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摘要：本文在介绍了松木桩的独特性能以及力学特性的基础上，提出松木桩加固软土地基的原理，结合工程实例，就松木桩的设计计算、施工工艺流程及处理软基的效果评价进行探讨，表明在特定的条件下，松木桩用于软土地基的加固具独特的优势。
关键词：松木桩；软土地基；应用
我国地质条件复杂，许多建设项目分布在软土地区，这些地区的地基土通常都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点。在软土地基上建房，往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求问题，因而必须采取措施处理地基，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，其中松木桩以其取材容易、施工技术简单易行、造价较低的优点在广西尤其是山区工程中获得了广泛的应用。本文结合多年的工程实践，对用松木桩处理软土地基的问题作粗浅探讨。
1松木桩的特点及力学性能
我国民间自古有“水下万年松的说法”，著名水利工程—灵渠的基础处理即采用了松木桩。松木桩用于地基处理时具有一些独特的性能，具体如下：1)比强度大，具有轻质高强的优点；2)弹性韧性好，能承受冲击和振动作用；3)在适当的保养条件下，有较好的耐久性；4)联结构造简单，易于加工，可制成各种形状的产品；5)松木桩具有较强的吸湿性和湿胀干缩性，干燥松木吸湿时，随着吸附水的增加，松木将发生体积膨胀；6)由于松木的组织结构特点，使得它具有较好的抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度；7)松木桩如有缺陷易于从外表观察，不致将有疵病的木材用于重要结构。
2松木桩加固软土地基的原理
采用松木桩加固的软土地基属于复合地基。复合地基是由天然地基土和桩体两部分组成。松木桩复合地基同其它复合地基相比，除桩的材质不同外，其余均有相似之处，其加固机理：一是桩体的支撑作用：松木桩复合地基以松木桩取代了与桩体体积相同的低模量、低强度土体，在承受外荷时，地基中应力按桩土应力比重新分配。应力向桩体逐渐集中，桩周土体所承受的应力相应减少，大部分荷载由松木桩承受。由于桩的强度和抗变形能力均优于土体，故而形成后的复合地基承载力、模量也优于原土体，从而达到减小变形，提高承载力的效果。二是挤密作用：松木桩施工时，采用锤击打入，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高，起到挤密作用。松木桩复合地基在施工中对桩间土体的挤密作用，使桩间土密实，从而使桩间土的承载力得到提高，压缩性降低。
3用松木桩处理地基的实例
3.1工程的地质概况
某工程建筑面积790m2，两层全框架结构。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，该层的实际埋深约3.7m。考虑到其他处理方法造价高、工期长等因素，确定采用松木桩加固地基的方案。
3.2松木桩的设计和计算
如果各桩按照等边三角形(即梅花形)布置，并用作挤密桩时可按下式设计：
s=0.95d
n=A/Ap （1）
式中S——松木桩的间距(m)
d——松木桩直径(m)
e0——挤密前土的天然孔隙比
e1——挤密后应达到的孔隙比
n——每m2地基范围内桩的根数
A——每m2地基所需挤密桩面积，A=(e0-e1)(1+e0)
Ap——单桩横截面面积(m2)
另外，在设计中当桩端有硬壳层存在时，可作为端承桩计算，即
Pa=(2)
式中Pa——单桩承载力
——纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般可取1.0
——桩材料的应力折减系数，木桩取0.5
[]——桩材料的容许压力(kPa)
本实例中，柱下独立基础附加应力及质量总值为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1.5m，经计算基础尺寸为2.6m2×2.9m2。持力层埋藏较浅，因而采用端承桩设计。根据(2)式，当以松木为材料，桩直径为15cm时，[]为2773．4kPa。因而Pa=24．5kN／根
每平方米所需桩数为：n=5.14根/m2，实取5根／m2。该工程的桩基底面积为210m2，所需桩数为1050根。
3.3 松木桩处理软土地基的施工
3.3.1松木桩的选择制作：1)按设计计算要求，梢端直径≥12cm，且外形直顺光圆；2)小端削成30cm长的尖头，利于打入持力层；3)待准备好总桩数80%以上的桩时，调入挖掘机进行打桩施工，避免挖掘机待桩窝工；4)如桩长有不同时，将备好的桩按不同尺寸及其使用区域分别就位，为打桩做好准备；5)严禁使用其他木材代替松木。
3.3.2 挖掘机打桩流程：1)挖掘机就位后，用挖掘机先开挖至基础的设计埋深；2)选择正确桩长的松木桩，并扶正松木桩，桩位按设计间距梅花状布置；3)将挖掘机的挖斗倒过来扣压桩至软土中；4)按压稳定后，用挖斗背面击打桩头，直到没有明显打入量为止，确保松木桩垂直打入持力层；5)压桩时严格控制桩的密度和位置，确保软基的处理效果；6)打桩时，为使挤密效果好，应由基底四周往内圈施打。
