P～S解析法在CFG桩复合地基极限承载力计算中的应用

王于刚

（陕西水环境工程勘测设计研究院 陕西 西安 710018）

1 概述

CFG桩，是在碎石桩基础上加以改进而发展起来的，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结性强度桩，桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。因该法具有振冲挤密和置换作用、承载力提高幅度大、地基变形小等特点，已成为应用较广泛的常用地基处理措施。

CFG桩的处理效果必须对处理后的地基进行现场检验，检测内容有承载力、地基处理质量和均匀性、复合地基增强体的质量等。复合地基承载力检测值或计算值是评价地基处理措施、处理效果的重要指标。

目前，CFG复合地基承载力的计算方法很多，而现场静载荷试验无疑是比较可靠、最直接的方法，其中如何应用桩的试验资料（如P～S关系，其中P、S分别为桩顶荷载和沉降）来正确评价和确定桩的承载力一直是桩基研究工作的一个重要课题。

2 P～S解析法

影响桩承载能力的因素很多，要建立一个包括所有因素在内的承载力计算模式是不现实的。而建立在现场原位静载试验的P～S表达式解析法，因其人为干扰小，取值标准统一，误差可量化，预测效果比较好，尤其是便于采用计算机来分析大量的静载荷试验资料，可大大减少工作量和计算时间。

当静载荷试验加至CFG桩或复合地基破坏情况下，得到的曲线相对比较完整，其静载试验结果的P～S关系曲线综合反映了各种因素对桩的影响。

因此，本文采用P～S表达式解析法计算复合地基承载力。

2.1 P～S表达式解析法的计算模型

当试验未加载至复合地基破坏时，得到的P～S曲线相对不完整，因此合理地利用试桩资料来确定复合地基极限承载力就显得十分重要了。P～S表达式解析法采用的典型计算模型主要有：双曲线模型、指数曲线模型和灰色预测模型。

双曲线模型是一种确定极限承载力的方法，又称斜率倒数方法[4][5]，是在工程实际中用得比较广泛的一种方法，因为它可以化成线性形式：

式中，P——桩顶荷载，kN；

S——桩顶沉降，mm；

a、b——常数，确定参数、时可用最小二乘法求出比较方便。

令y=S/P，x=S则上式可演变为线性方程：

y=ax+b

按最小二乘法原理，求出式中的参数a，b。则极限承载力为：

该方法具有要求数据少、计算简单而严密、精度高等特点，可以利用已知数据对单桩的竖向抗压极限承载力进行预测，为静载荷试验提供了可行的预测工具，已成为复合地基承载力计算的常用模型。

2.2 实例工程应用

某房建工程，场地地貌单元为黄河冲积平原，地形比较平坦，地层起伏较大。地层主要由粉土、粉质粘土、粗砂及粉砂组成，第4层粉土为液化土层，液化等级为轻微。场地类别为Ⅲ类，建筑场地特征周期为0.45s，本场地应属对建筑抗震的不利地段。地基采用素混凝土桩（CFG桩）处理，设计总桩数1219根，有效桩长10.5m，桩径400mm，桩间距1200mm×1200mm，以正方形和三角形布置。第⑧层粉细砂层为桩端持力层，桩顶标高-5.93m，桩底标高-16.43m，桩身强度C20砼。要求处理后的复合地基承载力特征值≥380kPa。

2.2.1 试验装置和方法

采用堆重平台反力装置，油压千斤顶加载。本次复合地基载荷试验压板采用1.2m×1.2m正方形钢板，荷载采用安装在千斤顶上的油压传感器测定，沉降量采用安装在基准梁上的位移传感器测定。

加荷方法按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）规定的慢速维持荷载法进行，试验步骤为加载、分级记读数据、终止加荷、卸荷。

图1 复合地基静载荷试验装置示意图

表1 单桩复合地基静载荷试验结果

加荷：分8级加载，按最大加载量760kPa计算，每级荷载95kPa。

分级记读：每级加荷前后各读记承压板沉降一次，以后每半小时读记一次，达到相对稳定标准后，加下一级荷载。

终止加荷：达到终止加荷条件时，终止加荷。

卸荷：分4级等量进行，每卸一级，间隔半小时读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时读记总回弹量。

2.2.2 双曲线模型应用

根据现场的试验桩布设，选取了7个试验点进行了单桩的载荷试验，试验结果见表1。

利用表达式解析法来求各个工程场地CFG桩的地基极限承载力，先将野外现场试验记录送入计算机进行数据处理，用双曲线模型计算出各自相应的复合地基极限承载力，1号～7号七个试验点的单桩复合地基承载力特征值均为380kPa。故该场地复合地基承载力特征值为380kPa，满足工程要求。

同时，本文对实际工程中若干未做到极限阶段的试桩做了推测计算，对部分CFG桩复合地基承载力静载试验实测值与双曲线计算模型值进行了对比分析，计算的误差是较小的，效果是理想的。

3 结语

根据现场的单桩原位试验数据，利用解析法中的双曲线模型，计算得到场地的复合地基承载力，并与实际工程中的静荷载试验实测值进行了对比分析，表明双曲线模型计算结果合理，能通过试验桩的检测结果较好地反映CFG桩地基处理效果及质量，为下步工程施工把好基础质量关。陕西水利

[1]龚晓南．地基处理手册（第三版）[M]．中国建筑工业出版社，2007.6．

[2]王恩远，吴迈.工程实用地基处理手册[M]．中国建材工业出版社，2005.7．

[3]建筑地基处理技术规范（JGJ79—2012）[S]．2012.8．

[4]安新正.邯郸地区粉喷桩复合地基承载力可靠度分析与研究[D].华北水利水电学院，2005．[5]赵国藩，曹居易，张宽权.工程结构可靠度[M].大连：水利电力出版社，1984．