利用木桩解决水下淤泥土软地基

吴明舒

【摘 要】在羊过水水库至凤凰山输水管道工程中，三标段两处跨钱屯水库库区里面的河道，河道两岸为沼泽地与淤泥土，淤泥土厚度3.0 m。为解决支承管道跨河建筑物的基础，采用了木桩桩基端承桩，完成了排架、桁架和管道安装工作，本文就木桩桩基的使用方法，进行实践与理论分析探讨。

【关键词】输水管道；沼泽地；淤泥土；跨河建筑物；木桩桩基；探讨

1.基本情况

宣威羊过水库至凤凰山输水管道工程，管道全长27.936km，管径DN1000mm，设计输水流量为0.63m3/s。管材有23.516km为预应力钢筋混凝土管，4.42km为螺旋缝焊接钢管，管材耐压级别均0.8MPa。该工程设计规模为小（一）型，年供水量2000万m3。其中供给凤凰山工业园区工业用水1247万m3，集镇供水300万m3，农业灌溉供水453万m3，管道末端蓄水池蓄水1.2万m3。管道从水库导流洞引出至凤凰山，经过板桥、虹桥、宛水、双龙、来宾五个乡镇、街道办事处。在27.936km的输水管道线路中，有11个跨越和穿越河道段。其中有7个跨越河道架空段，四个穿越河床埋设段。在7个跨越河道架空段中，最为复杂、施工难度大的是三标段中的两个跨河桁架的基础施工。施工时两河段的水面宽度为45.0m和47.0m，河中心水深1.2m。1号桁架处水面宽从12+200至12+245，2号桁架处水面宽度从12+700至12+747。1号和2号桁架设计均为三跨，长度均为40.0m。1号桁架两边跨径为10.0m。中间桁架跨径为20.0m。2号桁架两边跨跨径为12.5m，中间桁架跨径为15.0m。桁架底面距最高水位为2.2m。1号和2号桁架的支承排架基础尺寸相同。1号和4号基础平面尺寸为a×b=3.6×3.6（m），2号和3号基础平面尺寸a×b=5.0×4.0（m）。因桁架下地基处于水下，做支承桁架的排架基础难度大，一是排水困难，截流运不进土，开挖排水沟工程量大，需要征用土地。二是水下淤泥土厚度大，基坑开挖容易坍塌，要开挖到相应的持力层，必须达到3.5m以上深度，根据管道槽开挖的情况分析，基坑周边打设三排支护桩，也无法解决土体在荷载作用下，发生的塑性流动滑移。经分析研究决定，采用木桩基解决水下淤泥土上建支承桁架的排架基础问题。

2.桩的选择与压桩试验

桩的选择上，排除了混凝土桩，钢筋混凝土桩、钢桩、组合材料桩，决定采用木桩进行压桩试验。

经市场调查，木材市场上只有松木、杉木、桉木，因受长度和小头直径限制，选择了小头直径不小于0.15m的松木，长度3.0m、4.0m、5.0m的三组木桩共9根进行压桩试验。试验的办法是在同样的淤泥土上进行三组桩的试压，试压是采用大型挖机的斗将木桩压进淤泥土中。3.0m长的桩很容易就压入淤泥土中，4.0m长的桩稍加压也就进入了淤泥土中，5.0m长的桩压入土中4.0m后就要加大压力才能压进土中。由此证明5.0m长的桩，桩身己穿过软弱土层，到达深层坚硬的土体中。根据压桩试验的结果，决定使用长5.0m，小头直径0.15m的松木作为桩基使用。按荷载的传递方式，这种桩的作用是将建筑物的荷重穿过软弱土层传给坚实的下卧层，起着这种作用的桩叫端承桩，也叫端支桩。桩的作用除受垂直荷载外，同时还要担负水平荷载。对1号和2号桁架的基础处理，决定采用端承桩基。

3.桩基承载量的确定与桩基布置

单桩的载量一方面决定于桩本身的材料强度，另一方面决定于周围的土对桩的支承能力。如果周围的土对桩的支承能力大于木桩本身的材料强度，那么桩的承载量应等于桩材料的最大承压强度。但如果周围的土对桩所能发挥的最大支承能力小于木桩本身的材料强度，这时桩的承载量只能等于土的支承能力。在该工程中遇到的就是后一种情况。

