淺談松木樁在水利水電軟基處理中的應(yīng)用

        軟土地基處理歷來是水利工程建設(shè)的難題水利工作者在實(shí)際工作中根據(jù)各自地理位置、氣候條件、工程狀況等要素進(jìn)行了不同程度的探索與實(shí)踐目前就全國(guó)而言尚沒有統(tǒng)一的技術(shù)措施各個(gè)地區(qū)根據(jù)情況的不同采取相應(yīng)的措施無論采取什么措施都需經(jīng)地基承載力試驗(yàn)確定能夠滿足地基承載力要求本文以實(shí)際工程為例研究和探討松木樁在擋土墻基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用。

１工程項(xiàng)目概況

        高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目可以達(dá)到“路相通、溝相連、田成方、澇能排、旱能灌”的目的保證農(nóng)田旱能灌澇能排提高農(nóng)作物產(chǎn)量同時(shí)也改善了農(nóng)田水環(huán)境對(duì)發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)意義重大。
        余干縣2017年統(tǒng)籌整合資金推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目項(xiàng)目區(qū)位于國(guó)營(yíng)康山墾殖場(chǎng)地處贛江、信江、撫河入鄱陽(yáng)湖的交匯處緊臨德昌高速和昌萬公路距南昌37km是農(nóng)業(yè)部2016年農(nóng)墾農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建示范單位項(xiàng)目區(qū)地處鄱陽(yáng)湖濱湖核心區(qū)域主排澇溝現(xiàn)狀平均淤泥深度1.20m軟基礎(chǔ)平均深度1.80m主排澇溝原設(shè)計(jì)采用C20現(xiàn)澆混凝土擋土墻型式清除淤泥后開挖至硬土基礎(chǔ)承載力試驗(yàn)合格后澆筑20cm厚C15混凝土墊層墊層上進(jìn)行擋土墻施工。

2 工程項(xiàng)目存在的問題

        工程建設(shè)過程中存在一些技術(shù)難題如不能妥善解決將會(huì)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量降低工程效益實(shí)際施工時(shí)清淤并開挖1.80m后發(fā)現(xiàn)多處出水量較大的泉眼地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求擋土墻整體穩(wěn)定性無法保證如何對(duì)軟基礎(chǔ)進(jìn)行處理成為影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

3軟基處理方案擬定

3.1方案一:拋石擠淤方案

        拋石選用非風(fēng)化片、塊石料徑不小于300mm片、塊石都經(jīng)過抽樣送檢合格后用于工程施工清除表層80cm左右淤泥后用自卸汽車將石料運(yùn)至拋投現(xiàn)場(chǎng)坡腳邊緣先用挖掘機(jī)進(jìn)行分選拋投即由挖掘機(jī)將大粒徑的片、塊石均勻分層拋投拋投過程中首先挖掘機(jī)斗下壓整平填滿整條主排澇溝后挖掘機(jī)來回走動(dòng)進(jìn)行碾壓使片、塊石沉入基本穩(wěn)定碾壓過程中用人工將片、塊石空隙以小石或石屑填滿鋪平直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。

3.2方案二:溝底滿堂澆筑方案

        清除表層80cm左右淤泥后由于泉眼較多設(shè)置小排水溝和集水井集中抽水使用攪拌坍落度較小的C20混凝土鋪底厚度20cm待終凝后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行后續(xù)施工。

3.3方案三:松木樁固基方案

        松木富含松脂防腐能力良好有“水上千年杉水下萬年松”之說松木樁固基具有施工周期短、抗沖能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)可行、生態(tài)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)在軟基處理特別是淤泥、淤泥質(zhì)土的基礎(chǔ)處理中具有很好的適應(yīng)性松木樁長(zhǎng)4m梢徑10cm縱向間距50cm單雙排梅花形布置橫向間距30cm打好樁后回填20cm厚中砂再澆筑混凝土承臺(tái)預(yù)留20cm樁頭埋在混凝土承臺(tái)里。

4軟基處理方案試驗(yàn)

        首先進(jìn)行工程地質(zhì)勘察和土工試驗(yàn)查明土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)綜合考慮施工布置、工程造價(jià)等各方面因素通過方案比選科學(xué)合理地制定地基處理方案。

