基于某工程實例討論復合地基承載力特征值的確定方法＊

劉 豪，朱 帥

（1．貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽550025；2．貴州省郵電規劃設計院有限公司，貴州 貴陽550025）

引言

靜載試驗可以很方便的得出地基承載力，但是對于復合地基特別是多樁型復合地基往往會增大承壓板面積以獲取較為準確的承載力值，但是這又會給試驗帶來不便．本文采用小型承壓板僅檢測單根樁影響范圍內的復合地基承載力，通過試驗結果分析取得了較理想的結果．

1 復合地基承載力提高機理

復合地基是通過人工的方法在地基土中加入散體材料、樁等，由散體材料起到骨架作用或者由樁體與土體共同承擔荷載以提高地基承載力．

其中：fsp．k－復合地基承載力特征值（k Pa）；

m－面積置換率；

Ra－單樁豎向承載力特征值（k N）；

Ap－樁的截面面積（mm2）；

β－樁土間承載力折減系數，易按地區經驗取值，無經驗時可取0．75～0．95，天然地基承載力較大時取高值；

fs．k－處理后樁間土承載力特征值（k Pa），易按地區經驗取值，如無經驗值可取天然地基承載力特征值．

2 工程概況

本工程實例為填土路堤，中線最大填高6．63 m，右側填高20．68 m，表層粉質粘土層2～4 m，該段位于溝谷部位，其厚薄不均，地下水水位淺且水量豐富，土層長期處于飽和狀態，抗剪強度低，為軟塑狀態，下覆基巖為泥質灰巖夾泥巖．路基直接填筑易使路基產生不均勻沉降進而產生滑塌失穩．

填筑用土的物理力學指標如下：

粉質粘土（軟塑）γ＝16．0 k N／m3，Φ＝50，C＝6k Pa，［fa0］＝100k Pa．

地基天然狀態下，路基15年工后沉降為0．482 m＞0．3 m，填方路基安全系數為Fs＝0．902＜1．3，不滿足規范要求，需進行地基處理．

結合本工程實際，本段路基采取“碎石樁＋C20素砼樁”多樁型復合地基的方式進行加固治理．參數如下：

碎石樁單樁承載力標準值為：0．5 MPa；

C20素砼樁單樁承載力標準值為：1．0 MPa；

面積置換率m＝0．110；

復合地基承載力標準值≥0．2 MPa；

碎石樁、C20素砼樁呈正方形交叉布置，間距2．4 m，樁徑0．45 m，樁長2～4 m，要求樁端置于基巖上，碎石墊層厚0．5 m．

碎石樁采用振動沉管成樁法施工工藝，C20素砼樁采用振動沉管灌注成樁施工工藝．

本次試驗選取素混凝土樁3根，編號為1 H＃、2 H＃、3 H＃，碎石樁3根，編號為1S＃、2S＃、3S＃．

本次試驗采用砂包進行堆載以提供反力，整個試驗裝置簡圖如圖1所示．

圖1 試驗裝置簡圖 （單位：mm）

3 試驗方法

根據《巖土工程勘察規范》（GB 50021－2012）本試驗采用淺層平板試驗．［2］承壓板尺寸1．2 m×1．2 m，靜載分析儀選用武漢巖海靜載儀，選用1 000 k N千斤頂進行加壓，反力由現場堆載鋼材提供．根據復合地基的承載力設計值200 k Pa，可以算出堆載重量：200×2×1．2×1．2＝576 k N，即堆載量至少57．6 t．現場實際堆載約70t．

在試驗時，首先對擬試驗地點的砂墊層進行預壓，預壓荷載為最大荷載的20%～30%，使砂墊層密實．試驗分10級加載，分別對3根素混凝土樁和3根碎石樁試驗，最終可得到每根樁的P－S曲線，通過對曲線的分析可得到極限承載力，再由fak＝qult／Fs可得到復合地基承載力特征值［4］．

4 試驗情況簡述及結果分析

對1S＃試點進行試驗，當試驗加載至第9級荷載（576 k N）時，對應的試點沉降量為35．39 mm，此時已經達到設計的最大荷載值，此時停止試驗．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時極限荷載取第9級加載值，即取fak＝576÷1．44÷2＝200 k Pa為單樁復合地基承載力特征值［3］，見圖2．

對1 H＃試點進行試驗，當試驗加載至第9級荷載（實測579 k N）時，對應的試點沉降量為37．01 mm，此時已經超過設計的最大荷載值，此時停止試驗．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時極限荷載取第9級加載值，即取fak＝579÷1．44÷2＝201 k Pa為單樁復合地基承載力特征值［5］，見圖2．

圖2 1S＃、1 H＃試驗Q－S曲線圖

對2S＃試點進行試驗，當試驗加載至第9級荷載（實測595 k N）時，對應的試點沉降量為31．32 mm，此時已經超過設計的最大荷載值，此時停止試驗．［6］觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時極限荷載取第9級加載值，即取fak＝595÷1．44÷2＝207 k Pa為單樁復合地基承載力特征值，見圖3．

對2 H＃試點進行試驗，當試驗加載至第9級荷載（實測654k N）時，對應的試點沉降量為24．00 mm，此時已經超過設計的最大荷載值，停止試驗．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時極限荷載取第9級加載值，即取fak＝654÷1．44÷2＝227 k Pa為單樁復合地基承載力特征值，見圖3．

圖3 2S＃、2H＃試驗Q－S曲線圖

對3S＃試點進行試驗，當試驗加載至第9級荷載（實測621 k N）時，對應的試點沉降量為20．47 mm，此時已經超過設計的最大荷載值，停止試驗．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時極限荷載取第9級加載值，即取fak＝621÷1．44÷2＝216 k Pa為單樁復合地基承載力特征值，見圖4．

對3 H＃試點進行試驗，當試驗加載至第9級荷載（實測580 k N）時，對應的試點沉降量為26．95 mm，此時已經超過設計的最大荷載值，停止試驗．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）附錄C．0．7條規定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時極限荷載取第9級加載值，即取fak＝580÷1．44÷2k Pa＝201k Pa為單樁復合地基承載力特征值，見圖4．

圖4 3S＃、3 H＃試驗Q－S曲線圖

綜合以上分析，6個試點測試及分析結果見表1：

表1 試點測試及分析結果表

根據上表數據結果得，各試驗實測值的極差不得超過其平均值的30%，取此平均值作為該復合地基承載力特征值fak．本試驗中，極差為27＜（209×30%）＝62．1，滿足要求．本場地復合地基承載力特征值fak取為209 k Pa．

5 結論

1）單樁影響范圍內的承載力值可以較準確的代表復合地基承載力值．

2）不同樁型處的地基承載力并沒有因為下部樁型的差異而產生較大離散．3）小型承壓板也適用于多樁型復合地基承載力試驗．

4）多樁型復合地基可以有效的提高地基承載力，有利于改善天然地基和填筑路堤的使用效果，并可以節約工程投資．

［1］JGJ 79－2012，建筑地基處理技術規范［S］．

［2］GB 50021－2012，巖土工程勘察規范［S］．

［3］GB 50007－2011建筑地基基礎設計規范［S］．

［4］齊宏偉，王?。瓹FG樁復合地基承載力計算方法分析［J］．華北科技學院學報，2009，1（3）：46－49．

［5］張攀星．同一場地下復合地基靜力特性現場試驗研究［D］．石家莊：河北大學，2010．

［6］朱奎，徐日慶．剛柔性樁復合地基［M］．北京：化學工業出版社，2007．