基于某工程实例讨论复合地基承载力特征值的确定方法＊

刘 豪，朱 帅

（1．贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳550025；2．贵州省邮电规划设计院有限公司，贵州 贵阳550025）

引言

静载试验可以很方便的得出地基承载力，但是对于复合地基特别是多桩型复合地基往往会增大承压板面积以获取较为准确的承载力值，但是这又会给试验带来不便．本文采用小型承压板仅检测单根桩影响范围内的复合地基承载力，通过试验结果分析取得了较理想的结果．

1 复合地基承载力提高机理

复合地基是通过人工的方法在地基土中加入散体材料、桩等，由散体材料起到骨架作用或者由桩体与土体共同承担荷载以提高地基承载力．

其中：fsp．k－复合地基承载力特征值（k Pa）；

m－面积置换率；

Ra－单桩竖向承载力特征值（k N）；

Ap－桩的截面面积（mm2）；

β－桩土间承载力折减系数，易按地区经验取值，无经验时可取0．75～0．95，天然地基承载力较大时取高值；

fs．k－处理后桩间土承载力特征值（k Pa），易按地区经验取值，如无经验值可取天然地基承载力特征值．

2 工程概况

本工程实例为填土路堤，中线最大填高6．63 m，右侧填高20．68 m，表层粉质粘土层2～4 m，该段位于沟谷部位，其厚薄不均，地下水水位浅且水量丰富，土层长期处于饱和状态，抗剪强度低，为软塑状态，下覆基岩为泥质灰岩夹泥岩．路基直接填筑易使路基产生不均匀沉降进而产生滑塌失稳．

填筑用土的物理力学指标如下：

粉质粘土（软塑）γ＝16．0 k N／m3，Φ＝50，C＝6k Pa，［fa0］＝100k Pa．

地基天然状态下，路基15年工后沉降为0．482 m＞0．3 m，填方路基安全系数为Fs＝0．902＜1．3，不满足规范要求，需进行地基处理．

结合本工程实际，本段路基采取“碎石桩＋C20素砼桩”多桩型复合地基的方式进行加固治理．参数如下：

碎石桩单桩承载力标准值为：0．5 MPa；

C20素砼桩单桩承载力标准值为：1．0 MPa；

面积置换率m＝0．110；

复合地基承载力标准值≥0．2 MPa；

碎石桩、C20素砼桩呈正方形交叉布置，间距2．4 m，桩径0．45 m，桩长2～4 m，要求桩端置于基岩上，碎石垫层厚0．5 m．

碎石桩采用振动沉管成桩法施工工艺，C20素砼桩采用振动沉管灌注成桩施工工艺．

本次试验选取素混凝土桩3根，编号为1 H＃、2 H＃、3 H＃，碎石桩3根，编号为1S＃、2S＃、3S＃．

本次试验采用砂包进行堆载以提供反力，整个试验装置简图如图1所示．

图1 试验装置简图 （单位：mm）

3 试验方法

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021－2012）本试验采用浅层平板试验．［2］承压板尺寸1．2 m×1．2 m，静载分析仪选用武汉岩海静载仪，选用1 000 k N千斤顶进行加压，反力由现场堆载钢材提供．根据复合地基的承载力设计值200 k Pa，可以算出堆载重量：200×2×1．2×1．2＝576 k N，即堆载量至少57．6 t．现场实际堆载约70t．

在试验时，首先对拟试验地点的砂垫层进行预压，预压荷载为最大荷载的20%～30%，使砂垫层密实．试验分10级加载，分别对3根素混凝土桩和3根碎石桩试验，最终可得到每根桩的P－S曲线，通过对曲线的分析可得到极限承载力，再由fak＝qult／Fs可得到复合地基承载力特征值［4］．

4 试验情况简述及结果分析

对1S＃试点进行试验，当试验加载至第9级荷载（576 k N）时，对应的试点沉降量为35．39 mm，此时已经达到设计的最大荷载值，此时停止试验．观察其Q－S曲线为平缓的光滑曲线，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）附录C．0．7条规定，地基承载力特征值可按极限荷载值的一半确定．此时极限荷载取第9级加载值，即取fak＝576÷1．44÷2＝200 k Pa为单桩复合地基承载力特征值［3］，见图2．