4.1方案一:拋石擠淤方案試驗(yàn)

        a.主排澇溝淤泥層厚度較大軟基礎(chǔ)平均深度達(dá)1.80m拋石擠淤需要大量片、塊石成本較高。
        b.項(xiàng)目區(qū)道路主要為小型機(jī)耕道很難滿足載重貨車通行會(huì)對(duì)道路基礎(chǔ)造成很大損害。
        c.軟基深度太大無法采用大型碾壓設(shè)備進(jìn)行碾壓地基承載力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
        綜上分析該方案不予采用。

4.2方案二:溝底滿堂澆筑方案試驗(yàn)

        a.軟基礎(chǔ)沒有深入處理地基承載力無法滿足要求。
        b.溝底泡泉會(huì)嚴(yán)重影響底板整體承受力和穩(wěn)定性。
        c.從生態(tài)多樣性角度考慮滿堂澆筑不符合環(huán)境保護(hù)要求。
        綜上分析該方案不予采用

4.3方案三:松木樁固基方案試驗(yàn)

        a.南方松木資源較為豐富價(jià)格適中采用松木樁處理軟基經(jīng)濟(jì)效益明顯其“水下千年松”的特有防腐性在軟基處理特別是淤泥、淤泥質(zhì)土的施工技術(shù)基礎(chǔ)處理中具有很好的適應(yīng)性。
        ｂ.作為傳統(tǒng)的基礎(chǔ)處理方式松木樁強(qiáng)度高且密度小彈、韌性好可承受一定沖擊作用且具有施工方便的優(yōu)點(diǎn)可避免大量的土方開挖。
        ｃ.其具有吸濕性及濕脹干縮性在吸水后體積膨脹對(duì)樁間土有一定擠密作用同時(shí)增大摩擦作用。
        ｄ.軟土厚度小于５ｍ較為適宜用松木樁處理松木樁由于樁長(zhǎng)限制(一般不長(zhǎng)于５ｍ)處理深度受限處理深度限制同時(shí)也限制其處理承載力一般適用于承載力不高于１３０ｋＰａ的部位。
        ｅ.根據(jù)工程預(yù)算以及類似工程實(shí)踐軟土地基處理所采用的梢徑１０ｃｍ、長(zhǎng)４ｍ的松木樁每根樁工料費(fèi)比１２ｃｍ×１２ｃｍ、４ｍ長(zhǎng)的混凝土預(yù)制樁節(jié)約７２％左右比拋石擠淤方案節(jié)約５５％左右在工程造價(jià)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。
        綜上分析采用該方案

５工程設(shè)計(jì)及施工工藝

５.１工程設(shè)計(jì)

        ５.１.１單樁承載力的確定Ｒａ＝φα[σ]Ａｐ式中Ｒａ—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值ｋＮφ—縱向彎曲系數(shù)與樁間土質(zhì)有關(guān)一般?。?alpha;—樁材料的應(yīng)力折減系數(shù)木材取０.５[σ]—樁材料的容許應(yīng)力梢徑１０ｃｍ的松木樁[σ]＝２５００ｋＰａＡｐ—樁端截面積ｍ２樁端最小直徑按１０ｃｍ計(jì)算經(jīng)計(jì)算松木樁單樁承載力為２１.２５ｋＮ。

５.１.２確定松木樁數(shù)

        經(jīng)擋墻穩(wěn)定及應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算要求最小地基承載力為１００ｋＰａ單位面積所需松木樁數(shù)計(jì)算如下:
        ｎ＝σ/Ｒｏａ 式中ｎ—單位面積中的松木樁數(shù)根。
        σｏ—松木樁所承受的承載力ｋＰａＲａ—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值ｋＮ計(jì)算得ｎ＝４.７根每平方米采用５根松木樁即可以滿足擋墻地基承載力的要求。

５.２施工工藝

        為了便于打樁樁長(zhǎng)不宜超過４ｍ為保證樁尖能進(jìn)入持力層上部開挖至基礎(chǔ)的埋深后再打樁施工工藝流程及注意事項(xiàng)如下：

５.２.１松木樁制作

        選用梢徑１００ｍｍ、長(zhǎng)度４ｍ的松木樁松木樁為“原木”不用剝皮不要鋸成其他形狀以免后期樁身受力彎曲變形失效鋸平樁頭切勿將“松木樁”更換成更筆直樁長(zhǎng)更長(zhǎng)的“杉木樁”或其他樁因?yàn)樯寄驹谒袑?huì)快速變黑、變形。

