卵石雜填土地基大噸位堆載試驗穩(wěn)定性加固比較

楊 鑫，馬 亮

(甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司，甘肅 蘭州 730030)

堆載法作為基樁承載力檢測的一種較為成熟的靜載試驗方法，在確定單樁極限承載力方面，它是目前最為準確、可靠的檢驗方法。因此，每種地基基礎設計處理規(guī)范都把單樁靜載試驗列入首要位置。對基樁進行靜載試驗時，往往會出現(xiàn)表層土是雜填土的情況。由于雜填土的厚度變化大，其組成較為復雜、強度低、壓縮性大，物理力學性質(zhì)很難確定，且不同區(qū)域差異較大[1]，容易造成堆載試驗時支墩受力不均。特別是在堆載的噸位較大時很容易造成堆載配重失穩(wěn)，不但對基樁檢測結(jié)果的準確性造成影響，嚴重時還會引發(fā)安全事故。李峰[2]基于合肥某工程的試驗研究表明，大噸位堆載試驗中附加應力及卸載回彈現(xiàn)象對沉降量的準確性具有明顯影響。朱曉偉[3]通過武荊高速公路基樁堆載法試驗指出，超大噸位靜載試驗需解決加載時堆載材料的傾覆問題。吳金保等[4]以某基樁靜壓荷載試驗工程為例，通過對堆載鋼梁進行強度和穩(wěn)定性驗算，對鋼梁進行了變截面優(yōu)化設計研究。雜填土地基的性狀對堆載試驗穩(wěn)定性具有本質(zhì)上的影響[5]，因此應該側(cè)重于雜填土地基的加固處理以提高堆載試驗穩(wěn)定性。戴韶生等[6]分析了雜填土的組成特點、沉降和變形機理，以及在設計中應特別考慮的幾個方面。曹原等[7]針對如何改良軟弱雜填土地基的問題，介紹了在西北地區(qū)雜填土場地地基處理的幾種常用方法。卵石雜填土地基具有一定的特殊性，而目前缺少關(guān)于卵石雜填土地基的大噸位堆載試驗穩(wěn)定性及加固方法比較研究。本文以某工程為依托，對卵石雜填土地基上大噸位基樁堆載試驗中支墩處巖土體的受力情況進行監(jiān)測，采用不同加固方法對卵石雜填土地基進行處理，對比不同加固方法處理后的支墩受力及堆載試驗穩(wěn)定性，以期為卵石雜填土地基大噸位堆載試驗提供參考和指導。

1 依托工程

1.1 工程概況

某工程位于甘肅省蘭州市，為形制仿古的綜合服務建筑。建筑層數(shù)為地上16層，地下1層，基礎類型為樁-承臺基礎。該工程樁采用螺桿旋轉(zhuǎn)擠壓混凝土灌注樁。根據(jù)設計要求，總樁數(shù)為778根，樁身直徑700 mm，無擴底，樁長約28.0 m～33.45 m，工程樁樁身混凝土強度為C40，以卵石層為樁端持力層，單樁豎向抗壓承載力極限值不小于7 200 kN。

1.2 工程地質(zhì)

2 基樁堆載試驗及問題

2.1 基樁檢測方法

如圖1所示，受相關(guān)單位委托，我單位擬對其778根基樁中的8根樁進行靜載荷試驗。如圖2所示，根據(jù)該工程設計要求及相關(guān)規(guī)范[8]，此次基樁試驗采用慢速維持荷載試樁法。加載方法采用堆載配重反力裝置，采用油壓千斤頂加載，最大加載量7 200 kN，荷載按10級劃分，逐級等量加載。在檢測樁的樁頂根據(jù)總加載量安置2臺500 t千斤頂，由高精度壓力傳感器進行荷載量的測定，利用位移傳感器進行沉降觀測。

檢測試驗時，在每個基樁兩側(cè)(以下記為左側(cè)和右側(cè))各放置4個支墩，每個支墩長度為1.5 m，寬度為1 m，所形成的基樁堆載試驗的平臺范圍長度和寬度均為6 m。為了分析靜載過程中支墩的受力變化情況，以評價堆載試驗的穩(wěn)定性。如圖3所示，平整地基表面后，按照每個支墩擬放置位置，在各支墩下埋設1個土壓力盒，用以監(jiān)測加卸載過程中支墩下地基的土壓力變化。

