淺談松木樁在水利水電軟基處理中的應(yīng)用

        軟土地基處理歷來是水利工程建設(shè)的難題水利工作者在實際工作中根據(jù)各自地理位置、氣候條件、工程狀況等要素進行了不同程度的探索與實踐目前就全國而言尚沒有統(tǒng)一的技術(shù)措施各個地區(qū)根據(jù)情況的不同采取相應(yīng)的措施無論采取什么措施都需經(jīng)地基承載力試驗確定能夠滿足地基承載力要求本文以實際工程為例研究和探討松木樁在擋土墻基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用。

１工程項目概況

        高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目可以達到“路相通、溝相連、田成方、澇能排、旱能灌”的目的保證農(nóng)田旱能灌澇能排提高農(nóng)作物產(chǎn)量同時也改善了農(nóng)田水環(huán)境對發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟意義重大。
        余干縣2017年統(tǒng)籌整合資金推進高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項目項目區(qū)位于國營康山墾殖場地處贛江、信江、撫河入鄱陽湖的交匯處緊臨德昌高速和昌萬公路距南昌37km是農(nóng)業(yè)部2016年農(nóng)墾農(nóng)機標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建示范單位項目區(qū)地處鄱陽湖濱湖核心區(qū)域主排澇溝現(xiàn)狀平均淤泥深度1.20m軟基礎(chǔ)平均深度1.80m主排澇溝原設(shè)計采用C20現(xiàn)澆混凝土擋土墻型式清除淤泥后開挖至硬土基礎(chǔ)承載力試驗合格后澆筑20cm厚C15混凝土墊層墊層上進行擋土墻施工。

2 工程項目存在的問題

        工程建設(shè)過程中存在一些技術(shù)難題如不能妥善解決將會嚴(yán)重影響工程質(zhì)量降低工程效益實際施工時清淤并開挖1.80m后發(fā)現(xiàn)多處出水量較大的泉眼地基承載力達不到設(shè)計要求擋土墻整體穩(wěn)定性無法保證如何對軟基礎(chǔ)進行處理成為影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

3軟基處理方案擬定

3.1方案一:拋石擠淤方案

        拋石選用非風(fēng)化片、塊石料徑不小于300mm片、塊石都經(jīng)過抽樣送檢合格后用于工程施工清除表層80cm左右淤泥后用自卸汽車將石料運至拋投現(xiàn)場坡腳邊緣先用挖掘機進行分選拋投即由挖掘機將大粒徑的片、塊石均勻分層拋投拋投過程中首先挖掘機斗下壓整平填滿整條主排澇溝后挖掘機來回走動進行碾壓使片、塊石沉入基本穩(wěn)定碾壓過程中用人工將片、塊石空隙以小石或石屑填滿鋪平直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。

3.2方案二:溝底滿堂澆筑方案

        清除表層80cm左右淤泥后由于泉眼較多設(shè)置小排水溝和集水井集中抽水使用攪拌坍落度較小的C20混凝土鋪底厚度20cm待終凝后按設(shè)計要求進行后續(xù)施工。

3.3方案三:松木樁固基方案

        松木富含松脂防腐能力良好有“水上千年杉水下萬年松”之說松木樁固基具有施工周期短、抗沖能力強、經(jīng)濟可行、生態(tài)效果顯著等優(yōu)點在軟基處理特別是淤泥、淤泥質(zhì)土的基礎(chǔ)處理中具有很好的適應(yīng)性松木樁長4m梢徑10cm縱向間距50cm單雙排梅花形布置橫向間距30cm打好樁后回填20cm厚中砂再澆筑混凝土承臺預(yù)留20cm樁頭埋在混凝土承臺里。

4軟基處理方案試驗

        首先進行工程地質(zhì)勘察和土工試驗查明土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)綜合考慮施工布置、工程造價等各方面因素通過方案比選科學(xué)合理地制定地基處理方案。

4.1方案一:拋石擠淤方案試驗

        a.主排澇溝淤泥層厚度較大軟基礎(chǔ)平均深度達1.80m拋石擠淤需要大量片、塊石成本較高。
        b.項目區(qū)道路主要為小型機耕道很難滿足載重貨車通行會對道路基礎(chǔ)造成很大損害。
        c.軟基深度太大無法采用大型碾壓設(shè)備進行碾壓地基承載力無法達到設(shè)計要求。
        綜上分析該方案不予采用。

4.2方案二:溝底滿堂澆筑方案試驗

        a.軟基礎(chǔ)沒有深入處理地基承載力無法滿足要求。
        b.溝底泡泉會嚴(yán)重影響底板整體承受力和穩(wěn)定性。
        c.從生態(tài)多樣性角度考慮滿堂澆筑不符合環(huán)境保護要求。
        綜上分析該方案不予采用

4.3方案三:松木樁固基方案試驗

        a.南方松木資源較為豐富價格適中采用松木樁處理軟基經(jīng)濟效益明顯其“水下千年松”的特有防腐性在軟基處理特別是淤泥、淤泥質(zhì)土的施工技術(shù)基礎(chǔ)處理中具有很好的適應(yīng)性。
        ｂ.作為傳統(tǒng)的基礎(chǔ)處理方式松木樁強度高且密度小彈、韌性好可承受一定沖擊作用且具有施工方便的優(yōu)點可避免大量的土方開挖。
        ｃ.其具有吸濕性及濕脹干縮性在吸水后體積膨脹對樁間土有一定擠密作用同時增大摩擦作用。
        ｄ.軟土厚度小于５ｍ較為適宜用松木樁處理松木樁由于樁長限制(一般不長于５ｍ)處理深度受限處理深度限制同時也限制其處理承載力一般適用于承載力不高于１３０ｋＰａ的部位。
        ｅ.根據(jù)工程預(yù)算以及類似工程實踐軟土地基處理所采用的梢徑１０ｃｍ、長４ｍ的松木樁每根樁工料費比１２ｃｍ×１２ｃｍ、４ｍ長的混凝土預(yù)制樁節(jié)約７２％左右比拋石擠淤方案節(jié)約５５％左右在工程造價方面具有明顯優(yōu)勢。
        綜上分析采用該方案

