“木麻黃”樁復合地基的應用

王志鑫 唐 鷹 李龍飛 林師興

(海南水文地質工程地質勘察院，海南海口 570228)

在海南省沿海、沿河地區，接近地表部分埋藏著厚度不等的由于海相、河相沉積而成的淤泥質軟土。這些地基具有承載力低、壓縮性大、透水性差和地下水位高等特點。在該種軟弱地基上修建建筑物往往會出現地基強度和變形不能滿足設計要求的問題，因而需要采取措施進行地基處理。在海南的工程實踐中，在該類地基上的高層建筑一般采用樁基礎或樁筏基礎來滿足設計要求。然而對于一般的多層私人住宅樓，采用樁基礎顯然是不經濟的。根據當地的工程經驗，大多數3層～6層的小型住宅建筑采用“木麻黃”樁來進行地基處理(“木麻黃”又名駁骨松，樹干通直，生長迅速，能耐鹽堿，是我國南方濱海防風固林的優良樹種)。

我國歷史上采用木樁來處理軟弱地基的工程有很多，可以說，用木樁來進行地基處理是一項古老的技術。然而，讓人遺憾的是，木樁復合地基在現行《建筑地基處理技術規范》《建筑地基基礎設計規范》等技術規范中均未提及。因而對木樁處理軟弱地基往往停留在經驗上，技術人員不敢輕易采用。在本文中，筆者根據海南當地的工程實踐，對用“木麻黃”樁復合地基的設計計算方法、施工方法及其注意事項等進行一些總結，以供參考。

1 “木麻黃”樁復合地基的加固機理分析

復合地基的應力分布是比較復雜的，目前常用的復合地基有砂樁、碎石樁、灰土樁深層攪拌樁等。它們都是由剛度不同的材料組成，共同承擔上部荷載并協調變形的人工地基。“木麻黃”樁復合地基與這些常見的復合地基相比，除了樁的材質不同外，其余均有相似之處，因此其加固機理也是類似的。1)樁體傳遞荷載的作用:復合地基由許多獨立樁體與樁間土共同工作，樁體和樁間土沉降相等，由于樁體的剛度比樁間土體大，在基礎底面發生等量變形時，地基中應力將重新分配，樁體產生應力集中而樁間土應力降低，樁體承擔著較大比例的荷載。由于樁的強度和抗變形能力均優于土體，故而形成后的復合地基承載力、模量也優于原土體，從而達到減小變形、提高承載力的效果。2)樁體對周圍土體的擠密作用:“木麻黃”樁施工時，隨著樁體的打入，樁孔位置原有土體被強制側向擠壓，使樁周一定范圍內的土層密實度提高，起到擠密的作用。工程中根據以上兩種作用機理的側重點不同分為“剛性樁”和“柔性樁”。“木麻黃”樁在計算的時候是按照“剛性樁”還是“柔性樁”來處理，筆者認為，“木麻黃”樁具有兩重特性，它的受力特性介于柔性樁和剛性樁之間，土和樁共同分擔基礎荷載，樁間土分擔的荷載作用是不能忽視的。

2 “木麻黃”樁復合地基的設計計算方法

2.1 單樁承載力特征值Ra的確定

1)按照樁身材料強度確定單樁承載力:Ra=ηfcuAp。其中，Ra為單樁豎向承載力特征值;η為樁身材料強度折減系數，木材取0.5;fcu為“木麻黃”樁的抗壓強度，根據《木結構設計規范》取;Ap為樁端截面積。2)按照土抗力確定單樁承載力αApqp。其中，d為木樁的平均直徑;n為樁身范圍內所劃分的圖層數;hi為樁周第i層土的厚度;qsi為樁周第i層土的平均摩阻力特征值;qp為樁端天然地基土的承載力特征值;α為樁端天然地基土的承載力折減系數，可取0.4～0.6。比較兩式算出的Ra值，取較小值作為單樁承載力的特征值。

2.2 樁距的確定

本文建議按柔性樁考慮樁的布置間距。因為“木麻黃”樁樁身直徑較小，采用錘擊打入時易造成樁頭、樁身斷裂，且在“木麻黃”樁受荷過程中，事實上存在偏心受荷及水平受荷等不利受荷情況，因此不宜過高估計樁土的應力比。在確定樁距時，可以借鑒規范中砂石樁樁距的計算公式。等邊三角形布樁時:S=0.9ξd其中，S為“木麻黃”樁間距;d為“木麻黃”樁直徑;ξ為修正系數，取1.0;e0為處理前的地基土孔隙比;e1為地基擠密后要求達到的孔隙比。

