软弱地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性,因此在软土地基上修建建筑物,必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题,因而常常需要采取措施,进行地基处理。处理的目的是要提高软弱地基的强度,保证地基的稳定,降低软弱土的压缩性,减少基础的沉降和不均匀沉降。目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法,以下对用松木桩处理软弱地基的问题作一些探讨。
一、软弱地基的种类及常见的处理方法
软弱地基的种类很多,按成因一般可分为人工填土类地基;海相、河流相和湖相沉积而成的含淤质粘土类地基;各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的粘土类地基。复杂的成因造成了它们在物理力学性能上的复杂性,它们的共同特点是承载力低、压缩性高。目前对厚度较大的软弱地基一般采用各类钢筋混凝土桩进行处理,对含水量和孔隙比较大的软弱地基一般采用砂桩、石灰桩,化学灌浆或堆载预压等方法处理。各种处理方法都有较强的针对性,处理方法选择是否合理,直接影响到建筑物的设计是否安全和节约。在实际工程中,松木桩处理软弱地基的问题较少提及,但在条件许可的情况下采用短木桩处理某些软弱地基不仅施工较为便捷,而且费用也较为经济合理。
二、用松木桩处理地基的实例
在实际工程中软弱地基普遍存在,对于一些层数较低、荷载较轻的建筑物地基或遇局部暗塘的情况,大多是采用松木桩处理地基的。下面就110KV鹿山变电所主控楼的地基处理作一简要介绍。
(1)工程的地质概况
该工程位于鹿山附近,建筑面积650㎡,两层全框架结构。地质剖面自上而下由杂填土、淤质粘土、含淤质砾砂卵石、粉质粘土及粘土构成。
淤质粘土呈软塑状,下部的含淤质砾砂卵石呈中密状,是较为理想的持力层。持力层的实际埋深约4米。当时曾考虑用砼短桩或换土垫层法处理,经技术经济比较确定了松木桩的处理方案。
(2)松木桩的设计计算
在设计中短木桩用作挤密桩时可按下式设计:
S=0.95d√(1+ e0)/( e0- e1)
n=A/AP
S――桩的间距(m)
d――桩径(m)
e0――挤密前土的天然孔隙比
e1――挤密后作要求达到的孔隙比,可按地基所需的承载力设计值再根据《建筑地基基础设计规范》附录五附表5-3或5-4确定
n――每㎡桩的根数
A――每㎡地基所需挤密桩面积,A=( e0- e1)/(1+ e0)
AP――单桩横截面积(㎡)
在设计中,当桩端有硬壳层存在时,可作为端承桩,按下式计算:
Pa=Ψα[σ]A-(a)
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
本实例中柱下独立基础附加应力及自重总值为950KN.选③层为桩端持力层,地基土的容许承载力经综合分析后取值130kPa,基础埋深1.5米,经计算基础尺寸为2.6*2.9㎡.持力层埋藏较浅,因而采用端承桩设计。根据(a)式,当以松木为材料,桩直径为15cm时,[σ]为2773.4kPa
Pa=1*0.5*2773.4*(0.15/2)2*π=24.5KN/根
每平方米所需桩数为
n=950/(2.6*2.9*24.5)=5.14根/㎡
实取5根/㎡
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210*5=1050根
桩的布置按梅花形:
全部打桩完毕后,在桩顶面铺设20cm厚片石灌石子,加以夯实,然后再做基础。
(3)经济效果分析
根据建筑预算定额,φ15cm的松木桩2.5m长每根桩工料费为15元/根,总费用1050*15=1.575万元。若用12cm*12cm混凝土预制短桩约需5.1万元;若用换土垫层则需2.4万元,并且因地下水位较高,换土施工难度很大。显然用松木桩方案为首选。该工程1999年5月竣工以来,通过使用和观测证明,结构稳定安全。
三、松木桩处理软弱地基的适应条件
根据在软土地基上工程建设的实践经验,软土地基的设计之前必须认真进行工程地质勘察和土工试验。只有查清土层和土质的情况,才能正确地进行设计和施工;再者,必须从场地的土层和土质的特点出发,对地基与基础的结构、施工及使用等方面进行综合考虑,通过方案比较、合理地选择地基处理方案。一般软土厚度小于5m时较为适宜用松木桩处理,为了便于打桩,桩长不宜超过4m.作端承桩时,为了保证桩尖能进入持力层,上部可先开挖至基础的埋深后再打桩。桩的材料必须用松木,因松木含有丰富的松脂,这些松脂能很好地防止地下水和细菌对其的腐蚀,价格也较为便宜。松木桩适宜在地下水以下工作,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,不宜使用松木桩。
实践证明,短木桩处理软弱地基时,有施工方便、经济效益明显的优点,它可避免大量的土方开挖,因而在松木资源较为丰富的地区,用松木桩处理软弱地基在经济和技术上是可行的,它不失为一种处理软弱地基的有效手段。