松木桩基础在软土地基处理中的应用研究

松木桩基础在软土地基处理中的应用研究
广州市水务规划勘测设计研究院 刘君洪 2015年6月
随着社会的发展，科技的不断进步，复合桩基处理方式越来越丰富，松木桩基础则由于其环保性问题运用在逐步减少。

但在沿海地区，由于松木桩具有水泡万年不腐、造价低廉、施工方便、运输容易、工期短、适应性强等特点，往往在地基应力要求不高，尤其在淤泥、淤泥质土的基础处理中成为最优选方案。

然而，翻阅各规范，在松木桩基础设计方面则没有相应的计算方法，诸如碎石桩、水泥搅拌桩、高压喷射注浆桩、刚性桩等均有对应的设计计算方法。

笔者根据工程经验采用水泥搅拌桩复合地基计算方法进行初步设计计算，再根据现场荷载试验对相应参数进行校对，供广大业界同仁参考。

某沿海地区堤岸整治工程，地基容许承载力特征值不小于100kpa ，勘察资料揭示基础层土质从上至下依次为淤泥质土、细砂、粉质粘土，承载力特征值分别为45、100、180kpa ，其中淤泥层深度6~8m 。

根据地质情况，基础处理方式可选用水泥搅拌桩、松木桩等进行处理。

就经济性，施工难易程度，适应性而言，两者均较为合适。

但由于工程工期要求极高，水泥搅拌桩成桩待凝时间较长，对工期影响较大。

最终决定采用松木桩进行基础处理的方案，松木桩桩长6m ，尾径80mm ，并在施工前进行现场荷载试验。

松木桩基础处理设计方案采用《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011水泥搅拌桩复合地基计算方法：
单桩竖向承载力特征值取下两式计算值的小值：
p p n
i i si p a A q l q R α+=∑1=U ；p cu a A f R η=
式中：
f cu —桩身抗拉强度平均值（kPa ），取松木顺纹抗拉强度8500kPa ； η—桩身强度折减系数，取1；
u p —桩的周长，取平均桩径100mm ，Up=0.314m ；
n —桩长范围内所划分的土层数，n=1；
q si —桩周第i 层土的侧阻力特征值，淤泥层q s1=6~12kPa （《广东省地基处理技术规范》）；
q p —桩端地基土未经修正的承载力特征值，kPa ，取q p =45kPa ；
α—桩端天然地基土的承载力折减系数，取α=0.7。

复合地基承载力：
sk P a spk f m A R m
f )1(-+=β
式中： spk f ——复合地基承载力特征值，kPa ；
m ——面积置换率；
a R ——单桩竖向承载力特征值，kPa ；
P A ——桩端截面积，0.00785m 2；
β——桩间土承载力折减系数，0.5~0.9；
sk f ——桩间土承载力特征值，取45kpa 。

由单桩竖向承载力特征值公式不难看出，由于松木桩桩径较小，桩端土层承载力较低，松木桩工作原理为偏向于摩擦桩。

式中对单桩竖向承载力影响最大的可变参数取值为土层侧阻力特征值qsi ，规范参考值：淤泥为4-7kpa ，淤泥质土为6~12kpa 。

本文暂取8kpa 计算，Ra=15.32KN 。

根据复合地基承载力公式可见，承载力由桩和桩间土两部分组成。

其中桩间土承载力折减系数为经验值，取值范围较大，该值对计算的地基承载力影响较大，本处暂取0.8计算。

经试算，桩距450mm 矩形布置，复合地基承载力特征值为105kpa 。

现场地基载荷试验：
试验采用地基平板载荷试验，试验荷载每一级按220/8Kpa 的荷载（22.3KN ）加载，第一级为两倍。

承压板边长为0.9m ×0.9m ，底板铺设5mm 中粗砂找平。

选取工程3个不同位置进行试验，结果如下：
试验点1试验加载到245KN 时，P-s 曲线出现明显拐点，达到结束试验标准。

破坏前一级荷载为222.7KN ，地基承载力极限值为274KPa ，P-s 曲线无比例界限，地基承载力特征值取极限值的一半为137KPa 。

试验点2试验加载到201KN 时，P-s 曲线出现明显拐点，达到结束试验标准。

破坏前一级荷载为159KN ，地基承载力极限值为220KPa ，P-s 曲线无比例界限，
地基承载力特征值取极限值的一半为110KPa。

试验点3试验加载到223KN时，P-s曲线出现明显拐点，达到结束试验标准。

破坏前一级荷载为179KN，地基承载力极限值为247KPa，P-s曲线无比例界限，地基承载力特征值取极限值的一半为123.5KPa。

试验点1 P-S曲线图试验点2 P-S曲线图
试验点3 P-S曲线图
从试验结果可以看出，荷载试验承载力结果略高于水泥搅拌桩复合地基承载力计算结果，两者相差不大。

根据松木桩的工作原理，采用搅拌桩计算公式具有一定代表性。

在经验参数取值方面，在初步设计时，可根据当地土质实际情况，
结合工程经验取值，由以上结果可见，笔者的取值并不算保守，承载力计算值相对保守。

工程实施时根据载荷试验进行确定。

松木桩作为传统的基础处理方式，其高强度且密度小，弹、韧性好，可承受一定冲击作用；其吸湿性及湿胀干缩性，在吸水后体积膨胀，对桩间土有一定挤密作用，同时增大摩擦作用，这是其他刚性桩无法替代的；其“水下千年松”的特有防腐性，在软基处理，特别是淤泥、淤泥质土的基础处理中具有很好的适应性。

但松木桩由于桩长限制（一般不长于6m），处理深度受限；处理深度限制同时也限制其处理承载力，根据笔者经验，一般适用于不高于130KPa的部位。

松木桩在使用时应注意以下几点：
1、松木桩为“原木”，不用剥皮，不要锯成别的形状，如对半锯成半圆状，以免后期桩身强烈弯曲变形，失去作用。

2、切忌将“松木桩”推广成更笔直，桩长可达更长的“杉木桩”或其他桩。

因为大部分常见木材是忌水的，在水中将会快速变黑、变形和腐烂，杉木尤其如此。

3、施工时要考虑到松木桩所能承受的沉桩冲击力，沉桩冲击能控制在300kg.m以内；太大会破坏桩体。

4、淤泥及淤泥质土水平抗力很小，桩群上端容易出现整体水平位移，从而拉裂地面设施。

处理办法一般在松木桩间铺设一块石层，顶部设置碎石层，以提高桩群的水平刚度。