東湖泵站木樁復合地基應用實例及承載力檢測

（安徽省蕪湖縣水務局 蕪湖 241000）

木樁加固土基在技術研究方面，在早期版本教科書見到木樁簡略介紹，例如中國建筑工業出版社1981年版高校試用教材《地基與基礎》，將木樁歸于樁基礎中的預制樁分類；清華大學出版社1982年版《土力學地基基礎》將木樁基礎描述為“只在木材產地和某些小型工程中使用”。目前通行的相關技術規程規范，涉及木樁的標準也一直是空白，極大限制了這項高性價比樁基技術的推廣。筆者參與某中型泵站建設時，在前池翼墻復合地基施工中運用木樁替代加固方案并獲成功，謹供類似工程參考。

1 工程概況與基礎設計

蕪湖縣東湖排澇站為Ⅲ等中型泵站，配置4臺900ZLB-100型立式軸流泵，總裝機620kW，由安徽省水利水電勘測設計院承擔設計。泵站于2014年1月開工建設，同年5月泵站主體工程完工并投入試運行。

因泵站工程基礎處于淤泥質重粉質壤土層，天然地基允許承載力fak=55.0kPa，不能滿足上覆荷載要求。設計采用水泥粉噴樁加固地基方案：對站身及控制段、前池翼墻、排澇出水涵等基礎布置水泥粉體噴射攪拌樁，樁徑0.5m、樁間距1.0m，樁長11.7～13.0m，并進入低壓縮性下臥層深1.0m。

泵站前池翼墻設計采用鋼筋混凝土懸臂式擋墻，其水泥粉噴樁復合地基承載力設計值為111.8kPa（對應樁長11.7m），大于基底最大反力102.0kPa，而樁底進入低壓縮性下臥層即砂卵石夾粘土層，滿足基礎設計要求。

2 前池翼墻基礎替代方案

2.1 木樁復合地基設計方案

泵站前池翼墻水泥粉噴樁基礎施工過程中，受高壓供電線路限制施工機械局部難以就位。鑒于皖南水網地區淤泥質軟土地基有杉木樁加固傳統且經驗豐富，設計單位同意部分采用木樁替代方案。

杉木屬針葉樹材,密度為0.376g/cm3，端面硬度約為26.5MPa，順紋抗壓強度25.0～40.0MPa，彈性模量約為10000MPa。因屬有機各向異性材料, 順紋方向與橫紋方向的力學性質差異很大，而杉木樁身順紋抗壓強度高于水泥土，屬性能與混凝土樁相近的剛性樁，以全樁長發揮樁側摩阻力為主、承接樁端阻力為輔（原設計未考慮豎向抗彎及水平受力），使復合地基與上部結構形成共同作用體，從而有效提高軟土地基承載力，并將不均勻沉降控制在允許范圍之內。

因木樁相關技術規范空缺，而木樁復合地基與水泥粉噴樁復合地基同屬“有粘結強度增強體”復合地基范疇，故本文借鑒原設計水泥粉噴樁復合地基方案及依據，并作對比性計算分析，最后的結論仍以現場靜載荷試驗結果為準。

參照原復合地基設計布樁范圍及置換率，結合本地木材供貨資源情況，初步擬定采用杉木群樁方案，平均樁徑為0.15～0.2m，樁間距按3倍樁徑取整為0.5m，呈正方形網格布樁（每平方米基礎按中～中9根樁），以靜力壓入技術施工，經現場試樁樁長定為4.0m。

2.2 木樁復合地基承載力與沉降量計算

2.2.1 單樁承載力特征值按地基強度公式計算

計算結果為：Ra=22.26kN

鑒于杉木樁身順紋抗壓強度與混凝土抗壓強度接近，即樁身強度遠高于樁間土抗壓強度，故免按樁身強度公式驗算承載力。

2.2.2 群樁條件下復合地基承載力特征值計算

計算結果為：fspk=110.92kPa，即群樁條件下復合地基承載力特征值計算結果大于前池翼墻最大基底壓力，符合設計要求。

2.2.3 沉降驗算

對照原設計，木樁復合地基豎向承載變形包括木樁復合土層的平均壓縮變形s1和樁端下未加固土層的壓縮變形s2。

s1按下式計算：

s2按下式計算：

樁端以下未加固土層的壓縮變形按《建筑地基基礎設計規范》中分層總和法計算。對砂卵石夾粘土下臥層，其天然地基承載力推薦值為300～500kPa，壓縮模量為15.0～20MPa，屬低壓縮性土，且砂卵石含量隨深度比例越來越大，承載力越來越大，壓縮系數越來越小，因此該層土沉降量很小可忽略不計，僅計算木樁樁端以下的淤泥質重粉質壤土層壓縮變形。

