软土地基大吨位堆载试验支墩基础处理方法研究

陈得发

【摘要】近年来，国内高层建筑迅速发展，大吨位的静载荷试验在民用建筑项目中广泛应用，在软土地基上开展大吨位堆载试验时须对支墩基础进行加固处理，并对支墩进行合理的设计，保证试验数据的准确性，确保整个试验安全进行。

【关键词】软土地基;大吨位堆载试验;地基加固处理;支墩设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.130

1、前言

压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置以及锚桩压重联合反力装置是目前进行单桩竖向抗压静载荷试验常用的三种反力装置。在软土层埋深较大的场地采用压重平台反力装置进行大吨位的静载荷试验时，需要进行支墩设计以及支墩承载力的验算，如果支墩尺寸设计不合理，压重平台支墩施加于地基土的压应力大于地基土承载力，造成地基土明显下沉或者破坏，导致堆载平台倾斜甚至坍塌，这样会影响试验结果的准确性或导致试验失败，还存在巨大的安全隐患。

因此，在软土地基上开展大吨位的堆载试验时，对支墩基础的加固设计以及整个反力系统的验算就显得尤为重要，本论文以杭州某工程28800 kN的堆载试验为例，论述在该试验中对支墩基础的加固设计以及对整个反力系统的设计和验算。

2、工程及地质概况

杭州某项目规划建设1幢151m高的办公楼（31F）、2栋91m高的办公楼（18F）、4栋33～66m高的办公楼、酒店、LOFT以及18.5～31m高的商业裙楼，3栋90m高回迁住宅楼，全场整体设6层地下室，±0.00标高相当于1985国家高程8.300m。

151m高的辦公楼（31F）基础采用Φ1000mm的钻孔灌注桩，中其桩长约为56m～59m，桩身混凝土设计强度为水下C40，桩端持力层为⑩-2-3层中风化凝灰岩，拟最大试验荷载为2880kN，其余的建筑物基础采用Φ800mm的钻孔灌注桩，桩长约为52m～62m，桩身混凝土设计强度为水下C40，桩端持力层为⑩-2-3层中风化凝灰岩，拟最大试验荷载为1800kN，场地浅部工程地质概况见表1（地下水位0.5m）

3、静载荷试验设计方案

3.1支墩基础设计

根据表1中本工程浅部地层的地质概况，第①层淤泥质填土的承载力预估值约为65kPa～ 70KPa，如果按照承载力预估值70kPa计算需要330m2的支墩基础面积，大约为2块15m×11m的支墩，无法满足试验要求。因此需要对浅层地基进行加固处理。

根据我司的设备能力，主梁采用规格为高度1.7m、宽度0.7m、长度11m的2根钢箱梁，副梁采用H型钢，其高度为700mm、宽度200mm、长度12m（一般国标H型钢长度）、腹板厚度13mm、翼缘厚度22mm。支墩布置的中心轴线与主梁平行，支墩中心轴线距试桩中心距离为5m。地基处理也按此思路进行，采用换填法挖除第①层淤泥质填土，开挖2块长15m、 宽8m、深2m的矩形，填入道渣分层夯实，夯实处理后的地基极限承载力可达到250Kpa左右，基本满试验的要求。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）第5.2.4条当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，地基承载力特征值尚应按下式修正：

第②层的粉质黏土基本满足上述修正条件，考虑到地基处理后回填土体、混凝土板等的自重因素，在此地基土承载力不做深度修正，计算荷载时也不计入回填土体、混凝土板等的自重因素，仅进行宽度修正，修正后第②层粉质黏土的承载力特征值为：

第②层粉质黏土承受应力=28800*1.2/（8*15*2）=144kPa<98*1.5=147kPa，满足试验要求。

3.2支墩设计

在荷载、支墩轴线位置确定的情况下，不同尺寸规格的支墩对静载荷试验桩以及基准桩产生的影响不尽相同，如何设计合理的支墩尺寸以及静载荷试验桩中心与支墩边距等这都是影响静载荷试验可靠性的重要因素。

从表2以及图2和图3可以看出：

（1）在支墩中心轴线位置不变的情况下，随着支墩边距试桩中心距离的增加（支墩宽度不断减小），支墩对静载荷试验桩、基准桩的影响逐渐减小并且最大应力位置逐渐变深，从间距到2m以后，支墩荷载对试桩以及基准桩的影响（附加应力）已经趋于稳定，为了能够尽量达到规范对支墩与试桩中心间距的要求，同时满足换填土强度要求，选择间距为3m，支墩尺寸为2块5m×15m的混凝土板（图1）作为本次静载荷试验支墩。

