利用木樁解決水下淤泥土軟地基

吳明舒

【摘 要】在羊過水水庫至鳳凰山輸水管道工程中，三標(biāo)段兩處跨錢屯水庫庫區(qū)里面的河道，河道兩岸為沼澤地與淤泥土，淤泥土厚度3.0 m。為解決支承管道跨河建筑物的基礎(chǔ)，采用了木樁樁基端承樁，完成了排架、桁架和管道安裝工作，本文就木樁樁基的使用方法，進(jìn)行實(shí)踐與理論分析探討。

【關(guān)鍵詞】輸水管道；沼澤地；淤泥土；跨河建筑物；木樁樁基；探討

1.基本情況

宣威羊過水庫至鳳凰山輸水管道工程，管道全長27.936km，管徑DN1000mm，設(shè)計(jì)輸水流量為0.63m3/s。管材有23.516km為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，4.42km為螺旋縫焊接鋼管，管材耐壓級別均0.8MPa。該工程設(shè)計(jì)規(guī)模為?。ㄒ唬┬?，年供水量2000萬m3。其中供給鳳凰山工業(yè)園區(qū)工業(yè)用水1247萬m3，集鎮(zhèn)供水300萬m3，農(nóng)業(yè)灌溉供水453萬m3，管道末端蓄水池蓄水1.2萬m3。管道從水庫導(dǎo)流洞引出至鳳凰山，經(jīng)過板橋、虹橋、宛水、雙龍、來賓五個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道辦事處。在27.936km的輸水管道線路中，有11個(gè)跨越和穿越河道段。其中有7個(gè)跨越河道架空段，四個(gè)穿越河床埋設(shè)段。在7個(gè)跨越河道架空段中，最為復(fù)雜、施工難度大的是三標(biāo)段中的兩個(gè)跨河桁架的基礎(chǔ)施工。施工時(shí)兩河段的水面寬度為45.0m和47.0m，河中心水深1.2m。1號桁架處水面寬從12+200至12+245，2號桁架處水面寬度從12+700至12+747。1號和2號桁架設(shè)計(jì)均為三跨，長度均為40.0m。1號桁架兩邊跨徑為10.0m。中間桁架跨徑為20.0m。2號桁架兩邊跨跨徑為12.5m，中間桁架跨徑為15.0m。桁架底面距最高水位為2.2m。1號和2號桁架的支承排架基礎(chǔ)尺寸相同。1號和4號基礎(chǔ)平面尺寸為a×b=3.6×3.6（m），2號和3號基礎(chǔ)平面尺寸a×b=5.0×4.0（m）。因桁架下地基處于水下，做支承桁架的排架基礎(chǔ)難度大，一是排水困難，截流運(yùn)不進(jìn)土，開挖排水溝工程量大，需要征用土地。二是水下淤泥土厚度大，基坑開挖容易坍塌，要開挖到相應(yīng)的持力層，必須達(dá)到3.5m以上深度，根據(jù)管道槽開挖的情況分析，基坑周邊打設(shè)三排支護(hù)樁，也無法解決土體在荷載作用下，發(fā)生的塑性流動(dòng)滑移。經(jīng)分析研究決定，采用木樁基解決水下淤泥土上建支承桁架的排架基礎(chǔ)問題。

2.樁的選擇與壓樁試驗(yàn)

樁的選擇上，排除了混凝土樁，鋼筋混凝土樁、鋼樁、組合材料樁，決定采用木樁進(jìn)行壓樁試驗(yàn)。

經(jīng)市場調(diào)查，木材市場上只有松木、杉木、桉木，因受長度和小頭直徑限制，選擇了小頭直徑不小于0.15m的松木，長度3.0m、4.0m、5.0m的三組木樁共9根進(jìn)行壓樁試驗(yàn)。試驗(yàn)的辦法是在同樣的淤泥土上進(jìn)行三組樁的試壓，試壓是采用大型挖機(jī)的斗將木樁壓進(jìn)淤泥土中。3.0m長的樁很容易就壓入淤泥土中，4.0m長的樁稍加壓也就進(jìn)入了淤泥土中，5.0m長的樁壓入土中4.0m后就要加大壓力才能壓進(jìn)土中。由此證明5.0m長的樁，樁身己穿過軟弱土層，到達(dá)深層堅(jiān)硬的土體中。根據(jù)壓樁試驗(yàn)的結(jié)果，決定使用長5.0m，小頭直徑0.15m的松木作為樁基使用。按荷載的傳遞方式，這種樁的作用是將建筑物的荷重穿過軟弱土層傳給堅(jiān)實(shí)的下臥層，起著這種作用的樁叫端承樁，也叫端支樁。樁的作用除受垂直荷載外，同時(shí)還要擔(dān)負(fù)水平荷載。對1號和2號桁架的基礎(chǔ)處理，決定采用端承樁基。

3.樁基承載量的確定與樁基布置

單樁的載量一方面決定于樁本身的材料強(qiáng)度，另一方面決定于周圍的土對樁的支承能力。如果周圍的土對樁的支承能力大于木樁本身的材料強(qiáng)度，那么樁的承載量應(yīng)等于樁材料的最大承壓強(qiáng)度。但如果周圍的土對樁所能發(fā)揮的最大支承能力小于木樁本身的材料強(qiáng)度，這時(shí)樁的承載量只能等于土的支承能力。在該工程中遇到的就是后一種情況。