５工程設(shè)計及施工工藝

５.１工程設(shè)計

        ５.１.１單樁承載力的確定Ｒａ＝φα[σ]Ａｐ式中Ｒａ—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值ｋＮφ—縱向彎曲系數(shù)與樁間土質(zhì)有關(guān)一般?。?alpha;—樁材料的應(yīng)力折減系數(shù)木材?。?５[σ]—樁材料的容許應(yīng)力梢徑１０ｃｍ的松木樁[σ]＝２５００ｋＰａＡｐ—樁端截面積ｍ２樁端最小直徑按１０ｃｍ計算經(jīng)計算松木樁單樁承載力為２１.２５ｋＮ。

５.１.２確定松木樁數(shù)

        經(jīng)擋墻穩(wěn)定及應(yīng)力應(yīng)變計算要求最小地基承載力為１００ｋＰａ單位面積所需松木樁數(shù)計算如下:
        ｎ＝σ/Ｒｏａ 式中ｎ—單位面積中的松木樁數(shù)根。
        σｏ—松木樁所承受的承載力ｋＰａＲａ—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值ｋＮ計算得ｎ＝４.７根每平方米采用５根松木樁即可以滿足擋墻地基承載力的要求。

５.２施工工藝

        為了便于打樁樁長不宜超過４ｍ為保證樁尖能進入持力層上部開挖至基礎(chǔ)的埋深后再打樁施工工藝流程及注意事項如下：

５.２.１松木樁制作

        選用梢徑１００ｍｍ、長度４ｍ的松木樁松木樁為“原木”不用剝皮不要鋸成其他形狀以免后期樁身受力彎曲變形失效鋸平樁頭切勿將“松木樁”更換成更筆直樁長更長的“杉木樁”或其他樁因為杉木在水中將會快速變黑、變形。

５.２.２施工控制要點

        將挖掘機斗提到樁架頂部安排人員扶樁待插好樁后輕落在樁頂上再檢查樁帽與樁的中軸線是否一致保證樁的垂直度如有偏差及時調(diào)整開始正常下壓時應(yīng)一次到位不得中途停頓以免土恢復(fù)后難以下沉，壓樁完成時停壓標(biāo)準(zhǔn):原則上要求樁的入土深度和貫入度均應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。若達到此標(biāo)準(zhǔn)確有困難時可采用下列方法進行處理:設(shè)計樁尖標(biāo)高處為一般黏性土層時由于樁的貫入度變化不大難以利用貫入度變化判斷樁尖是否進入設(shè)計土層可以樁尖標(biāo)高控制沉樁后樁頂標(biāo)高允許偏差為±１０ｃｍ沉好一根樁后應(yīng)立即進行檢查確認樁身無問題后才移動樁架，淤泥及淤泥質(zhì)土水平抗力很小樁群上端容易出現(xiàn)整體水平位移從而拉裂地面設(shè)施處理辦法為在松木樁間澆筑Ｃ２０混凝土墊層以提高樁群的水平剛度。

５.２.３施工注意問題

        不得采用大能量的挖掘機施工特別是樁尖進入硬層貫入度變小時容易造成樁頭和樁身損傷松木樁。
        所能承受的沖擊能控制在３０００Ｎ.ｍ以內(nèi)太大會破壞樁體，沉樁下沉過程中當(dāng)樁穿過軟土層后突然進入硬層時會產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力當(dāng)樁穿過硬土層后突然進入軟土層時會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力須注意觀察嚴(yán)格操作否則會打壞樁下壓時要注意樁頂?shù)膲簯?yīng)力、樁身的拉應(yīng)力以及樁身的壓曲，對發(fā)生“吸入”現(xiàn)象的樁應(yīng)進行復(fù)壓“吸入”是指樁在黏土中連續(xù)錘擊時由于土的滲透系數(shù)小樁周圍的土不能滲透擴散而沿樁身向上擠出形成周圍的潤滑套使樁周圍的摩擦力大為減少在休止一定時間后樁周土摩擦力恢復(fù)增大，打樁完成后要鋸掉超出設(shè)計高度的樁頭清除作業(yè)區(qū)淤泥回填２０ｃｍ厚中砂澆筑２０ｃｍ混凝土承臺樁頭埋入承臺之中。

５施工效果

        采用圓弧鋼筋混凝土拱板閘底板底?？梢员苊獬辆畠?nèi)３００ｔ鋼管腳手架的搭設(shè)、拆除和１５００ｍ２模板的安裝、拆除降低施工強度避免了惡劣環(huán)境下負高空作業(yè)減少安全隱患節(jié)省大量的周轉(zhuǎn)材料加快了閘底板施工進度確保底板的施工質(zhì)量和工期目標(biāo)的實現(xiàn)經(jīng)濟效益顯著。

６結(jié)語

        經(jīng)過松木樁處理的軟土地基經(jīng)地基承載力試驗?zāi)軌驖M足擋土墻地基承載力要求該工程完工后已運行１年基礎(chǔ)無明顯沉陷工程質(zhì)量良好能夠滿足行洪排澇要求松木樁固基處理技術(shù)在濱湖地區(qū)擋土墻基礎(chǔ)處理、機耕橋基礎(chǔ)施工和預(yù)制六角塊齒槽基礎(chǔ)加固等項目中有良好的可適應(yīng)性具有較強的借鑒和推廣價值。

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