松木樁法軟土地基加固應用及效益分析

柯霓

摘 要：本研究以株洲市南方中學實際工程案例為依托，針對其軟土地基承載低的問題，借用當地松木產量多的環境優勢，利用松木樁法對該軟土地基進行處理加固，并在此基礎上對其所產生的各項效益進行細致分析評估，結果表明，采用松木樁法可較好地提高軟土地基承載力，使其滿足設計及要求。此外，采用松木樁法亦可產生顯著的經濟效益、社會效益和節能環保效益。

關鍵詞：軟基;地基處理;松木樁;加固

由于自然環境或原生地質條件的影響，在實際施工過程中，常遇到承載力不足或沉降過大的軟土地基。為確保建筑物或構筑物的安全性和穩定性，需對該類軟土地基進行處理加固使其滿足設計和使用要求。針對該問題，目前已有許多國內外學者進行了深入研究[1-4]。姚愛民等[6]充分利用了高壓旋噴樁具有施工噪聲低、振動小、施工占地小等優點，將其利用于軟土地基加固中，并取得了加高的應用效率和較優的應用效果。基于以上所述，雖然目前已有諸多學者針對軟土地基處理加固問題開展了大量的研究，但對于實際工程而言，由于實際情況較為復雜，不同地區以及不同工程案例均需采取不同類型的軟土地基加固方式。本研究以株洲某區域具體實際工程案例為基礎，充分利用當地自然環境條件，采用松樁法對軟土地基進行加固處理，并進一步分析了該軟土地基處理方式的經濟效益、社會效益和節能環保效益，為軟土地基處理提供了一種新思路和新方法。

1松木樁軟基加固方法基本原理及優勢

1.1工藝基本原理

一般而言，可認為松木具有強度高、韌性好、防腐能力強等優點。綜合考慮到松木生長周期短，且易于取材及加工等優勢，在施工過程中，可通過將松木粗加工，以一定的布置方式壓入軟基中的方式對軟土地基進行處理，以達到工程質量要求。通常情況下，需通過采用挖掘機將一定長度的新鮮松木垂直壓入軟基，并入持力層1m進行軟基加固，松木端徑為以及梢徑依據實際情況確定，樁間距應依據設計要求進行確定，樁頂采用毛石以及碎石碾壓結板傳力。

1.2工藝優勢

相比換填墊層法、預壓法、強夯置換法、碎石樁法等軟基加固施工方法而言，松木樁加固的方式具有十分顯著的優勢。考慮到松木為一生長周期較短的南方常見樹木，采用松木樁進行軟基加固過程中，建筑施工取材方便，且工程量相對較小，運輸便捷，處理成本低。此外，整體施工工藝較為簡單，在施工過程中，無需進行大體量開挖，且施工設備簡單。另，在采用松木樁加固過程中，其施工關鍵工藝為采用挖機按既定的布置點位將松木樁壓入軟基中，整體耗時較短，施工周期可顯著減短。

2工程案例應用

2.1工程實例概況

本文以株洲市南方中學新校區新建工程項目道路軟基處理為例，南方中學新校區新建工程（2018.11.30—）位于株洲市蘆淞區董家塅街道，東臨航展路、南臨航緣路、西臨航工路、北至機場大道。凈用地面積115287.23平米，總建筑面積128940.55平米。其中計容面積114238.55平米，容積率0.991。合計11棟建筑，分別為3棟教學樓、2棟宿舍樓、1棟教職工宿舍樓、1棟食堂、1棟科技實驗樓、1棟職教樓及圖書館、1棟體育藝術樓（連體建筑）、1個400米環形田徑場、1個球類運動場，精裝修以及配套給排水、供配電、弱電、凈水系統、安防監控、園林景觀、道路、地下停車場等附屬工程。校園道路總長約2360m。其中，科技館區域50m長7m寬道路軟基位于路基以下4.5m范圍。

2.2工程地質情況

松木樁一般適宜加固位于地下水位線以下或者含水率較高的軟基，處理深度適宜為2-5m。南方中學新校區新建工程項目巖土工程詳細勘察報告顯示，該區域待處理軟基區位于結構基礎標高下4.5m范圍，分別為1m厚回填土，0.7m厚耕土，2.8m淤泥質黏土，下臥層為土質情況良好的粉質粘土，如圖1所示。此外，因待處理軟基臨近池塘，現場土方含水率高。

為進一步核實校驗地勘描述的準確性，以南方中學新校區新建工程為例，在場地平整完畢后，進行了3處探坑，經現場開挖查驗，軟基埋置深度與土質情況與地勘描述相符。

2.3設計與計算

根據設計要求，本工程消防車等效均布活荷載標準值為26～33kN/m2，本次計算取q1=30 kN/m2。道板采用200mm厚C30素混凝土，等效荷載q2=4.8 kN/m2;水穩層合計300mm厚，等效荷載q3=6.72 kN/m2;瀝青混凝土合計10 0mm厚，等效荷載q4=2.35 kN/m2;則正常使用極限狀態標準組合下：q=q1+q2+q3+q4=43.87 kN/m2。