５.２.２施工控制要點(diǎn)

        將挖掘機(jī)斗提到樁架頂部安排人員扶樁待插好樁后輕落在樁頂上再檢查樁帽與樁的中軸線是否一致保證樁的垂直度如有偏差及時(shí)調(diào)整開始正常下壓時(shí)應(yīng)一次到位不得中途停頓以免土恢復(fù)后難以下沉，壓樁完成時(shí)停壓標(biāo)準(zhǔn):原則上要求樁的入土深度和貫入度均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。若達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)確有困難時(shí)可采用下列方法進(jìn)行處理:設(shè)計(jì)樁尖標(biāo)高處為一般黏性土層時(shí)由于樁的貫入度變化不大難以利用貫入度變化判斷樁尖是否進(jìn)入設(shè)計(jì)土層可以樁尖標(biāo)高控制沉樁后樁頂標(biāo)高允許偏差為±１０ｃｍ沉好一根樁后應(yīng)立即進(jìn)行檢查確認(rèn)樁身無問題后才移動(dòng)樁架，淤泥及淤泥質(zhì)土水平抗力很小樁群上端容易出現(xiàn)整體水平位移從而拉裂地面設(shè)施處理辦法為在松木樁間澆筑Ｃ２０混凝土墊層以提高樁群的水平剛度。

５.２.３施工注意問題

        不得采用大能量的挖掘機(jī)施工特別是樁尖進(jìn)入硬層貫入度變小時(shí)容易造成樁頭和樁身?yè)p傷松木樁。
        所能承受的沖擊能控制在３０００Ｎ.ｍ以內(nèi)太大會(huì)破壞樁體，沉樁下沉過程中當(dāng)樁穿過軟土層后突然進(jìn)入硬層時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力當(dāng)樁穿過硬土層后突然進(jìn)入軟土層時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力須注意觀察嚴(yán)格操作否則會(huì)打壞樁下壓時(shí)要注意樁頂?shù)膲簯?yīng)力、樁身的拉應(yīng)力以及樁身的壓曲，對(duì)發(fā)生“吸入”現(xiàn)象的樁應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓“吸入”是指樁在黏土中連續(xù)錘擊時(shí)由于土的滲透系數(shù)小樁周圍的土不能滲透擴(kuò)散而沿樁身向上擠出形成周圍的潤(rùn)滑套使樁周圍的摩擦力大為減少在休止一定時(shí)間后樁周土摩擦力恢復(fù)增大，打樁完成后要鋸掉超出設(shè)計(jì)高度的樁頭清除作業(yè)區(qū)淤泥回填２０ｃｍ厚中砂澆筑２０ｃｍ混凝土承臺(tái)樁頭埋入承臺(tái)之中。

５施工效果

        采用圓弧鋼筋混凝土拱板閘底板底模可以避免沉井內(nèi)３００ｔ鋼管腳手架的搭設(shè)、拆除和１５００ｍ２模板的安裝、拆除降低施工強(qiáng)度避免了惡劣環(huán)境下負(fù)高空作業(yè)減少安全隱患節(jié)省大量的周轉(zhuǎn)材料加快了閘底板施工進(jìn)度確保底板的施工質(zhì)量和工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

６結(jié)語

        經(jīng)過松木樁處理的軟土地基經(jīng)地基承載力試驗(yàn)?zāi)軌驖M足擋土墻地基承載力要求該工程完工后已運(yùn)行１年基礎(chǔ)無明顯沉陷工程質(zhì)量良好能夠滿足行洪排澇要求松木樁固基處理技術(shù)在濱湖地區(qū)擋土墻基礎(chǔ)處理、機(jī)耕橋基礎(chǔ)施工和預(yù)制六角塊齒槽基礎(chǔ)加固等項(xiàng)目中有良好的可適應(yīng)性具有較強(qiáng)的借鑒和推廣價(jià)值。

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