決定土對樁的最大支承能力有三種方法，靜力學(xué)方法，動(dòng)力學(xué)方法和靜載重試驗(yàn)法。根據(jù)實(shí)際情況判定該工程采用靜力學(xué)方法。

在靜力學(xué)方法中認(rèn)為土對樁的全部支承力[R]由兩部分組成，即樁端土的抵抗力[Rs]和樁側(cè)面上土的摩擦力[Rf]。R=Rs+Rf

Rs——樁端下土的許可承載力與樁端橫截面積的乘積。

Rf=μ.L0.f0

μ——樁的周長（m）

L0——樁的計(jì)算長度（m）

f0——樁周土的單位面積摩阻力，按穿過各土層厚度的加權(quán)平均數(shù)計(jì)（T/m2）。

式中L1，L2……Ln是樁穿過各土層的厚度

F1，f2……fn是各土層對樁身單位面積上的摩阻力。

從表中查得土對木樁的許可單位面積的摩阻力值（T/m2）

淤泥土f1=1.0 容許承載力R=4T/m2

粘土（流態(tài)）f2=1.0 容許承載力R=4T/m2

粘土（塑態(tài)）f2=1.5 容許承載力R=8T/m2

根據(jù)采用松木、小頭直徑0.15m，計(jì)算樁長按5.0m計(jì)，計(jì)算得f0=1.1T/m2Rf=1.265 T/m2Rs=0.14T/m2

最后計(jì)算得土對樁的支承力R=1.405T/m2。

靜力學(xué)方法簡單，只能在設(shè)計(jì)過程中估算樁的需要長度和許可承載量，計(jì)算出的RS與Rf都只是近似的，得出的結(jié)果不及載荷試驗(yàn)可靠。

樁基的布置，首先已確定為端承樁基，根據(jù)河面寬河中水深，淤泥厚度大，單樁的承載量和試壓狀態(tài)分析，擬定選用長5.0m，小頭直徑0.15m，順直平滑的松木作樁基用。樁數(shù)和樁長的計(jì)算，將作用于基礎(chǔ)的荷載假定為偏心荷載，基底壓力為梯形分布，其樁數(shù)的計(jì)算式為：

N=μ

式中μ——為系數(shù)，取值在1～1.2之間。

ΣQ——作用于基礎(chǔ)上的垂直荷載。

R——土對樁的支承力

按上式計(jì)算得樁數(shù)N=70根，按樁的中心間距要求，樁距為2.5～4.0d，d為木樁直徑。計(jì)算得70棵木樁數(shù)，在a×b=5.0×4.0（m）基礎(chǔ)上布置壓樁，樁距為0.6m，樁距太大。分析決定采用3d計(jì)算樁距，得樁距0.45m。在a×b=5.0×4.0（m）的基礎(chǔ)上縱向布置12棵，橫向9棵，共計(jì)108棵樁。

a×b=3.6×3.6（m）的基礎(chǔ)上共計(jì)72棵樁。

4.樁基臺構(gòu)造與施工

樁基臺的構(gòu)造：在a×b=5.0×4.0（m）的淤泥土中由108棵樁構(gòu)成樁基，a×b=3.6×3.6（m）的淤泥土中由72棵單樁構(gòu)成樁基。在樁與樁之間和樁頂以上淤泥土中拋壓塊石，樁頂塊石厚度為0.6m。在淤泥土表面以上的塊石中澆筑C15混凝土，塊石的上面有一層厚0.2m的C20混凝土找平層，2號和3號基礎(chǔ)尺寸為a×b=5.0×4.0（m）上部為0.5m厚C30鋼筋混凝土平臺，平臺尺寸為a×b=4.0×3.0（m）的排架基礎(chǔ)平臺。1號和4號基礎(chǔ)尺寸為a×b=3.6×3.6（m），排架基礎(chǔ)平臺尺寸為a×b=2.6×2.6（m）。

首先進(jìn)行桁架基礎(chǔ)的定位放線，做好標(biāo)記物，進(jìn)行樁基的壓樁工作。木樁按施工放線壓樁完成后，在所有樁基的四個(gè)直角邊設(shè)定標(biāo)桿，進(jìn)行軸線和基礎(chǔ)尺寸驗(yàn)證。然后在樁頂部的淤泥土中拋壓塊石，長寬均要求大于設(shè)計(jì)尺寸1.0m，將整個(gè)樁基頂上鋪壓塊石厚度，使木樁嵌入塊石當(dāng)中形成一個(gè)整體。淤泥土上面的塊石中澆筑C15混凝土，成漿砌塊石體。漿砌石上面采用C20混凝土找平層，找平層的上面為厚0.5m的C30鋼筋混凝土排架基礎(chǔ)平臺。

5.結(jié)語

樁基是一種最古老的地基加固方法，在古代時(shí)期就開始使用木樁解決在軟弱地基上進(jìn)行建筑的問題。利用木樁解決水下淤泥土地基，小型水閘軟弱地基，水庫除險(xiǎn)加固中閘門框架軟弱地（下轉(zhuǎn)第413頁）（上接第336頁）基，渡槽排架軟弱地基是一個(gè)可行的方法。比其他樁經(jīng)濟(jì)，材料來源方便，只要壓樁試驗(yàn)做得合理，設(shè)計(jì)考慮充分，是解決小型水利工程中軟弱地基深厚，基坑開挖難度大，地下水位高，排水不方便的一種好辦法。

【參考文獻(xiàn)】

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