附加质量法确定粉喷桩单桩承载力的应用

王柏强，孙德利

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳110006）

长期以来在粉喷桩检测工程实践中，单桩承载力和复合地基承载力的确定主要依据现场静力载荷试验法。但由于其试验周期长、设备笨重、费用高、受场地条件限制等原因，在工程应用时往往受到约束。若按规范或标书的规定，需要进行的静力载荷试验组数较多，影响了检测工期和施工总进度。附加质量法确定地基承载力，具有灵活、高效、准确等优点，大大提高了检测效率，现已逐渐被广泛应用。

1 基本原理

附加质量法是依据单自由度弹簧振动理论，在地基土体系上附加一级或多级质量块△Qi，直接求出地基的参振质量Q0和动刚度K。

附加质量法确定单桩承载力是通过测试参振土体的振动频率f，求桩的动刚度K。再利用单桩承载力与动刚度成正比例关系，计算桩的承载力。该比例关系系数的确定是用静载试验得出的承载力特征值除以该桩的动刚度。再用该比例关系系数α乘以各桩的动刚度得到各桩的承载力特征值。

其理论公式为：

式中：△Qi——附加质量分级重量，kg；Q0——参振重量，kg；fi——加载△Qi时的振动频率，Hz；K——动刚度，kN/m；α——比例关系系数；P——单桩承载力，kN。

附加质量法确定单桩承载力的工作方法是：首先平整处理桩头，并垫2～3 cm细砂，然后将φ0.5 m承压板平稳安放在桩头上。拾震器用石膏固定在承压板中心，激发点设在承压板以外200 mm左右，激振器选用50 kg的铁锤，用手提落锤。附加质量块的总质量为1 000 kg，按5级加入，每级质量为 0 kg，250 kg，500 kg，750 kg，1 000 kg。用工程地震仪采集桩的震动波形曲线，求取每一级附加重量ΔQi所对应的频率fi，计算Di值，并作D-ΔQ曲线，根据曲线按公式（或图解法）计算各测点的动刚度K。其装置如图1。

图1 检测装置示意图

2 工程实践

某输水工程，沿线存在不良地层—淤泥质土层，其承载力值较低，设计采用粉喷桩进行加固处理。其施工桩号为asy189+050 m-asy196+250 m，asy205+890 m-asy208+870 m，总长10 km，共分46个单元。每个单元工程施工结束28 d后进行质量检测。

本次检测使用的仪器为重庆奔腾数控技术研究所制造的“WZG—24工程地震仪”，该仪器为数字地震仪，灵敏度高，具有信号增强、频谱分析功能。

根据18-18-141桩静载荷试验成果，所加最大荷载为160 kN，沉降量为9.9 mm，得出该桩的承载力标准值大于80 kN（载荷试验未进行到极限状态），该桩的动刚度为1.03×104kN/m。据此确定的动刚度与允许承载力的比例关系系数为0.007 8。综合考虑工程区桩长变化和地层岩性差异等影响，计算承载力时的比例关系系数取0.004。

3 问题分析

3.1 比例关系系数的确定

另据18-14-51和18-15-39点静力载荷试验成果，其D-△Q曲线见图2，3。

图2 18-14-51桩D～△Q曲线图

图3 18-15-39桩D～△Q曲线图

根据该两点的试验成果，所确定的动刚度值分别为 3.28×104kN/m，3.58×104kN/m。其地层岩性基本相同。经比较，该两点的动刚度值均比18-18-141大3倍多，见表1。而地层结构也有不同，由此确定的比例关系系数也有明显差异，18-18-141比18-14-51、18-15-39的系数值大，而后两点的值相近。

表1 各静力载荷试验点主要参数表

3.2 通过静荷试验确定的承载力特征值要有代表性

虽然附加质量法确定单桩承载力用起来比较方便，效率较高。但由于要结合静力载荷试验成果进行，所以静力载荷试验点是否有代表性，直接影响附加质量法的使用效果。试验点是否具代表性取决于工程区的地质条件（地层结构及性质）的变化情况。若工程区段较长，地层结构及性质变化较大，仅用一点的试验成果来确定整个场区地基的动刚度就不准确，据其确定的承载力值也不准确。所以在使用时一定要结合工程区的地质条件，分区进行代表性的静力载荷试验，以确定合理的动刚度值和比例关系系数。

此外，桩长的变化也会影响比例相关系数的大小，应用时也要注意对其进行修正。

4 结语

附加质量法能够适应当前类似工程施工检测中工期紧、任务重的需求，能方便、快捷地给出检测结论。但静力载荷试验成果是否具代表性、工程区地质条件的变化情况都影响了附加质量法的使用效果。在地质条件变化不大，成桩规格相同的情况下，应用附加质量法确定单桩承载力的准确性较高。

[1]大伙房水库.大伙房水库输水(二期)工程营口盘锦段基础处理粉喷桩质量检测报告[R].

[2]JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[3]TB 10113-96，粉体喷搅法加固软弱土层技术规范[S].

[4]JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].