决定土对桩的最大支承能力有三种方法，静力学方法，动力学方法和静载重试验法。根据实际情况判定该工程采用静力学方法。

在静力学方法中认为土对桩的全部支承力[R]由两部分组成，即桩端土的抵抗力[Rs]和桩侧面上土的摩擦力[Rf]。R=Rs+Rf

Rs——桩端下土的许可承载力与桩端横截面积的乘积。

Rf=μ.L0.f0

μ——桩的周长（m）

L0——桩的计算长度（m）

f0——桩周土的单位面积摩阻力，按穿过各土层厚度的加权平均数计（T/m2）。

式中L1，L2……Ln是桩穿过各土层的厚度

F1，f2……fn是各土层对桩身单位面积上的摩阻力。

从表中查得土对木桩的许可单位面积的摩阻力值（T/m2）

淤泥土f1=1.0 容许承载力R=4T/m2

粘土（流态）f2=1.0 容许承载力R=4T/m2

粘土（塑态）f2=1.5 容许承载力R=8T/m2

根据采用松木、小头直径0.15m，计算桩长按5.0m计，计算得f0=1.1T/m2Rf=1.265 T/m2Rs=0.14T/m2

最后计算得土对桩的支承力R=1.405T/m2。

静力学方法简单，只能在设计过程中估算桩的需要长度和许可承载量，计算出的RS与Rf都只是近似的，得出的结果不及载荷试验可靠。

桩基的布置，首先已确定为端承桩基，根据河面宽河中水深，淤泥厚度大，单桩的承载量和试压状态分析，拟定选用长5.0m，小头直径0.15m，顺直平滑的松木作桩基用。桩数和桩长的计算，将作用于基础的荷载假定为偏心荷载，基底压力为梯形分布，其桩数的计算式为：

N=μ

式中μ——为系数，取值在1～1.2之间。

ΣQ——作用于基础上的垂直荷载。

R——土对桩的支承力

按上式计算得桩数N=70根，按桩的中心间距要求，桩距为2.5～4.0d，d为木桩直径。计算得70棵木桩数，在a×b=5.0×4.0（m）基础上布置压桩，桩距为0.6m，桩距太大。分析决定采用3d计算桩距，得桩距0.45m。在a×b=5.0×4.0（m）的基础上纵向布置12棵，横向9棵，共计108棵桩。

a×b=3.6×3.6（m）的基础上共计72棵桩。

4.桩基台构造与施工

桩基台的构造：在a×b=5.0×4.0（m）的淤泥土中由108棵桩构成桩基，a×b=3.6×3.6（m）的淤泥土中由72棵单桩构成桩基。在桩与桩之间和桩顶以上淤泥土中抛压块石，桩顶块石厚度为0.6m。在淤泥土表面以上的块石中浇筑C15混凝土，块石的上面有一层厚0.2m的C20混凝土找平层，2号和3号基础尺寸为a×b=5.0×4.0（m）上部为0.5m厚C30钢筋混凝土平台，平台尺寸为a×b=4.0×3.0（m）的排架基础平台。1号和4号基础尺寸为a×b=3.6×3.6（m），排架基础平台尺寸为a×b=2.6×2.6（m）。

首先进行桁架基础的定位放线，做好标记物，进行桩基的压桩工作。木桩按施工放线压桩完成后，在所有桩基的四个直角边设定标杆，进行轴线和基础尺寸验证。然后在桩顶部的淤泥土中抛压块石，长宽均要求大于设计尺寸1.0m，将整个桩基顶上铺压块石厚度，使木桩嵌入块石当中形成一个整体。淤泥土上面的块石中浇筑C15混凝土，成浆砌块石体。浆砌石上面采用C20混凝土找平层，找平层的上面为厚0.5m的C30钢筋混凝土排架基础平台。

5.结语

桩基是一种最古老的地基加固方法，在古代时期就开始使用木桩解决在软弱地基上进行建筑的问题。利用木桩解决水下淤泥土地基，小型水闸软弱地基，水库除险加固中闸门框架软弱地（下转第413页）（上接第336页）基，渡槽排架软弱地基是一个可行的方法。比其他桩经济，材料来源方便，只要压桩试验做得合理，设计考虑充分，是解决小型水利工程中软弱地基深厚，基坑开挖难度大，地下水位高，排水不方便的一种好办法。

【参考文献】

[1]中国工业出版社.土力学地基与基础.安徽水利电力学院编，1961，9.

[2]何世玲主编.化学工业出版社.土力学与基础工程，2005，3.

[3]水利出版社.土质及土力学.四川省水利电力学校主编，1980，6.