計算結果：泵站前池翼墻木樁復合地基最大沉降量為5.89cm，在水泥粉噴樁復合地基方案最大沉降量2倍以內，屬允許范圍。

2.3 木樁施工注意事項

木樁選材：原木完整挺直，無朽爛、蟲害、漏節及人工接頭。

木樁制作：樁頂鋸平修正并加設雙股8#熱鍍鋅鐵絲保護箍；樁尖削成三棱或四棱錐形，其長度不小于樁徑的2倍；原木除皮并用桐油或防水冷油均勻涂刷樁身表面3遍，以增加在地下水位變幅范圍內的耐腐性。

木樁施工：采用簡易液壓裝置定位壓樁，保障木樁準確就位，并避免對地基土層造成沖擊性擾動。

3 復合地基承載力檢測

3.1 水泥粉噴樁方案復合地基試驗

試驗名稱：單樁復合地基靜載荷試驗。

試驗依據：《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）。

試驗設備：試驗采用壓重平臺反力裝置，由專用液壓千斤頂進行加（卸）載操作，荷載精度受壓力傳感器控制。試驗用承壓板為尺寸1.0m×1.0m正方形剛性承壓板。

圖1 木樁群樁復合地基靜載荷試驗荷載與沉降量（P-S）關系曲線圖

圖2 木樁群樁復合地基靜載荷試驗沉降量與時間對數（S-lgt）關系曲線圖

試驗方法：采用“慢速維持載荷法”逐級加載，每級荷載作用下達到相對穩定后，加下級荷載。

荷載分級：最大加載壓力為承載力設計值的2倍，分9級加載，每級荷載為預估極限荷載的1/10，第一級為預估極限荷載的1/5。

沉降相對穩定標準：每級荷載作用下，當1小時內的沉降量小于0.1mm,即認為達到相對穩定。

終止加載條件：沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現明顯的隆起；地基靜載荷試驗中累計沉降量大于承壓板寬度的6%；當達不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設計要求壓力值的2倍。

試驗結果：泵站前池翼墻水泥粉噴樁方案復合地基靜載荷試驗結果為（僅列出1組試驗數據）：

極限荷載為300kPa，承載力特征值取極限荷載的上一級荷載的一半為135kPa，滿足設計要求。

3.2 木樁方案復合地基試驗

試驗名稱：群樁復合地基靜載荷試驗

試驗依據與方法：鑒于現行標準《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）不含木樁，試驗參照水泥粉噴樁檢測方法進行，試驗結果需與方案設計及工程實際運行情況相互印證。

試驗結果：泵站前池翼墻木樁群樁方案（每平方米基礎按中～中9根樁）復合地基靜載荷試驗結果為（僅列出1組試驗數據）：

極限荷載為300kPa，承載力特定值取極限荷載的上一級荷載的一半為135kPa，滿足設計要求。

木樁群樁復合地基靜載荷試驗荷載與沉降量（P-S）關系曲線圖、沉降量與時間對數（S-lgt）關系曲線分別見圖1、圖2。

4 結語

該例承載力檢測結果以及工程完工后的實際運行情況與木樁復合地基方案設計保持高度一致，充分證明在提高軟土地基承載力、減少地基沉降量方面的有效性與可控性。由于木材自重輕、體積小，具有一定的彈性、韌性和剛度，其親濕性決定了在淡水環境中耐久不腐，加之便于儲運、加工制作和沉樁施工短平快諸多特點，使木樁在工程基礎應用中經濟性較好、可靠性較高且適用廣泛，在特定條件下獨具優勢，適于進行必要的推廣應用■