根據《建筑地基處理技術規范》，單樁軸向承載力可以通過以下公式進行計算：

式中φ為—縱向彎曲系數，與樁間土質有關，一般取1;η為材料的應力折減系數，木材取0.5;[δ]為材料容許應力，取2700 kPa;Ap為松木樁有效截面積。

此外，單樁豎向承載力特征值可按下式進行估算：

式中α為樁端阻力發揮系數;qsi和qp分別為樁周第i層上的側阻力、樁端端阻力特征值;本工程淤泥質粘性土側阻力特征值為20 kPa，按摩擦樁計算;耕土、回填土地勘未提供相關參數，采取保守方法，不參與計算;up為樁的周長，本工程為0.12π;li為第i層土的厚度，本工程厚度為2.8m ;N為樁深范圍內所劃分的土層數，本工程取1。

經由上式計算得到，， 因此，取。則每平方米需打樁根樁，取3根。綜上計算，實際松木樁加固軟基采取500mm×500mm梅花形布置，每平方布置根數為n=4根，則面積置換率m為2.56%。

根據《建筑地基處理技術規范》，復合地基承載力可以按下式估算：

式中β為樁間土承載力折減系數，宜按地區經驗取值，如無經驗時可取0.75-0. 95，天然地基承載力較高時取大值，本工程取0.75;fsk為處理后樁間土承載力特征值，宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值，本工程為38 kPa。

經由計算得到，因此，滿足設計要求。

2.4加固方案

依據設計要求，通過計算驗證，最終確定南方中學新校區新建工程松木樁加固軟基方法。在加固過程中，擬采用直徑≥120mm的松木樁，500mm×500mm梅花形布置，松木樁需穿透0.5m厚回填土、0.7m厚耕土，2.8m淤泥質黏土，錨入粉質粘土1m。樁頂采用500m厚毛石+100mm厚碎石碾壓結板傳力。

3效益分析

3.1經濟效益

以株洲市南方中學新校區新建工程松木樁軟基處理施工為例，本方法應用面積為350㎡，合計1616根，7272 m。為進一步定量化分析本方法所產生的經濟效益，通過與預制管樁施工方法所消耗費用高進行對比分析得到如表1所示結果。從表中可知，相比較于預制管轉法所消耗費用100.69萬元，采用松木樁法進行軟土地基加固費用僅需71.26萬元，其經濟效益顯著。

3.2 社會效益

松木樁加固軟基施工方法具有成本低、施工工藝簡單、施工速度快等優點。通過本方法的應用，現場軟基問題得到了良好的處理。處理350㎡軟基，從松木樁材料進場至軟基處理完成，僅花費3個工作日，且質量驗收一次通過，體現了現場施工問題處理的效率，受到監理、建設等單位的一致好評，同時也為企業樹立了良好的品牌形象。

3.3節能環保效益

株洲地區松木資源良好，取材簡單。松木樁加固軟基施工過程中，未采用任何有環境污染的化學產品，整套施工工藝能源消耗低，建筑垃圾產生量少，減少了土方開挖量，對環境基本不造成影響。

4結論

本研究以株洲市南方中學軟土地基問題為工程依托，從當地自然環境出發，采用松木樁法對該工程軟土地基進行處理，并在此基礎上，進一步分析了松木樁法所產生的各項效益，得到主要結論如下：

（1）松木樁法可有有效地提高地基承載力，使其滿足設計和使用要求，為軟土地基處理提供了一種新方法和新思路。

（2）以具體工程環境為依托，采用松木樁法進行軟土地基處理可有效地縮短工期，并產生顯著的經濟效益、社會效益和節能環保效益。

參考文獻：

[1]劉國. 用模糊數學方法選擇軟土地基加固方案[J]. 水文地質工程地質， 2012， 22（4）：19-21.

[2]劉秉輝. CFG樁在鐵路客運專線軟土地基加固中的應用[J]. 鐵道標準設計， 2007， 1（6）：19-21.

[3]丁光文， 葉春林. 布袋注漿樁在深厚層軟土地基加固中的應用[J]. 巖土工程技術， 2007， 21（5）：239-242.

[4]高文泉， 羅福貴. 建筑軟土地基加固處理技術的分析與探討[J]. 科技創新導報， 2013， 11：（1）：50-55.

[5]姚愛民. 高壓旋噴樁在軟土地基加固工程中的應用分析[J]. 工程建設與設計， 12（17）：23-29.

（湖南省第五工程有限公司，湖南 株洲 411104）