（2）在堆载法静载荷试验中，支墩对静载荷试验桩、基准桩的影响取决于与支墩边的距离及基底应力（荷载）。

3.3现场试验

3.3.1荷载实施

试验均采用7台5000kN级千斤顶实施加载，荷载等级值均由一台桩基静载荷分析系统连接显示。

3.3.2沉降量测读

试桩桩顶沉降量采用四只呈对称布置的位移传感器与一台桩基静载荷分析系统连接显示。

3.3.3加载分级如下表3

3.3.4测读时间

试验采用慢速维持荷载试桩法，沉降测读时间如下：

（1）每级加载后，第一小时内按第5、15、30、45、60分钟各测读一次，以后每隔半小时读一次，当沉降速率达到相对稳定标准时，进行下一级加载。

（2）卸载时，每级荷载维持一小时，第5、15、30、60分钟共测读四次，卸载至零时，测读残余沉降量为三小时。

（3）沉降相对稳定标准：每一小时沉降量不超过0.1mm，且连续出现两次。

3.3.5终止加载情况

对于抗压桩试桩，当出现下列情况之一时，应即终止加载：

（1） 试桩在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的 5 倍，且桩顶总沉降超过 140mm 时;

（2） 某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的 2 倍，且 经 24 小时仍未达到相对稳定时，以此级荷载为起点，后续每次加载量 由上述加载顺序中的增量减少 0.025P，并不少于 3 次加载;

（3） 荷载已超过所规定的最大加载量且桩顶达到相对稳定标准;

（4） 荷载沉降曲线呈缓变形时，可加载至桩顶总沉降量 140mm;当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至桩顶累计沉降量超过 140mm。

4、检测结果

4.1静载荷试验结果

1#试桩试验加载至28800 kN时，最大沉降量为53.59mm，残余沉降量为20.60mm，回弹量为32.99mm，验所得的Q-s曲线均较平缓，未出现明显拐点，s-lgt曲线较平直，未出现明显向下曲折，说明1#试桩未达到极限受力状态，其单桩竖向抗壓极限承载力不小于拟定最大加载量。

2#试桩试验加载至28800 kN时，最大沉降量为40.10mm，残余沉降量为10.98mm，回弹量为29.12mm，验所得的Q-s曲线均较平缓，未出现明显拐点，s-lgt曲线较平直，未出现明显向下曲折，说明2#试桩未达到极限受力状态，其单桩竖向抗压极限承载力不小于拟定最大加载量。

3#试桩试验加载至28800 kN时，最大沉降量为45.39mm，残余沉降量为15.72mm，回弹量为29.67mm，验所得的Q-s曲线（图4）均较平缓，未出现明显拐点，s-lgt曲线（图5）较平直，未出现明显向下曲折，说明2#试桩未达到极限受力状态，其单桩竖向抗压极限承载力不小于拟定最大加载量。

4.2地基及基准桩的变形

本次3根静载荷试验均加载至拟定最大加载量后终止加载试验，通过测量加固处理后的地基以及基准桩的沉降量，发现静载荷试验中堆载平台的最大沉降量约为35mm，基准桩的最大沉降量约为3mm。通过对地基以及基准桩的沉降量数据分析表明在本次堆载法静载荷试验中，采用换填法对支墩处的场地进行地基处理是可行的，能够达到静载荷试验中对地基土承载力的要求。

结论：

在软土地基上进行大吨位堆载静载荷试验时，对地基土进行加固处理以及对支墩进行合理的设计是决定试验成功的关键因素。

本次试验通过对该工程浅层土的力学特性分析，计算支墩下合理的地基处理面积，通过计算分析静载荷试验桩中心随支墩边距变化时，支墩产生的附加应力对静载荷试验桩和基准桩的不同影响，最终确定合理的支墩尺寸以及静载荷试验桩中心与支墩边距，通过对整个试验方案的不断优化设计，保证了本次试验数据的准确性和可靠性，试验结果也达到了预期的效果。

本次试验结果表明在软土地基上进行大吨位堆载静载荷试验时，采用换填法对支墩处场地进行地基处理是可行的，可以达到预期的效果。

参考文献：

[1]JGJ 106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].

[2]GB5007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3]李超华.深厚软土地基大吨位静载试验地基处理技术分析[J].建筑监督检测与造价，2015，8（4）：28-32