復合地基承載力試驗分析

周 強

（湖南省勘測設計院，長沙 410000）

工程建設中經常遭遇各種復雜地況，若地質條件無法滿足實際建設需求，工程人員必須采取合適的地基處理措施，以獲得更佳的承載能力。復合地基作為人工地基的一種，憑借良好的承載性能與經濟性，得到諸多施工單位的青睞。為保障工程項目整體結構安全，必須重視復合地基承載力試驗工作，根據試驗結果判斷是否需要對地基做進一步的處理，本文主要對此展開分析。

1 復合地基概述

地基分為兩種，即天然地基與人工地基，當天然地基無法滿足結構物的承載力要求時，要落實相關加固工作。地基處理技術眾多，主要分為置換、排水固結、振動加密、擠密松散土體、灌入固化物加強、加筋等，此類處理后的人工地基可分為均質地基、多層地基和復合地基三類。本文以復合地基為研究對象展開分析。

復合地基是在天然地基基礎上形成的，通過土體置換、設置一定數量的加筋體和增強體，形成復合土體，全面提高地基承載力，共同承擔結構物荷載。根據地基內增強體方向，可將復合地基分為水平向與豎向兩種。目前，國內工程建設中使用較多的是豎向增強體復合地基，即樁體復合地基，根據樁體強度，可進一步將此類復合地基分為散體材料樁、柔性樁、剛性樁三種，復合地基具體分類如圖1 所示。上述三種復合地基構成不同、材料不同，相應的受力特性有所差異，必須針對性地開展復合地基設計工作，保障地基承載力符合要求，相應地，落實復合地基承載力試驗工作具有必要性，這也是本文研究的重點所在。

圖1 復合地基分類

2 復合地基承載力試驗方法

在復合地基設計與施工中，必須做好承載力試驗工作，有效確定地基承載力。常用的試驗方法包括靜載荷試驗、觸探試驗、標準貫入試驗、旁壓試驗和十字板剪切試驗等。

2.1 靜載荷試驗

這種試驗方法最為常見，使用固定面積承壓板朝著地基緩慢施加壓力，由此實現建（構）筑物對地基壓力的模擬，并對荷載值、各級荷載下沉降值進行全面記錄，繪制荷載（）-沉降（）曲線，判斷曲線線形，測求地基土壓力，分析其沉降特性。

靜載荷試驗運用十分廣泛，是公認的最可靠、最直接的檢驗方法，也是相關規范規定的標準方法。但是，此方法存在一定的問題，如設備笨重、檢測周期長、檢測深度較淺等，要根據項目情況進行合理選擇。

2.2 觸探試驗

這種試驗方法分為兩種，分別是靜力觸探、圓錐動力觸探。其中，靜力觸探試驗主要利用機械裝置施加外力，將一定標準的金屬探頭壓入土層內，通過讀取探頭所受阻力數據，確定地基土強度；圓錐動力觸探主要利用錘擊動能將一定標準的金屬探頭打入土層內，通過貫入的擊數、動貫入阻力對土層變化情況進行判斷，確定土的工程性質，并做出相應的巖土工程評價。

靜力觸探試驗設備相對簡單且操作方便，但是無法直接觀測土層，檢測時對工作人員經驗有一定的要求。

2.3 標準貫入試驗

這種試驗方法實質上也屬于動力觸探試驗，與觸探試驗相比，差別在于采用的觸探頭并非圓錐形探頭，而是圓筒形探頭，其是由兩個半圓形組成的取土器，被稱為貫入器。該試驗主要利用錘擊動能將貫入器打入土層內，根據打入土層阻力對土層物理力學性質進行判斷。這種試驗方法適用于砂土地基、粉土地基、一般黏性土地基等，最適用于錘擊數2～50擊的土層，取出的土樣可用于鑒別土的類型，并根據貫入擊數評價土體強度、變形模量、地基承載力。

2.4 旁壓試驗

這種試驗方法主要利用鉆孔開展原位橫向載荷試驗，較為常用，可實現不用深度的試驗，精確高。目前，我國常用旁壓儀有預鉆式、自鉆式兩種，前者適用于黏性土、碎石土、砂土、粉土、軟巖以及極軟巖，后者適用于黏性土、粉土、砂土，尤其適用于軟土。

2.5 十字板剪切試驗

這種試驗方法是將標準十字板壓至試驗深度，施加扭矩令十字板等速旋轉，使土內形成圓柱形破壞面，由此可測定土體抵抗破壞的最大扭矩，并計算土的不排水抗剪強度。十字板剪切試驗簡單有效，可測定飽和黏性土抗剪強度。

3 某項目復合地基承載力試驗分析

3.1 工程概況

本項目屬于辦公建筑工程，地上10 層、地下1 層，采用的是框架結構，南北側為裙房。為有效控制主裙樓差異沉降，經綜合分析，決定采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG）復合地基方案。建設場地內土層分布情況如表1 所示。

表1 建設場地內土層分布情況

3.2 土的物理力學性質

經勘察分析，本項目各層物理力學性質指標如表2 所示。

表2 各層物理力學性質指標

3.3 CFG 樁復合地基設計方案

本項目地層不均，主樓和裙樓間的沉降存在較大差異，施工單位對相關資料進行整合分析后決定采用CFG 樁復合地基方案。項目所用CFG 樁直徑為400 mm，樁端持力層為全風化砂巖層，該地層起伏變化較大，樁長也不統一。例如，鉆孔ZK5 中最具典型的樁長為8.6 m，因為增強體單樁的承載力特征值為420 kN，所以復合地基承載力設計特征值不得小于330 kPa，相鄰樁體間的距離控制在1.4 m，并按照正方形進行布設。

3.4 復合地基靜載荷試驗情況

該項目施工結束后進行竣工驗收，CFG 樁復合地基采用增強體單樁靜載荷法。本項目施工時參考的是《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012），其未規定需要實施增強體單樁靜載荷試驗，經工程師分析，樁端進入巖層時具有一定的不確定性，必要時需要開展增強體單樁靜載荷試驗，對樁端的承載力進行檢驗。在復合地基靜載荷試驗過程中，隨機設置試驗點，本次試驗選用剛性方形壓板，尺寸為1.4 m×1.4 m，經檢測，最大加載量可達660 kPa，所得復合地基靜載荷試驗-曲線如圖2 所示。

圖2 復合地基靜載荷試驗P-S 曲線

由試驗數據可知，該項目的復合地基承載力特征值高于330 kPa，滿足設計要求。對于單樁靜載荷試驗來說，隨機抽取5 處單樁進行試驗，所得結果如圖3 所示。經分析，其中有兩處的豎向抗壓承載力低于設計值，分別為522 號樁、781 號樁。本次抽檢的樣本中有40%不合格，之后施工單位優化施工方案予以修正，以保障工程整體施工安全。

圖3 增強體單樁靜載荷試驗荷載（Q）-沉降（S）曲線

4 結語

工程建設中，地基的重要性不言而喻，直接關系整個建（構）筑物的運行安全性與可靠性。因此，復合地基設計與施工中必須重視其承載力問題，結合規范落實承載力試驗工作。以CFG樁復合地基檢測為例，檢測人員不僅要開展復合地基靜載荷試驗，還要重視增強體單樁靜載荷試驗，選擇足夠數量的樁，保證試驗結果的準確性，并根據試驗結果采取可靠的補強措施，保證地基承載力滿足設計要求。