許世友

廈門中平公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司湖北分公司

1 前言

軟弱土指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土，其特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小。軟土在外荷載作用下的地基承載力低、地基變形大且變形穩(wěn)定歷時(shí)較長，廣泛分布于我國浙閩沿海地區(qū)和內(nèi)陸江河湖區(qū)的周圍。隨著城市化發(fā)展越來越快，原本不適合工程建設(shè)的軟土區(qū)域也得到了開發(fā)利用，新建道路工程在軟土地基上建設(shè)也較頻繁和常見。由于軟土含水量大，孔隙比大，承載力低，壓縮性高等因素，難以承載較大的填土高度及車輛荷載，后期路基的沉降以及位移比較大，對道路的使用功能將造成較大破壞。因此，我們在軟土地基上修建道路時(shí)，前期應(yīng)對軟土進(jìn)行強(qiáng)化處理，滿足基本的沉降要求。

在古代松木樁就因其突出的優(yōu)點(diǎn)在日常生產(chǎn)生活中得了較廣泛的應(yīng)用，譬如房屋地基加固、搭橋鋪路等。但是，松木樁作為一種古樸、簡單的軟土路基處理方法，在JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、JTGD 63—2007《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中均未進(jìn)行描述或運(yùn)用。實(shí)際上，松木樁處治軟土路基僅在少數(shù)工程項(xiàng)目中在條件限制的情況下才適用?，F(xiàn)結(jié)合某個(gè)具體的道路建設(shè)工程，針對采用松木樁處理軟基進(jìn)行一些概括和總結(jié)，以供同仁們參考、交流。

2 松木樁的設(shè)計(jì)與計(jì)算

某市工業(yè)園區(qū)經(jīng)三路、經(jīng)四路位于河道兩側(cè)，河道寬20m，擬建道路臨河道一側(cè)邊坡為1:1.75，坡面采用干砌塊石防護(hù)，另一側(cè)為廠區(qū)場地整平，道路設(shè)計(jì)標(biāo)高與索溪河底高差約5.0m。道路沿線初始地面為軟土，在河堤坡腳處及河道下方作拋石處治，施工時(shí)未對路堤下方軟土處治即在其上進(jìn)行填土堆載，施工過程中發(fā)現(xiàn)大面積滑坡現(xiàn)象，滑裂高度1.0m～4.0m，并伴有地下水流出，水量較大。

根據(jù)沿線巖土的地質(zhì)年代、成因類型、工程地質(zhì)性質(zhì)，本勘測區(qū)揭示深度范圍內(nèi)地基土劃分為6層，自上而下分述如下：

（1）填方：主要成分為碎石土，上部干燥，下部潮濕，松散～中密，為新近人工堆填，層厚1.9m～5.8m，承載力容許值150kPa。

（2）淤泥質(zhì)粉土：飽和，流塑狀，有腥臭味。含有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)，局部含少量葉片狀細(xì)砂及腐木，表面光滑，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低-中等，韌性中等。場地均有分布，層厚3.1m～6.6m，承載力容許值80kPa。

（3）含礫粉質(zhì)黏土：濕，硬塑-堅(jiān)硬狀，主要成分由粉質(zhì)黏土組成，礫石含量占20%左右，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性中等，層厚3.4m～6.2m，承載力容許值250kPa。

（4）殘積黏性土：濕，可塑狀，主要由粘、粉粒及砂粒組成，其母巖為凝灰?guī)r，巖芯呈砂土狀，刀切帶有砂感，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，層厚0.8m～2.5m，承載力容許值150kPa。

（5）全風(fēng)化凝灰熔巖，層厚1.1m～3.9m，承載力容許值400kPa。

表1 土層主要物理力學(xué)性能指標(biāo)表

2.1 根據(jù)松木樁強(qiáng)度計(jì)算單樁承載力

單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算過程如下：

式中：

Ra——單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

Ψ——縱向彎曲系數(shù)，取1；

α——材料的應(yīng)力折減系數(shù)0.5；

[σ]——樁材料的容許應(yīng)力，Φ140的松木樁[σ]=2600kPa

Ap——樁端截面積（m2）。

將已知數(shù)據(jù)代入上式，得：

2.2 根據(jù)土體抗力計(jì)算單樁承載力

單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算過程如下：

將已知數(shù)據(jù)代入上式，得：

Ra＝3.14159×0.14×11×6＋0.5×150×3.14159×（0.14/2）2＝30.18kN/根單樁承載力計(jì)算用值取上述兩種計(jì)算方法中較小值者，即：

再根據(jù)單樁承載力確定樁距：

即每平方米至少7.46根樁。

實(shí)際設(shè)計(jì)中松木樁采用0.5×0.5m 梅花形布置，面積置換率為11.5%。

2.3 復(fù)合地基承載力計(jì)算［1］

處理后形成復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值按計(jì)算公式如下：

將上述已知數(shù)據(jù)代入式中，得：

滿足要求。

3 松木樁的施工

該工程軟土路基施工時(shí)先在坡腳2m范圍內(nèi)拋石處理，并對滑坡土方進(jìn)行分級卸載，并挖除部分軟弱土形成施工面，在距離路堤坡腳2m 處向路基范圍內(nèi)打入5 排松木樁，間距為0.5m，按梅花形布置，并應(yīng)穿透淤泥質(zhì)粉土層，打入相對硬土層，然后在填筑預(yù)壓土。詳見圖1、圖2所示。

