 表1 单桩竖向承载力特征值计算成果表 计算项目 桩的周长up 侧阻力特征值qsi 层土的厚度li 折减系数α 地基承载力qp 桩端截面积Ap 挡土墙的基地应力R 单桩竖向承载力特征值Ra 单 位 m kPa m / kPa m2 kPa kPa 特征参数 备注 取最大值 取5，即按500×500mm11 4 0 131 每平方米所需桩数n 根 梅花型布置 松木桩桩身尾径φ=200mm，单桩长4m，按500×500mm间距呈梅花型布置。 （2）复合地基设计计算

根据《建筑地基处理规范》（JGJ79－2002），复合地基承载力应通过现场复合地基载荷试验确定，对于初步设计报告阶段，可按以下列公式估算：

复合地基承载力：

式中： fspk——复合地基承载力特征值，KPa； m——面积置换率；

Ra——单桩竖向承载力特征值，KPa；

AP——桩端截面积，m；

2

——桩间土承载力折减系数，取；

fsk——处理后桩间土承载力特征值，无实验成果时可取天然地基土承载力特征值。

根据以上公式，松木桩复合地基承载力计算成果见表2。

表2 复合地基承载力估算成果表 计算项目 面积置换率m 单桩竖向承载力特征值Ra 桩端截面积Ap 折减系数β 桩间土承载力fsk 复合地基承载力fspk 单 位 / kPa m2 / kPa kPa 特征参数 % 备注 取50 取140 80 复合地基承载力fspk=140kPa＞地基基底应力最大值131 kPa，满足设计要求。 （3）下卧层强度验算

根据根据地质勘察资料可知复合地基下卧层为粉砂层,属于软弱下卧层。根据《建筑地基基础处理技术规范》（JGJ79-2002），当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的强度，可按下式验算:

式中: Pz——软弱下卧层顶面处的附加压力值(kPa);

Pcz——软弱下卧层顶面处的复合地基自重压力值(kPa);

faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa); 对条形基础，Pz值可按下式简化计算： 式中：b——基础底面宽度(m);

Pk——基础底面压力设计值(kPa); Pc——基础底面处土的自重压力(kPa); z——基础底面至软弱下卧层顶面的距离(m);

θ——复合地基压力扩散角,由《建筑地基基础设计规范》查得。 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值faz按下式计算： 式中：fak——地基承载力标准值(kPa);

ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数; γ——基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度(kN/m3); γm——基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取浮重度

(kN/m3);

d——基础埋置深度(m)。

根据以上公式，下卧层强度验算成果见表3。 表3 下卧层强度验算成果表

计算项目 基础底面压力Pk 基础底面处土的自重压力Pc 下卧层地基承载力标准值fak 软弱下卧层顶面处的附加压力Pz 单 位 kPa kPa kPa kPa 特征参数 131 备注 80 软弱下卧层顶面处的复合地基 kPa 自重压力Pcz 软弱下卧层顶面处经深度修正后的 kPa 地基承载力特征值faz Pz+Pcz=+= kPa≤faz=

故软弱下卧层强度满足要求。 （4）复合地基沉降量计算

根据《建筑地基基础处理技术规范》（JGJ79-2002），复合地基的变形包括松木桩复合土层的平均压缩变形S1与桩端下未加固土层的压缩变形S2。

①松木桩复合土层的压缩变形s1按下式计算：

(Pz+Pzl)

S1= 2EpsEsp=mEp+(1−m)Es

式中：Pz — 松木桩复合土层顶面的附加压力值，（Kpa）； Pzl — 松木桩复合土层底面的附加压力值，（Kpa）； Esp —松木桩复合土层的压缩模量，（Kpa）；

