浅析松木桩在水池构筑物中的应用

宋旭

【摘 要】软弱地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高及透水性很小等特性，因此在软弱地基上修建建（构）筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱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，因此常常需要采取措施进行地基处理。处理的目的是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。目前，针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法。文章结合工程实践，对用松木桩处理软弱地基的问题做一些探讨。

【关键词】软弱地基；松木桩；水池

【中图分类号】TU753.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）05-0144-03

1 工程概况

大理白族自治州洱源县某路段排水措施中设有1个污水提升井，提升井平面净尺寸为3.2 m×1.5 m，净高4.7 m，水池为全埋水池，池顶无覆土，池内最高水位为1.95 m，地质条件如图1所示。

2 地基土工程性能评价

{1}1Q4ml素填土：松散，稍湿，主要由黏性土和碎石组成，碎石成分主要为强风化灰岩、石英、石英砂岩等颗粒，为新近填筑土，填筑时经过碾压处理。勘察揭露厚度为0.80～4.20 m，平均厚度为1.75 m，其重型动力触探修正击数N63.5平均值为9.9击，承载力基本容许值fa0=120 kPa。

{1}Q4pd耕土：稍湿～湿，可塑，勘察揭露厚度为0.40～0.80 m，平均厚度为0.63 m，其重力密度为17.3 kN/m3，天然孔隙比e为1.23，液限ωL为56.5%，液性指数IL为0.32，压缩系数a0.1～0.2为0.81 MPa-1，高压缩性土，压缩模量Es0.1～0.2为3.00 MPa。根据颗分资料：粒径组成>0.5 mm的为4.4%、>0.25 mm的为3.7%、>0.075 mm的为5.4%、>0.05 mm的为25.5%、>0.01 mm的为29.4%、>0.005 mm的为4.8%、>0.002 mm的为27.5%。路基土分类为微含砂高液限黏质土，强度不均匀一，不宜直接作为路基持力层。

{2}Q4al+l黏土：湿，可塑，勘察揭露厚度为0.50～2.40 m，平均厚度为1.25 m，其重力密度为17.8 kN/m3，天然孔隙比e为1.15，液限ωL为55.4%，液性指数IL为0.31，压缩系数a0.1～0.2为0.59 MPa-1，高压缩性土，压缩模量Es0.1～0.2为3.96 MPa。根据颗分资料：粒径组成>0.5 mm的为2.4%、>0.25 mm的为3.0%、>0.075 mm的为6.1%、>0.05 mm的为28.5%、>0.01 mm的为27.6%、>0.005 mm的为4.3%、>0.002 mm的为28.0%。路基土分類为微含砂高液限黏质土，标准贯入试验修正击数平均为4.7击，承载力基本容许值fa0=110 kPa，可作为路基持力层。

{3}Q4al+l淤泥质黏土：很湿，流塑～软塑，局部夹薄层粉砂及粉土，勘察揭露厚度为2.50～7.70 m，平均厚度为4.93 m，其重力密度为16.7 kN/m3，天然孔隙比e为1.51，液限ωL为55.4%，液性指数IL为0.96，压缩系数a0.1～0.2为0.91 MPa-1，高压缩性土，压缩模量Es0.1～0.2为3.21 MPa。根据颗分资料：粒径组成>0.5 mm的为1.5%、>0.25 mm的为3.5%、>0.075 mm的为4.5%、>0.05 mm的为28.8%、>0.01 mm的为28.2%、>0.005 mm的为5.1%、>0.002 mm的为28.6%。路基土分类为微含砂高液限黏质土，标准贯入试验修正击数平均为2.3击，承载力低，不能作为路基基础持力层。承载力基本容许值fa0=50 kPa。

{4}Q4al+l黏土：很湿，软塑～可塑，勘察揭露厚度0.80～15.90 m，其重力密度为17.1 kN/m3，天然孔隙比e为1.39，液限ωL为62.1%，液性指数IL为0.39，压缩系数a0.1～0.2为0.88 MPa-1，高压缩性土，压缩模量Es0.1～0.2为3.12 MPa。根据颗分资料：粒径组成>0.5 mm的为5.3%、>0.25 mm的为3.6%、>0.075 mm的为7.0%、>0.05 mm的为20.2%、>0.01 mm的为29.5%、>0.005 mm的为5.6%、>0.002 mm的为28.9%。路基土分类为含砂高液限黏质土，标准贯入试验修正击数平均为3.9击，承载力一般，可作为路基持力层。承载力基本容许值fa0=100 kPa。

