淺談松木樁在水利水電軟基處理中的應用

        軟土地基處理歷來是水利工程建設的難題水利工作者在實際工作中根據各自地理位置、氣候條件、工程狀況等要素進行了不同程度的探索與實踐目前就全國而言尚沒有統一的技術措施各個地區根據情況的不同采取相應的措施無論采取什么措施都需經地基承載力試驗確定能夠滿足地基承載力要求本文以實際工程為例研究和探討松木樁在擋土墻基礎處理中的應用。

１工程項目概況

        高標準農田建設項目可以達到“路相通、溝相連、田成方、澇能排、旱能灌”的目的保證農田旱能灌澇能排提高農作物產量同時也改善了農田水環境對發展農業經濟意義重大。
        余干縣2017年統籌整合資金推進高標準農田項目項目區位于國營康山墾殖場地處贛江、信江、撫河入鄱陽湖的交匯處緊臨德昌高速和昌萬公路距南昌37km是農業部2016年農墾農機標準化創建示范單位項目區地處鄱陽湖濱湖核心區域主排澇溝現狀平均淤泥深度1.20m軟基礎平均深度1.80m主排澇溝原設計采用C20現澆混凝土擋土墻型式清除淤泥后開挖至硬土基礎承載力試驗合格后澆筑20cm厚C15混凝土墊層墊層上進行擋土墻施工。

2 工程項目存在的問題

        工程建設過程中存在一些技術難題如不能妥善解決將會嚴重影響工程質量降低工程效益實際施工時清淤并開挖1.80m后發現多處出水量較大的泉眼地基承載力達不到設計要求擋土墻整體穩定性無法保證如何對軟基礎進行處理成為影響工程質量的關鍵因素。

3軟基處理方案擬定

3.1方案一:拋石擠淤方案

        拋石選用非風化片、塊石料徑不小于300mm片、塊石都經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至拋投現場坡腳邊緣先用挖掘機進行分選拋投即由挖掘機將大粒徑的片、塊石均勻分層拋投拋投過程中首先挖掘機斗下壓整平填滿整條主排澇溝后挖掘機來回走動進行碾壓使片、塊石沉入基本穩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待終凝后按設計要求進行后續施工。

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、經濟可行、生態效果顯著等優點在軟基處理特別是淤泥、淤泥質土的基礎處理中具有很好的適應性松木樁長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預留20cm樁頭埋在混凝土承臺里。

4軟基處理方案試驗

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

4.1方案一:拋石擠淤方案試驗

        a.主排澇溝淤泥層厚度較大軟基礎平均深度達1.80m拋石擠淤需要大量片、塊石成本較高。
        b.項目區道路主要為小型機耕道很難滿足載重貨車通行會對道路基礎造成很大損害。
        c.軟基深度太大無法采用大型碾壓設備進行碾壓地基承載力無法達到設計要求。
        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

        a.軟基礎沒有深入處理地基承載力無法滿足要求。
        b.溝底泡泉會嚴重影響底板整體承受力和穩定性。
        c.從生態多樣性角度考慮滿堂澆筑不符合環境保護要求。
        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

        a.南方松木資源較為豐富價格適中采用松木樁處理軟基經濟效益明顯其“水下千年松”的特有防腐性在軟基處理特別是淤泥、淤泥質土的施工技術基礎處理中具有很好的適應性。
        ｂ.作為傳統的基礎處理方式松木樁強度高且密度小彈、韌性好可承受一定沖擊作用且具有施工方便的優點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樁間土有一定擠密作用同時增大摩擦作用。
        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限制(一般不長于５ｍ)處理深度受限處理深度限制同時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.根據工程預算以及類似工程實踐軟土地基處理所采用的梢徑１０ｃｍ、長４ｍ的松木樁每根樁工料費比１２ｃｍ×１２ｃｍ、４ｍ長的混凝土預制樁節約７２％左右比拋石擠淤方案節約５５％左右在工程造價方面具有明顯優勢。
        綜上分析采用該方案

５工程設計及施工工藝

５.１工程設計

        ５.１.１單樁承載力的確定Ｒａ＝φα[σ]Ａｐ式中Ｒａ—單樁承載力標準值ｋＮφ—縱向彎曲系數與樁間土質有關一般?。?alpha;—樁材料的應力折減系數木材?。?５[σ]—樁材料的容許應力梢徑１０ｃｍ的松木樁[σ]＝２５００ｋＰａＡｐ—樁端截面積ｍ２樁端最小直徑按１０ｃｍ計算經計算松木樁單樁承載力為２１.２５ｋＮ。

５.１.２確定松木樁數

        經擋墻穩定及應力應變計算要求最小地基承載力為１００ｋＰａ單位面積所需松木樁數計算如下:
        ｎ＝σ/Ｒｏａ 式中ｎ—單位面積中的松木樁數根。
        σｏ—松木樁所承受的承載力ｋＰａＲａ—單樁承載力標準值ｋＮ計算得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

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

５.２.１松木樁制作

        選用梢徑１００ｍｍ、長度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”更換成更筆直樁長更長的“杉木樁”或其他樁因為杉木在水中將會快速變黑、變形。

５.２.２施工控制要點

        將挖掘機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調整開始正常下壓時應一次到位不得中途停頓以免土恢復后難以下沉，壓樁完成時停壓標準:原則上要求樁的入土深度和貫入度均應符合設計規定。若達到此標準確有困難時可采用下列方法進行處理:設計樁尖標高處為一般黏性土層時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入設計土層可以樁尖標高控制沉樁后樁頂標高允許偏差為±１０ｃｍ沉好一根樁后應立即進行檢查確認樁身無問題后才移動樁架，淤泥及淤泥質土水平抗力很小樁群上端容易出現整體水平位移從而拉裂地面設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施工特別是樁尖進入硬層貫入度變小時容易造成樁頭和樁身損傷松木樁。
        所能承受的沖擊能控制在３０００Ｎ.ｍ以內太大會破壞樁體，沉樁下沉過程中當樁穿過軟土層后突然進入硬層時會產生較大的壓應力當樁穿過硬土層后突然進入軟土層時會產生較大的拉應力須注意觀察嚴格操作否則會打壞樁下壓時要注意樁頂的壓應力、樁身的拉應力以及樁身的壓曲，對發生“吸入”現象的樁應進行復壓“吸入”是指樁在黏土中連續錘擊時由于土的滲透系數小樁周圍的土不能滲透擴散而沿樁身向上擠出形成周圍的潤滑套使樁周圍的摩擦力大為減少在休止一定時間后樁周土摩擦力恢復增大，打樁完成后要鋸掉超出設計高度的樁頭清除作業區淤泥回填２０ｃｍ厚中砂澆筑２０ｃｍ混凝土承臺樁頭埋入承臺之中。

５施工效果

        采用圓弧鋼筋混凝土拱板閘底板底?？梢员苊獬辆畠龋常埃埃翡摴苣_手架的搭設、拆除和１５００ｍ２模板的安裝、拆除降低施工強度避免了惡劣環境下負高空作業減少安全隱患節省大量的周轉材料加快了閘底板施工進度確保底板的施工質量和工期目標的實現經濟效益顯著。

６結語

        經過松木樁處理的軟土地基經地基承載力試驗能夠滿足擋土墻地基承載力要求該工程完工后已運行１年基礎無明顯沉陷工程質量良好能夠滿足行洪排澇要求松木樁固基處理技術在濱湖地區擋土墻基礎處理、機耕橋基礎施工和預制六角塊齒槽基礎加固等項目中有良好的可適應性具有較強的借鑒和推廣價值。

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