圖1 松木樁位布置圖

圖2 松木樁橫斷布置圖

根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，施工建議采用液壓挖掘機(jī)打木樁。首先，需對打樁場地進(jìn)行清理、稍平整形成工作面，并按設(shè)計(jì)樁位及間距放樣，明確打入的位置。第二步，兩人將松木樁定位、扶穩(wěn)，保持豎直，挖掘機(jī)操作員將挖斗扣過來，先緩壓木樁，將木樁壓入地基約2m～3m深度保持豎直、自穩(wěn)，最后由挖斗將松木樁壓入軟土，并外露30cm樁尾。

一般情況下，每3min～5min 即可打入一根木樁，施工快捷、簡便，效率高。為了保證木樁與土體之間的擠密效果，盡量提高地基承載力，打樁時(shí)應(yīng)由路基外圍往內(nèi)側(cè)施工，并且為避免對臨近樁體產(chǎn)生影響，建議間隔打樁。

打樁結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)清理打樁時(shí)置換擠出的淤泥，然后在樁頂鋪設(shè)約30cm～50cm厚毛渣（或沙礫）褥墊層并加以壓實(shí)。通過外露的樁尾與鋪設(shè)的褥墊層形成較強(qiáng)的嵌擠作用，樁體與墊層形成良好的整體硬殼層，然后再回填路基土，以保證路基通過墊層把荷載傳到樁間土上，調(diào)整樁和土的分擔(dān)作用。在樁體頂面設(shè)置褥墊層可增大樁土間摩擦力，充分發(fā)揮樁間土的嵌擠、固結(jié)作用；可增大樁間土承載力，分?jǐn)偮坊酌娴膽?yīng)力。若不設(shè)樁頂褥墊層，則不能發(fā)揮樁土間的嵌擠和估計(jì)作用［2］。

考慮到本段軟土性質(zhì)較差，且臨近河道，地下水豐富，為驗(yàn)證松木樁處治軟土的可行性，現(xiàn)選取本項(xiàng)目50m 路段作為松木樁處治軟弱土的試驗(yàn)段。試驗(yàn)段采用松木樁樁長6m，尾徑14cm，打設(shè)間距為0.5m×0.5m，按梅花形布置，共打入5 排，在坡腳處拋石，在松木樁打入完畢后鋪30cm 厚毛渣墊層并加以壓實(shí)，然后在回填預(yù)壓土進(jìn)行等載預(yù)壓。本段試驗(yàn)段為指導(dǎo)全段軟土路基采用松木樁施工提供依據(jù)。

試驗(yàn)段施工完畢后，由施工單位觀測路堤沉降情況，根據(jù)從當(dāng)年4月1日至6月23日的持續(xù)觀測，累計(jì)沉降量為76mm，連續(xù)4周觀測每周沉降量均＜5mm。

根據(jù)觀測結(jié)果以及現(xiàn)狀路基填筑情況，現(xiàn)狀路基沉降均勻，未發(fā)生滑移等現(xiàn)象，可認(rèn)定本段試驗(yàn)段采用松木樁處治軟土是合適的、可行的，因此，根據(jù)試驗(yàn)段的觀測結(jié)果及實(shí)際處理效果，本項(xiàng)目全段均采用松木樁處治軟土。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)個(gè)人在軟土路基處治方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)，建議進(jìn)行軟土路基設(shè)計(jì)之前，必須進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察和土工試驗(yàn)，取得軟土及各下臥層土的各項(xiàng)物理參數(shù)以及現(xiàn)場水文資料等。

由于松木樁主要承受豎向荷載，對水平推力抵抗能力較差，因此對于軟土路基滑移路段，使用松木樁時(shí)應(yīng)形成群樁效應(yīng)，并在松木樁頂面填褥墊層，增強(qiáng)樁體之間土體的擠密效果，提高松木樁的水平抗力，保證軟土路基的穩(wěn)定。路基填土較高時(shí)，建議與反壓護(hù)道或拋石等防護(hù)形式結(jié)合使用，并且正式施工前建議先施工試驗(yàn)段，為大范圍松木樁施工提供實(shí)際處理依據(jù)。

由于松木本身的耐腐蝕性，樁體適宜在打入地下水位較高的工作環(huán)境中。考慮到松木樁的單樁承載力較固結(jié)土樁或是剛性樁較弱，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮軟土性質(zhì)以及單樁承載力的限制條件，正式施工前必須施打試驗(yàn)段用以驗(yàn)證理論計(jì)算的可行性，避免因理論與實(shí)際相差較多，導(dǎo)致地基處理失敗，造成經(jīng)濟(jì)損失。

實(shí)際工程證明，松木樁在有條件處理軟弱路基時(shí)，不僅在技術(shù)上簡單可行，施工簡便，而且可以避免較復(fù)雜的處治方式，在效果上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是節(jié)約的，工期上是節(jié)省的，是一種經(jīng)濟(jì)、適用、有效的處理軟弱路基的方法。