复合地基承载力试验分析

周 强

（湖南省勘测设计院，长沙 410000）

工程建设中经常遭遇各种复杂地况，若地质条件无法满足实际建设需求，工程人员必须采取合适的地基处理措施，以获得更佳的承载能力。复合地基作为人工地基的一种，凭借良好的承载性能与经济性，得到诸多施工单位的青睐。为保障工程项目整体结构安全，必须重视复合地基承载力试验工作，根据试验结果判断是否需要对地基做进一步的处理，本文主要对此展开分析。

1 复合地基概述

地基分为两种，即天然地基与人工地基，当天然地基无法满足结构物的承载力要求时，要落实相关加固工作。地基处理技术众多，主要分为置换、排水固结、振动加密、挤密松散土体、灌入固化物加强、加筋等，此类处理后的人工地基可分为均质地基、多层地基和复合地基三类。本文以复合地基为研究对象展开分析。

复合地基是在天然地基基础上形成的，通过土体置换、设置一定数量的加筋体和增强体，形成复合土体，全面提高地基承载力，共同承担结构物荷载。根据地基内增强体方向，可将复合地基分为水平向与竖向两种。目前，国内工程建设中使用较多的是竖向增强体复合地基，即桩体复合地基，根据桩体强度，可进一步将此类复合地基分为散体材料桩、柔性桩、刚性桩三种，复合地基具体分类如图1 所示。上述三种复合地基构成不同、材料不同，相应的受力特性有所差异，必须针对性地开展复合地基设计工作，保障地基承载力符合要求，相应地，落实复合地基承载力试验工作具有必要性，这也是本文研究的重点所在。

图1 复合地基分类

2 复合地基承载力试验方法

在复合地基设计与施工中，必须做好承载力试验工作，有效确定地基承载力。常用的试验方法包括静载荷试验、触探试验、标准贯入试验、旁压试验和十字板剪切试验等。

2.1 静载荷试验

这种试验方法最为常见，使用固定面积承压板朝着地基缓慢施加压力，由此实现建（构）筑物对地基压力的模拟，并对荷载值、各级荷载下沉降值进行全面记录，绘制荷载（）-沉降（）曲线，判断曲线线形，测求地基土压力，分析其沉降特性。

静载荷试验运用十分广泛，是公认的最可靠、最直接的检验方法，也是相关规范规定的标准方法。但是，此方法存在一定的问题，如设备笨重、检测周期长、检测深度较浅等，要根据项目情况进行合理选择。

2.2 触探试验

这种试验方法分为两种，分别是静力触探、圆锥动力触探。其中，静力触探试验主要利用机械装置施加外力，将一定标准的金属探头压入土层内，通过读取探头所受阻力数据，确定地基土强度；圆锥动力触探主要利用锤击动能将一定标准的金属探头打入土层内，通过贯入的击数、动贯入阻力对土层变化情况进行判断，确定土的工程性质，并做出相应的岩土工程评价。

静力触探试验设备相对简单且操作方便，但是无法直接观测土层，检测时对工作人员经验有一定的要求。

2.3 标准贯入试验

这种试验方法实质上也属于动力触探试验，与触探试验相比，差别在于采用的触探头并非圆锥形探头，而是圆筒形探头，其是由两个半圆形组成的取土器，被称为贯入器。该试验主要利用锤击动能将贯入器打入土层内，根据打入土层阻力对土层物理力学性质进行判断。这种试验方法适用于砂土地基、粉土地基、一般黏性土地基等，最适用于锤击数2～50击的土层，取出的土样可用于鉴别土的类型，并根据贯入击数评价土体强度、变形模量、地基承载力。

2.4 旁压试验

这种试验方法主要利用钻孔开展原位横向载荷试验，较为常用，可实现不用深度的试验，精确高。目前，我国常用旁压仪有预钻式、自钻式两种，前者适用于黏性土、碎石土、砂土、粉土、软岩以及极软岩，后者适用于黏性土、粉土、砂土，尤其适用于软土。

2.5 十字板剪切试验

这种试验方法是将标准十字板压至试验深度，施加扭矩令十字板等速旋转，使土内形成圆柱形破坏面，由此可测定土体抵抗破坏的最大扭矩，并计算土的不排水抗剪强度。十字板剪切试验简单有效，可测定饱和黏性土抗剪强度。

3 某项目复合地基承载力试验分析

3.1 工程概况

本项目属于办公建筑工程，地上10 层、地下1 层，采用的是框架结构，南北侧为裙房。为有效控制主裙楼差异沉降，经综合分析，决定采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG）复合地基方案。建设场地内土层分布情况如表1 所示。

表1 建设场地内土层分布情况

3.2 土的物理力学性质

经勘察分析，本项目各层物理力学性质指标如表2 所示。

表2 各层物理力学性质指标

3.3 CFG 桩复合地基设计方案

本项目地层不均，主楼和裙楼间的沉降存在较大差异，施工单位对相关资料进行整合分析后决定采用CFG 桩复合地基方案。项目所用CFG 桩直径为400 mm，桩端持力层为全风化砂岩层，该地层起伏变化较大，桩长也不统一。例如，钻孔ZK5 中最具典型的桩长为8.6 m，因为增强体单桩的承载力特征值为420 kN，所以复合地基承载力设计特征值不得小于330 kPa，相邻桩体间的距离控制在1.4 m，并按照正方形进行布设。

3.4 复合地基静载荷试验情况

该项目施工结束后进行竣工验收，CFG 桩复合地基采用增强体单桩静载荷法。本项目施工时参考的是《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012），其未规定需要实施增强体单桩静载荷试验，经工程师分析，桩端进入岩层时具有一定的不确定性，必要时需要开展增强体单桩静载荷试验，对桩端的承载力进行检验。在复合地基静载荷试验过程中，随机设置试验点，本次试验选用刚性方形压板，尺寸为1.4 m×1.4 m，经检测，最大加载量可达660 kPa，所得复合地基静载荷试验-曲线如图2 所示。

图2 复合地基静载荷试验P-S 曲线

由试验数据可知，该项目的复合地基承载力特征值高于330 kPa，满足设计要求。对于单桩静载荷试验来说，随机抽取5 处单桩进行试验，所得结果如图3 所示。经分析，其中有两处的竖向抗压承载力低于设计值，分别为522 号桩、781 号桩。本次抽检的样本中有40%不合格，之后施工单位优化施工方案予以修正，以保障工程整体施工安全。

图3 增强体单桩静载荷试验荷载（Q）-沉降（S）曲线

4 结语

工程建设中，地基的重要性不言而喻，直接关系整个建（构）筑物的运行安全性与可靠性。因此，复合地基设计与施工中必须重视其承载力问题，结合规范落实承载力试验工作。以CFG桩复合地基检测为例，检测人员不仅要开展复合地基静载荷试验，还要重视增强体单桩静载荷试验，选择足够数量的桩，保证试验结果的准确性，并根据试验结果采取可靠的补强措施，保证地基承载力满足设计要求。