对1 H＃试点进行试验，当试验加载至第9级荷载（实测579 k N）时，对应的试点沉降量为37．01 mm，此时已经超过设计的最大荷载值，此时停止试验．观察其Q－S曲线为平缓的光滑曲线，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）附录C．0．7条规定，地基承载力特征值可按极限荷载值的一半确定．此时极限荷载取第9级加载值，即取fak＝579÷1．44÷2＝201 k Pa为单桩复合地基承载力特征值［5］，见图2．

图2 1S＃、1 H＃试验Q－S曲线图

对2S＃试点进行试验，当试验加载至第9级荷载（实测595 k N）时，对应的试点沉降量为31．32 mm，此时已经超过设计的最大荷载值，此时停止试验．［6］观察其Q－S曲线为平缓的光滑曲线，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）附录C．0．7条规定，地基承载力特征值可按极限荷载值的一半确定．此时极限荷载取第9级加载值，即取fak＝595÷1．44÷2＝207 k Pa为单桩复合地基承载力特征值，见图3．

对2 H＃试点进行试验，当试验加载至第9级荷载（实测654k N）时，对应的试点沉降量为24．00 mm，此时已经超过设计的最大荷载值，停止试验．观察其Q－S曲线为平缓的光滑曲线，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）附录C．0．7条规定，地基承载力特征值可按极限荷载值的一半确定．此时极限荷载取第9级加载值，即取fak＝654÷1．44÷2＝227 k Pa为单桩复合地基承载力特征值，见图3．

图3 2S＃、2H＃试验Q－S曲线图

对3S＃试点进行试验，当试验加载至第9级荷载（实测621 k N）时，对应的试点沉降量为20．47 mm，此时已经超过设计的最大荷载值，停止试验．观察其Q－S曲线为平缓的光滑曲线，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）附录C．0．7条规定，地基承载力特征值可按极限荷载值的一半确定．此时极限荷载取第9级加载值，即取fak＝621÷1．44÷2＝216 k Pa为单桩复合地基承载力特征值，见图4．

对3 H＃试点进行试验，当试验加载至第9级荷载（实测580 k N）时，对应的试点沉降量为26．95 mm，此时已经超过设计的最大荷载值，停止试验．观察其Q－S曲线为平缓的光滑曲线，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）附录C．0．7条规定，地基承载力特征值可按极限荷载值的一半确定．此时极限荷载取第9级加载值，即取fak＝580÷1．44÷2k Pa＝201k Pa为单桩复合地基承载力特征值，见图4．

图4 3S＃、3 H＃试验Q－S曲线图

综合以上分析，6个试点测试及分析结果见表1：

表1 试点测试及分析结果表

根据上表数据结果得，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该复合地基承载力特征值fak．本试验中，极差为27＜（209×30%）＝62．1，满足要求．本场地复合地基承载力特征值fak取为209 k Pa．

5 结论

1）单桩影响范围内的承载力值可以较准确的代表复合地基承载力值．

2）不同桩型处的地基承载力并没有因为下部桩型的差异而产生较大离散．3）小型承压板也适用于多桩型复合地基承载力试验．

4）多桩型复合地基可以有效的提高地基承载力，有利于改善天然地基和填筑路堤的使用效果，并可以节约工程投资．

［1］JGJ 79－2012，建筑地基处理技术规范［S］．

［2］GB 50021－2012，岩土工程勘察规范［S］．

［3］GB 50007－2011建筑地基基础设计规范［S］．

［4］齐宏伟，王印．CFG桩复合地基承载力计算方法分析［J］．华北科技学院学报，2009，1（3）：46－49．

［5］张攀星．同一场地下复合地基静力特性现场试验研究［D］．石家庄：河北大学，2010．

［6］朱奎，徐日庆．刚柔性桩复合地基［M］．北京：化学工业出版社，2007．