杉木樁在小港湖閘下游翼墻地基處理中的應(yīng)用

張丹　李順兵 梅強(qiáng) 曹雪琴 徐建華

【摘要】本文針對(duì)小港湖閘下游翼墻的基礎(chǔ)處理問題進(jìn)行了討論，證明了杉木樁在軟土地基處理中的可靠性。

【關(guān)鍵詞】下游翼墻；杉木樁；淤泥質(zhì)土；基礎(chǔ)處理

1、前言

小港湖閘位于湖北省洪湖市，洪湖在小港的出口處，與洪湖船閘并列，設(shè)計(jì)流量214.5m3/s，是四湖流域防洪排澇體系中的重要組成部分。小港湖閘于1962年建成，并于2016年完成原址拆除重建，本文主要針對(duì)小港湖船閘拆除重建過程中下游翼墻的基礎(chǔ)處理問題進(jìn)行討論。

2、工程概況

小港湖閘下游翼墻采用C25砼扶臂式擋土墻，墻高7.5m，墻底板寬8.5m，基地應(yīng)力最大值155kpa，最小值125kpa，平均值140kpa，建基面高程19.5m，建基面以下土層自上而下分別為：

①湖積淤泥質(zhì)土（Q4l）：該層建基面以下厚約1.5m，層底高程約18.0m，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk= 80kPa，樁周土側(cè)阻力特征值為9kPa。

②沖湖積粘土（Q4al+l）：該層厚約4m，層底高程約14m，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk= 110kPa，樁周土側(cè)阻力特征值為18kPa。

③沖洪積粘土（Q4al+pl）：該層厚4m，層底高程約10m，，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk= 190kPa，樁周土側(cè)阻力特征值為32kPa。

④沖洪積粉細(xì)砂 （Q4al+pl）：該層承載力標(biāo)準(zhǔn)值為fk= 170kPa，樁周土側(cè)阻力特征值為18kPa。

3、基礎(chǔ)處理形式的選擇

該工程初步設(shè)計(jì)階段對(duì)翼墻基礎(chǔ)采用水泥土攪拌樁進(jìn)行處理，但施工階段發(fā)現(xiàn)下游翼墻上方為10kv高壓線，水泥土攪拌樁施工時(shí)，鉆機(jī)與高壓線之間的距離太小，無法保證施工安全，故施工階段改用杉木樁。杉木樁設(shè)計(jì)間排距0.5m，正方形布置，樁頭徑不小于0.15m，尾徑不小于0.13m，設(shè)計(jì)樁長6m，樁頂高程19.1m，樁頂鋪設(shè)30cm厚級(jí)配砂石褥墊層，樁端落在③沖洪積粘土（Q4al+pl）層，地基處理范圍為基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大3排樁。

4.、杉木樁計(jì)算

（1）單樁承載力計(jì)算

目前我國尚無相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范可直接用于木樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)。本文根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）中有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基的相關(guān)公式計(jì)算，則有杉木樁單樁承載力特征值計(jì)算公式如下：

a. 由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力

式中：

Ra——單樁承載力設(shè)計(jì)值（kN）

μ——樁身平均周長，取0.439m

qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，①②③號(hào)土層分別取9、18、32kPa。

li——樁穿越第i層土的厚度，①②③號(hào)土層分別取1.1m、4m、0.9m。

α——樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1

qp——樁端地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，取170kPa

Ap——樁體截面面積，取0.015 m2

經(jīng)計(jì)算Ra=51.3kN。

b. 由杉木樁樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力

參考《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50005-2003）附錄G及4.2.1條表4.2.1-1，確定杉木適用的強(qiáng)度等級(jí)為TC11A，不考慮松木樁在自身及使用條件下的設(shè)計(jì)指標(biāo)調(diào)整，由表4.2.1-3查得，fc=10×103kpa。

參考《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），按杉木樁自身抗壓強(qiáng)度確定的單樁豎向承載力計(jì)算公式如下：

式中：

fc——樁材料容許應(yīng)力，松木樁一般取10×103kPa

η——樁材料的應(yīng)力折減系數(shù)，木材取0.25

經(jīng)計(jì)算Ra=38.5kN。

c. 最終確定的單樁承載力

綜上，單樁承載力特征值取a和b計(jì)算的較小值，即Ra=38.5kN。

（2）杉木樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

復(fù)合地基的樁土面積置換率m的計(jì)算公式如下：

式中：

d——樁身平均直徑，取0.15m

de——每一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效園直徑（m）

s——正方形布樁時(shí)的樁間距，取0.5m

經(jīng)計(jì)算m=6.13%。

參考《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），則有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基計(jì)算公式如下：

式中：

fspk——復(fù)合地基的承載力特征值（kPa）；

m——復(fù)合地基的樁土面積置換率，取6.13%

Ra——單樁豎向承載力特征值（kN），38.5kN

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，1

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，0.7

fsk——加固后樁間土的承載力特征值（kPa）；80kPa

經(jīng)計(jì)算，木樁復(fù)合地基承載力特征值fspk=182.5kPa，大于下游翼墻基地應(yīng)力最大值155kpa，故加固后的木樁復(fù)核地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

5、杉木樁地基處理的質(zhì)量控制

木樁應(yīng)挺直，不得有腐朽、蟲害及漏節(jié)等，且打入前應(yīng)采用瀝青浸泡或其他防腐措施。為打木樁時(shí)能順利灌入土層，減少阻力，保護(hù)樁頭，宜將木樁尾部削成尖錐狀。

木樁地基處理無需專用的沉樁設(shè)備，一般可以采用挖土機(jī)的挖土臂進(jìn)行施打，施打順序宜由基坑四周往內(nèi)圈施打。當(dāng)淤泥開挖深度較大時(shí)，先在木樁處理范圍的外圍施打支護(hù)樁，防止開挖過程中淤泥坍塌。打樁完畢后應(yīng)按設(shè)計(jì)高程鋸平樁頭，使每根樁的樁頂基本保持在同一水平面，清挖打樁時(shí)擠出的淤泥。

6、總結(jié)

目前，小港湖閘拆除重建工程已經(jīng)投入使用，施工及運(yùn)行期間檢測(cè)翼墻變形及沉降量均滿足規(guī)范要求，從而說明杉木樁復(fù)合地基在提高地基承載力和減小地基沉降量方面取得了很好的效果，而且，杉木樁施工設(shè)備及其操作過程簡(jiǎn)單，在大型機(jī)械很難進(jìn)場(chǎng)、木材來源比較豐富的情況下優(yōu)勢(shì)尤其明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院主編.木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50005-2003）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 中國建筑科學(xué)研究院主編.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2012）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：張丹（1984-），女，漢族，陜西渭南人， 碩士研究生。