2.3 “木麻黃”樁復合地基承載力的確定

“木麻黃”樁復合地基的承載力計算思路是先分別確定樁體的承載力和樁間土承載力，然后根據一定的原則疊加這兩部分承載力得到復合地基的承載力。其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率，當等邊三角形布樁時為樁體豎向承載力特征值，kN;Ap為樁端截面積，m2;β為樁間土承載力發揮度，對于該類地基取0.7;fsk為樁間土承載力特征值，kPa。

2.4 沉降計算

復合地基沉降計算采用將加固區與下臥層分別考慮的沉降計算方法，即分別計算加固區土層的壓縮量S1和下臥層的壓縮量S2，相加即為復合地基的沉降量S。加固區壓縮量計算方法采用復合模量法。將復合地基加固區中增強體和基體兩部分視為一復合土體，采用復合壓縮模量Ec來評價復合土體的壓縮性，并采用分層總和法計算加固區土層壓縮量其中，ΔPi為第i層復合土平均附加應力增量;Hi為第i層復合土的厚度;Eci為第i層復合土的復合壓縮模量，Eci=mEpi+(1－m)Esi;Epi為第i層復合土中樁的壓縮模量;Esi為第i層復合土中樁間土的壓縮模量。

下臥層土層壓縮模量S2的計算也可采用分層總和法計算，即:

其中，Esi為下臥層中第i分層土的壓縮模量。

3 “木麻黃”樁的施工工藝及方法

3.1 “木麻黃”樁樁長和樁徑的選取

“木麻黃”樁的樁長應該根據工程的地質條件來選取。但是為了施工方便和便于就地取材，樁的長度一般取4 m～6 m，同時為了保證加固效果，樁長不宜短于3 m。從經濟效果考慮，木樁的尾徑一般為100 mm～200 mm。

3.2 施工機械的選取

在小型工程中，由于施工場地的限制，大型的打樁機械不能進場，并且價格昂貴，因此一般選擇柴油樁錘來打樁，在打樁過程中要注意樁頭的保護。為了提高施工進度，也可以直接采用反鏟挖掘機來壓樁，在壓樁的時候，先由兩個人扶樁就位，用反鏟扣壓木樁，將木樁壓入地基一定深度自穩，最后讓人離開，由挖掘機把木樁壓下去。與柴油錘打樁相比，用反鏟挖掘機壓樁難以保證樁的垂直度，樁身容易發生傾斜。

3.3 施工要點

1)樁的布置宜按梅花形，嚴格按分段、間隔、間歇的施工工序，由外向內施打。按照規定，在地基的外緣擴打一排樁。2)在打樁的后期，如果發現入樁困難應該停止打樁，不能強行施打，以免引起樁身破壞。3)在打樁前，應先開挖到基礎底面標高以下50 cm。4)打樁完成后，按統一標高鋸掉樁頭，鋪30 cm～50 cm的砂石墊層，壓密。通過褥墊層來調整樁和土的承載。

3.4 耐久性分析

“木麻黃”樁屬于松木的一種，在民間早有“水下萬年松”的說法。因為松木含有豐富的松脂，松脂能很好地防止地下水和細菌對木材的腐蝕作用。所以說，松木在地下水位較高的土層中應用時其耐久性能更好。在海口市的舊城改造時，曾挖出當時用于地基處理的“木麻黃”樁，在經歷了上百年后，其保持完好。

4 使用“木麻黃”樁的注意事項

1)在復合地基設計和施工之前，必須認真進行工程地質勘察，了解地基的基本情況，通過對地基和基礎的結構、施工和經濟方面進行綜合考慮，選擇是否適合使用“木麻黃”樁。2)由于受樁長的限制，木樁只適用于處理軟土較淺的地基，同時，軟弱土層不能太厚，否則會因沉降變形太大而影響建筑物的正常使用。3)“木麻黃”樁復合地基只適用于上部荷載較小的小型建筑，通常設計最大地基應力不超過130 kN/m2。

5 結語

對地基承載力要求不高，且軟弱土厚度不太大的軟弱地基進行處理時，選用“木麻黃”樁復合地基是一種比較優秀的方案，且在林木資源豐富的地區，其在經濟上也是合理的。并且“木麻黃”樁復合地基的技術簡單易行，施工方便快捷，不失為一種因地制宜的處理軟弱地基的有效方法。

［1］ GB 50497-2009，建筑基坑工程監測技術規范［S］.

［2］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［3］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.