{4}1Q4al+l泥炭质土：很湿，结构松散，勘察揭露厚度为0.60～1.80 m，平均厚度为1.13 m，呈透镜体状、薄层状分布于④黏土层中，其重力密度为12.5 kN/m3，天然孔隙比e为4.49，液限ωL为199.4%，液性指数IL为0.58，压缩系数a0.1～0.2为3.38 MPa-1，高压缩性土，压缩模量Es0.1～0.2为1.85 MPa，有机质含量为16.59%，属弱泥炭质土，标准贯入试验修正击数平均为3.4击，承载力低，不能作为路基基础持力层。承载力基本容许值fa0=60 kPa。

{4}2Q4al+l砾砂：松散，饱和，勘察揭露厚度为0.60～3.60 m，平均厚度为1.87 m，呈透镜体状、薄层状分布于④黏土层中。根据颗分资料：粒径组成>2 mm的为45.3%、>0.5 mm的为20.1%、>0.25 mm的为9.0%、>0.075 mm的为4.2%、>0.05 mm的为21.3%。路基土分类为含高液限细粒土的砾，标准贯入试验修正击数平均为8.0击，承载力较高，层厚地段可作为路基基础持力层。承载力基本容许值fa0=170 kPa。

3 设计计算

3.1 基本思路

根据工程概况及地质勘查报告，考虑到施工便捷及经济合理的原则，采用松木桩对软弱地基进行处理，基本处理思路如下：水池采用筏板基础，基础设计等级为丙级，基础持力层为③淤泥质黏土，淤泥质黏土承载力为50 kPa，选用木桩作为减沉降桩，材质为杉松，木桩打穿③层，④黏土层为其桩端持力层。直径为100～150 mm，桩长≥5 000 mm，桩施打完毕后，在桩间抛狗头石，以挤密桩间土。上铺300 mm厚级配砂石垫层，中粗砂为60%，碎石为40%，压实系数为0.97。

3.2 松木桩的设计计算

在设计中，短木桩用作挤密桩时可按下式设计：

S=0.95d ■

n=A/AP

式中，S为桩的间距（m）；d为桩径（m）；e0为挤密前土的天然孔隙比；e1为挤密后作要求达到的孔隙比，可按地基所需的承载力设计值和《建筑地基基础设计规范》中“附录五附表5-3”或“5-4”确定 ；n为每1 m2桩的根数；A为每1 m2地基所需挤密桩面积，A=（e0-e1）/（1+e0）；AP为单桩横截面积（m2）。

在设计中，当桩端有硬壳层存在时，可作为端承桩，按下式计算：

Pa=Ψα[σ]A

式中，Pa为单桩承载力；Ψ为纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般可取1；α为桩材料的应力折减系数，木桩取0.5；[σ]为桩材料的容许压力（kPa）。

本实例中筏板基础附加应力及自重总值为200 kN。选④层为桩端持力层，地基土的容许承载力经综合分析后取值100 kPa，基础埋深满足要求，经计算基础尺寸为3.1×4.8 m2。持力层埋藏较浅，因此采用端承桩设计。根据公式Pa=Ψα[σ]A，当以松木为材料，桩直径为15 cm时，[σ]为2 773.4 kPa。

Pa=1×0.5×2 773.4×（0.15/2）2×π=24.5 kN/根

每平方米所需桩数为n=200/（24.5）=8.2根/m2，实取12根/m2。

此水池以自重为主，因此木桩均匀地布置在池壁以下（如图2所示）。

4 经济效果分析

根据建筑预算定额，φ15 cm的松木桩5 m长每根桩工料费为80元，总费用400元。若用12 cm×12 cm混凝土预制短桩约需2 000元；若用换土垫层则需4 000元，并且因地下水位较高，换土施工难度很大。显然用松木桩方案为首选。该工程于2015年1月竣工以來，通过使用和观测证明，结构稳定安全。

5 结语

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黏土类地基；各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的黏土类地基。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、石灰桩，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，直接影响建筑物的设计是否安全和节约成本。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，而且施工费用也较为经济合理。

根据笔者在软弱地基上工程建设的实践经验，软弱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；此外，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5 m时较为适宜用松木桩处理，为了便于打桩，桩长不宜超过4 m。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，而且价格也较为便宜。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，因此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，是一种处理软弱地基的有效手段。

参 考 文 献

[1]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].2012.

[2]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，1992.

[3]《给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水工程结构设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[4]龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5]唐玲玲，邱飞.软弱地基的松木桩处理在水库除险加固工程中的应用[J].企业科技与发展，2009（16）：173-174.

[6]周凤杯.松木桩基础在淤泥地基处理探析[J].企业科技与发展，2008（16）：183.

[责任编辑：陈泽琦]