3.3.3 根据控制标高锯平桩头
3.3.4 桩间抛石。全部打桩完毕后，在桩顶面铺设30cm厚砂石垫层，加以夯实，通过其与松木桩之间的嵌挤作用，能较好地将基础混凝土与淤泥隔开来，使基础混凝土不会因淤泥的影响而降低强度。经过上述方法处理后，即可进行常规的基础底板施工。
3.4 经济效果和使用情况
根据建筑预算定额，15cm的松木桩2．5m长，每根桩工料费为15元／根，总费用为1.575萬元。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2008年12月竣工以来，通过使用和观测证明，结构稳定安全。
4松木桩处理软土地基注意事项
4.1 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。
4.2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。
4.3一般软土厚度小于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。
4.4 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。
4.5 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。
4.6 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。
5 松木桩处理软弱地基存在的问题
如前所述，虽然松木桩处理软弱地基有很多优点，但也存在一些问题。一是桩身使用期限的不确定性。虽然民间有水下万年松的说法，但在沿海地区使用难以查到资料；二是受力的不确定性，上述工程设计采用了0.5的材料折减系数，仅是根据一些前人的经验值；三是材料问题，某些工程的松木采购涉及多个林场，跨越了几个县，因此单价偏高，经济效益难以显示。四是松木桩的定额单价问题，查水利部及广西水利厅已有的定额，还未有松木桩单价，因此也造成了工程预算及结算等方面的困难。
当前，随着经济的发展，楼房高度越来越高、房屋荷载越来越大，建筑中采用混凝土桩也就越来越普遍，松木桩逐渐被人们所淡忘。但是，在处理基础承载力要求不是很高的软弱地基时，它既有施工方便、经济效益明显的优点，又可避免大量的土方开挖，因而在松木资源较为丰富的地区，它不失为一种处理软土地基的有效手段。
参考文献：
【1】周凤杯.松木桩基础在淤泥地基处理探析【J】.企业科技与发展，2008，（16）：183.
【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）：139-140.】
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：松木桩；软土地基；应用
我国地质条件复杂，许多建设项目分布在软土地区，这些地区的地基土通常都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点。在软土地基上建房，往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求问题，因而必须采取措施处理地基，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，其中松木桩以其取材容易、施工技术简单易行、造价较低的优点在广西尤其是山区工程中获得了广泛的应用。本文结合多年的工程实践，对用松木桩处理软土地基的问题作粗浅探讨。
1松木桩的特点及力学性能
我国民间自古有“水下万年松的说法”，著名水利工程—灵渠的基础处理即采用了松木桩。松木桩用于地基处理时具有一些独特的性能，具体如下：1)比强度大，具有轻质高强的优点；2)弹性韧性好，能承受冲击和振动作用；3)在适当的保养条件下，有较好的耐久性；4)联结构造简单，易于加工，可制成各种形状的产品；5)松木桩具有较强的吸湿性和湿胀干缩性，干燥松木吸湿时，随着吸附水的增加，松木将发生体积膨胀；6)由于松木的组织结构特点，使得它具有较好的抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度；7)松木桩如有缺陷易于从外表观察，不致将有疵病的木材用于重要结构。
2松木桩加固软土地基的原理
采用松木桩加固的软土地基属于复合地基。复合地基是由天然地基土和桩体两部分组成。松木桩复合地基同其它复合地基相比，除桩的材质不同外，其余均有相似之处，其加固机理：一是桩体的支撑作用：松木桩复合地基以松木桩取代了与桩体体积相同的低模量、低强度土体，在承受外荷时，地基中应力按桩土应力比重新分配。应力向桩体逐渐集中，桩周土体所承受的应力相应减少，大部分荷载由松木桩承受。由于桩的强度和抗变形能力均优于土体，故而形成后的复合地基承载力、模量也优于原土体，从而达到减小变形，提高承载力的效果。二是挤密作用：松木桩施工时，采用锤击打入，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高，起到挤密作用。松木桩复合地基在施工中对桩间土体的挤密作用，使桩间土密实，从而使桩间土的承载力得到提高，压缩性降低。
3用松木桩处理地基的实例
3.1工程的地质概况