Ep — 松木桩的压缩模量，取（100～120）fcu（Kpa）； Es — 桩间土的压缩模量，（Kpa）。

根据以上公式，松木桩复合土层压缩变形s1计算成果见表4。 表4 松木桩复合土层压缩变形s1计算成果表

计算项目 面积置换率m 松木桩的压缩模量Ep 单 位 / kPa 特征参数 % 220000 取110fcu 备注 桩间土的压缩模量Es 松木桩复合土层的压缩模量Esp kPa kPa 2500 取最大基底应顶面的附加压力值Pz kPa 131 力值 底面的附加压力值Pz 松木桩复合土层的压缩变形s1 kPa mm ②桩端下未加固土层的压缩变形S2按下式计算：

n

S2=ψsS/=ψs∑

i=1

P0

(Za−Zi−1ai−1) Esiii

式中：S — 地基最终变形量，（mm）；

S/ — 按分层总和法计算出的地基变形量（mm）； Ψs— 沉降计算经验系数；

n — 地基变形计算深度范围内所划分的土层数；

p0 — 对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力(kPa)； Esi — 基础底面下第i层土的压缩模量，(MPa)；

zi,zi-1 — 基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)； ai,ai-1 — 基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。

桩端下未加固土层各层沉降量计算见表5 表5 桩端下未加固土层各层沉降量计算 岩性 淤泥质粉质粘土 粉质粘土 平均层厚（m） 压缩模量（MPa） 各层沉降量(mm) 累计沉降量(mm) 粘土 10 15 S2=Ψs*S/=×=(mm) ③复合地基总沉降量

复合地基总沉降量为：S1+S2=+=52 (mm)，满足规范要求。 （３） 经济效果分析

根据建筑预算定额，φ20cm的松木桩4m长每根桩工料费为237元／根，总费用2629*237=万元。若采用水泥搅拌桩，费用为1980*11*32=万元，考虑到水泥搅拌桩需28天等强，且不能达到本项目工期要求，故不予采用；若用换土垫层则需3100*10*20=62万元，并且因本项目临近巢湖，地下水位较高，且淤泥深度达到10米以上，换土施工难度很大，更不能满足工期要求。显然用松木桩方案为首选。该工程2013年11月施工完成以来，通过使用和观测证明，结构稳定安全。

三、 松木桩处理软弱地基的适应条件

根据在软土地基上工程建设的实践经验，软土地基的设计之前必须认真进行工程地质勘察和土工试验。只有查清土层和土质的情况，才能正确地进行设计和施工；再者，必须从场地的土层和土质的特点出发，对地基与基础的结构、施工及使用等方面进行综合考虑，通过方案比较、合理地选择地基处理方案。一般软土厚度小于5m时较为适宜用松木桩处理，为了便于打桩，桩长不宜超过4m。作端承桩时，为了保证桩尖能进入持力层，上部可先开挖至基础的埋深后再打桩。桩的材料必须用松木，因松木含有丰富的松脂，这些松脂能很好地防止地下水和细菌对其的腐蚀，价格也较为便宜。松木桩适宜在地下水以下工作，对于地下水位变化幅度较大或地下水具有较强腐蚀性的地区，不宜使用松木桩。

实践证明，短木桩处理软弱地基时，有施工方便、经济效益明显的优点，它可避免大量的土方开挖，因而在松木资源较为丰富的地区，用松木桩处理软弱地

基在经济和技术上是可行的，它不失为一种处理软弱地基的有效手段。

主要参考文献

1、地基处理手册编写委员会，地基处理手册，第二版，北京：中国建筑工业出版社，2000

2、叶观宝编着，地基加固新技术，第二版，北京：机械工业出版社，2002 3、中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑地基基础设计规范，中国建筑工业出版社，2011

4、中华人民共和国行业标准：建筑地基处理技术规范（JGJ79—91），中国建筑工业出版社，2012

5、周水兴、何兆益、邹毅松等编着，路桥施工计算手册，人民交通出版社，2001 作者简介:胡朝升（1986年3月），男，本科，安徽安庆人，助理工程师，从事道路桥梁施工。