松木桩挡土墙软基处理施工技术

        随着经济的发展,高速公路交通量迅速增长,经济发达地区高速公路扩建工程势在必行。高速公路扩建中,路基扩建方式主要有两侧拼宽、单侧拼宽,以及交错拼宽3种方式,其中两侧拼宽对路基稳定性要求最高。由于维持原车流通行的需要,建设中必须合理组织,安全施工。对于扩建工程路基处理,由于保通工作的要求,软基处理的安全性尤其重要。本文结合工程实例,介绍松木桩挡土墙软基处理的设计方法及施工工艺。 

1 工程概况 

        某高速公路扩建工程PA2标段K310+140处存在软基,该段高速公路路基拼宽方式为右侧单侧拼宽,同时要求保持老路通车,因此,扩建中须保证老路路基的稳定安全。公路右侧河上为一座便桥,为使机耕路与便桥顺接,扩建中于公路右侧设置一段路肩挡土墙。 
        该段地质纵断面为:表层2m素填土,下卧3m淤泥,其下依次为残积性粉质亚粘土、残积砂质粘性土、残积砂质粘性土。若采用换填方式则开挖过程中可能出现老路路基淤泥流动的情况,影响老路路基稳定;如果换填中采用钢板桩支挡则成本更加高昂。而采用砼管桩不仅成本昂贵,且机械难以进场操作。因此,采用松木桩处理该段挡土墙软土地基,最为经济实用。 

2 松木桩地基处理原理 

        软基的处理方法有很多,如粉喷桩、换填、抛石以及灌注桩等,实际操作中可根据情况进行选择。松木含有丰富的松脂,而松脂能很好地防止地下水和细菌对其的腐蚀,所以松木桩适宜在地下水位以下工作。但对于地下水位变化幅度较大或地下水具有较强腐蚀性的地区,则不宜使用松木桩。 
        松木桩的处理分为两种,若持力层较浅,则可以可采用端承桩;而在软基较厚且承载力要求相对较低的路基中,则采用间距较小的短木桩(通常桩间距小于桩直径的3倍),由于桩间软土挤密作用,形成复合地基,从而达到设计承载力。 
        松木桩在材料价格、运输、施工机械等方面也具有良好的优势,加之松木分布较广,符合因地制宜、就地取材的公路建设原则,因而采用松木桩处理公路的软基成为公路软基处理中一种经济适用的方法。在地下水位高,软土层厚且小于5m的公路软基段,桥梁墩台基础,以及涵洞,挡土墙基础处理中常常采用松木桩处理,以提高地基承载力到达设计要求。 

3 松木桩挡土墙地基处理设计 

3.1 承载力计算 

        根据地质剖面,挡墙设计段落第三层为残积性粉质粘土,根据土工实验承载力为120kPa,又挡墙基础至该层约为3m,持力层埋深较浅,故采用端承桩进行设计计算,松木桩的单桩承载力按下式计算: 
        Pa=Ψα[σ]A………… ………………………………(1) 
        Pa ——单桩承载力; 
        Ψ——纵向弯曲系数,与桩间土质有关,一般可取1; 
        α——桩材料的应力折减系数,木桩取0.5; 
        [σ]——桩材料的容许压力,kPa。 
        根据挡土墙计算结果,挡土墙高3~3.5m,挡土墙基础基底应力最大为124kN。依公式(1),当以松木为材料,取桩直径为15cm时,[σ]为2773.4kPa,算得单桩承载力Pa=24.5kN/根,则每平方米所需桩数为n=5.06根/m2,取整为5根/m2 。 

3.2 松木桩平面及挡墙立面布置 

        桩孔的布置应尽量减少未挤密的空白面积,因此桩孔宜按等边三角线排列,形成梅花形布置,经计算取桩间距0.5m可满足承载力要求。平面布置形式如图1所示。 
为使挡墙基底受力均匀,以及协调变形的需要,桩顶加铺80cm厚级配碎石砂加筋垫层,加筋材料采用土工格栅。桩处理宽度由挡墙底宽加宽20cm后按35?的扩散角计算。松木桩挡土墙断面及立面布置如图2、3所示。 

4 木桩的施工 

        首先,施工前进行场地清理,开挖时必须保证老路路基稳定,清理高度不宜过低,不得沿老路基边缘垂直开挖;其次,做好松木桩挡土墙地基临时排水工作,挖沟至桩顶以下。 
        打桩前应先进行试桩,以调整机械参数,和确定施工桩长,为大面积施工提供相关数据,保证工程质量,节省材料。试桩可以采用挖掘机进行,施工前应该参看地质纵断,再探明软土层厚度,在基底周边及中心处,每隔一定距离(一般2~3m),试桩探明软土层厚度,以便于选定施工桩长,一般不宜短于2.5m。 
        打桩施工时,用斧头将松木桩头削尖,将挖掘机的挖斗倒扣压桩,能取得较高的工效。压桩前先由工作人员扶桩就位,由挖斗轻按至桩入土自稳,然后工作人员离开,由挖掘机下按压桩。打桩结束后,锯平桩头,使每段落桩的桩顶基本水平。清挖打桩时挤出的烂泥,然后用级配碎石回填,一般厚度为80cm,保证基础不包桩头,使之受力均匀。 
        为施工时达到良好的效果,打桩时必须由基底四周往内圈施打,以取得良好的挤密效果。对于地质复杂地段,应采取检测措施进行稳定监测。 
        最后取土样做土工试验,或用长杆贯入仪验证处理后地基的实际承载能力是否满足设计要求。 

5 结论 

        松木桩在材料价格、运输、施工机械等方面也具有良好的优势,并且实践证明松木桩处理软基不受雨天的影响,进度快、工作量小,适宜工期紧的工程。在一定的地质、施工环境中,松木桩处理软基不失为一种有效地手段。 
参考文献 
        [1]杨位.地基与基础[M].3版.北京:中国建筑工业出版社,1998. 
        [2]卢国源.松木桩处理软土地基的设计与施工[J].现代企业文化,2009(14). 
        [中图分类号 U416.1 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)11-0060-02 ]

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