某工程建筑面积790m2，两层全框架结构。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，该层的实际埋深约3.7m。考虑到其他处理方法造价高、工期长等因素，确定采用松木桩加固地基的方案。
3.2松木桩的设计和计算
如果各桩按照等边三角形(即梅花形)布置，并用作挤密桩时可按下式设计：
s=0.95d
n=A/Ap （1）
式中S——松木桩的间距(m)
d——松木桩直径(m)
e0——挤密前土的天然孔隙比
e1——挤密后应达到的孔隙比
n——每m2地基范围内桩的根数
A——每m2地基所需挤密桩面积，A=(e0-e1)(1+e0)
Ap——单桩横截面面积(m2)
另外，在设计中当桩端有硬壳层存在时，可作为端承桩计算，即
Pa=(2)
式中Pa——单桩承载力
——纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般可取1.0
——桩材料的应力折减系数，木桩取0.5
[]——桩材料的容许压力(kPa)
本实例中，柱下独立基础附加应力及质量总值为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1.5m，经计算基础尺寸为2.6m2×2.9m2。持力层埋藏较浅，因而采用端承桩设计。根据(2)式，当以松木为材料，桩直径为15cm时，[]为2773．4kPa。因而Pa=24．5kN／根
每平方米所需桩数为：n=5.14根/m2，实取5根／m2。该工程的桩基底面积为210m2，所需桩数为1050根。
3.3 松木桩处理软土地基的施工
3.3.1松木桩的选择制作：1)按设计计算要求，梢端直径≥12cm，且外形直顺光圆；2)小端削成30cm长的尖头，利于打入持力层；3)待准备好总桩数80%以上的桩时，调入挖掘机进行打桩施工，避免挖掘机待桩窝工；4)如桩长有不同时，将备好的桩按不同尺寸及其使用区域分别就位，为打桩做好准备；5)严禁使用其他木材代替松木。
3.3.2 挖掘机打桩流程：1)挖掘机就位后，用挖掘机先开挖至基础的设计埋深；2)选择正确桩长的松木桩，并扶正松木桩，桩位按设计间距梅花状布置；3)将挖掘机的挖斗倒过来扣压桩至软土中；4)按压稳定后，用挖斗背面击打桩头，直到没有明显打入量为止，确保松木桩垂直打入持力层；5)压桩时严格控制桩的密度和位置，确保软基的处理效果；6)打桩时，为使挤密效果好，应由基底四周往内圈施打。
3.3.3 根据控制标高锯平桩头
3.3.4 桩间抛石。全部打桩完毕后，在桩顶面铺设30cm厚砂石垫层，加以夯实，通过其与松木桩之间的嵌挤作用，能较好地将基础混凝土与淤泥隔开来，使基础混凝土不会因淤泥的影响而降低强度。经过上述方法处理后，即可进行常规的基础底板施工。
3.4 经济效果和使用情况
根据建筑预算定额，15cm的松木桩2．5m长，每根桩工料费为15元／根，总费用为1.575萬元。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2008年12月竣工以来，通过使用和观测证明，结构稳定安全。
4松木桩处理软土地基注意事项
4.1 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。
4.2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。
4.3一般软土厚度小于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。
4.4 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。
4.5 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。
4.6 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。
5 松木桩处理软弱地基存在的问题
如前所述，虽然松木桩处理软弱地基有很多优点，但也存在一些问题。一是桩身使用期限的不确定性。虽然民间有水下万年松的说法，但在沿海地区使用难以查到资料；二是受力的不确定性，上述工程设计采用了0.5的材料折减系数，仅是根据一些前人的经验值；三是材料问题，某些工程的松木采购涉及多个林场，跨越了几个县，因此单价偏高，经济效益难以显示。四是松木桩的定额单价问题，查水利部及广西水利厅已有的定额，还未有松木桩单价，因此也造成了工程预算及结算等方面的困难。
当前，随着经济的发展，楼房高度越来越高、房屋荷载越来越大，建筑中采用混凝土桩也就越来越普遍，松木桩逐渐被人们所淡忘。但是，在处理基础承载力要求不是很高的软弱地基时，它既有施工方便、经济效益明显的优点，又可避免大量的土方开挖，因而在松木资源较为丰富的地区，它不失为一种处理软土地基的有效手段。
参考文献：
【1】周凤杯.松木桩基础在淤泥地基处理探析【J】.企业科技与发展，2008，（16）：183.
【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）：139-140.】
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。