2.2 原始卵石雜填土地基堆載試驗問題

如圖4所示，通過對原始卵石雜填土地基支墩下土壓力進行分析，可以看到基樁左、右側(cè)支墩在堆載完成后其土壓力快速增加，特別是左側(cè)支墩下土壓力大于右側(cè)土壓力0.75 MPa，說明堆載過程中造成堆載平臺荷載整體向左側(cè)傾斜。但是，實際堆載過程中荷重塊的擺放嚴格按照設計點位順次下放，說明荷載的非均勻分布主要是左右兩側(cè)卵石雜填土地基的差異性造成，即堆載過程中兩側(cè)地基土的受力變形不一致。在使用千斤頂對基樁分級加載中，可看到左側(cè)支墩下土壓力連續(xù)性的快速減小，而右側(cè)支墩土壓力變化較小。當加載至第九級時，堆載荷重完全由千斤頂承擔，左右兩側(cè)土壓力達到基本一致，而當千斤頂卸載后左側(cè)支墩下土壓力又快速上升，和右側(cè)支墩下土壓力接近達到堆載完成時的差值。說明在卵石雜填土地基上的堆載由于地基土的非均質(zhì)性，一定程度上形成了堆載的偏心，這與在試驗過程中觀察到的反力梁及堆重塊水平傾斜現(xiàn)象基本一致，引起了現(xiàn)場試驗人員的高度重視和謹慎，擔心由于試驗加載臺失穩(wěn)而發(fā)生安全事故。

3 堆載試驗穩(wěn)定性加固及比較分析

根據(jù)在原始卵石雜填土地基上的堆載試驗結(jié)果和現(xiàn)象，為了提高本次其余基樁堆載試驗的穩(wěn)定性，確保不發(fā)生安全事故。同時，為了對卵石雜填土這一特殊地基上堆載試驗實施技術(shù)進行總結(jié)。基于本場地卵石雜填土地基組成成分的多樣性和分布的非均勻性，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[9]，分別選擇人工夯實、換填和注漿技術(shù)(如圖5所示)對卵石雜填土地基進行加固處理。如同原始地基土壓力監(jiān)測方案，分別對3種加固地基支墩下的土壓力進行監(jiān)測。

如圖6所示，3種加固方案得到的堆載試驗支墩下土壓力變化情況各不相同。其中，如圖6(a)所示，在對卵石雜填土地基表面進行人工夯實后，相較于原始卵石雜填土地基(如圖4所示)而言，左、右側(cè)支墩下土壓力在堆載完成后基本接近。在后續(xù)千斤頂對基樁的加載過程中左、右側(cè)土壓力呈現(xiàn)降低趨勢，但是左側(cè)土壓力在加載的初始段(前四級荷載)連續(xù)降低，降低幅值明顯大于右側(cè)支墩下土壓力變化情況；而從第5級加載開始，左右側(cè)支墩下土壓力的變化趨勢相反，右側(cè)呈現(xiàn)連續(xù)降低，左側(cè)基本穩(wěn)定。說明在對卵石雜填土地基采用人工夯實后并未有效改變地基的均質(zhì)性，造成加載過程中堆載臺先右側(cè)后左側(cè)的偏心變化。從圖6(b)可以看出，經(jīng)過對卵石雜填土地基1.5 m深度范圍內(nèi)的土質(zhì)換填并經(jīng)分層夯實后，堆載完成左、右側(cè)土壓力的大小基本相同，并且在千斤頂對基樁的加載過程中左、右側(cè)支墩下土壓力同步連續(xù)降低，卸載后土壓力同步回升，整個加卸載過程兩側(cè)支墩未發(fā)生荷載偏向，試驗順利安全進行。如圖6(c)所示，在對卵石雜填土地基通過多孔位灌注水泥漿加固后，堆載完成，支墩下的土壓力未像其他條件下的變化情況，土壓力增加較小。同時，在分級加載過程中左右側(cè)支墩下土壓力同步變化，未出現(xiàn)土壓力的明顯變動，說明注漿加固后卵石雜填土地基的性能得到顯著改變，對于分擔承受堆載荷重的能力同步得到提高，保證了加載試驗的安全進行。

綜上所述，采用3種卵石雜填土地基加固方法，對于大噸位堆載試驗的穩(wěn)定性影響不同。其中，人工夯實未能解決加卸載過程中的堆載穩(wěn)定性，其原因在于卵石雜填土地基土中包括顆粒尺寸差異較大的多類成分，且本場地含有一定的淤泥，人工夯實并不能引起顆粒間的有效錯動排列，地基土的雜亂無序和孔隙依然不可避免，進而并不能保證兩側(cè)支墩受力均勻。換填和注漿加固卵石雜填土地基對于提高和保證堆載試驗的穩(wěn)定性及安全性具有突出效果，從技術(shù)上講二者皆可行，但是換填需一定的均質(zhì)土，有時并不能滿足條件；在注漿方面，應該保證注漿孔的完整性及注漿量的飽滿。

4 結(jié)論

1)在卵石雜填土地基上進行大噸位堆載試驗時，由于卵石雜填土地基的特殊性，兩側(cè)支墩受力容易出現(xiàn)分擔不均，支墩下土壓力呈現(xiàn)非同步變化趨勢，加卸載過程中出現(xiàn)堆載荷重失穩(wěn)偏向現(xiàn)象，具有一定的安全隱患。2)由于卵石雜填土地基的組成成分多樣性和顆粒粒徑差異大，在人工夯實后并不能顯著改變卵石雜填土地基的性能，堆載試驗中依然存在安全隱患。3)采用換填和注漿加固方案，可以有效改變卵石雜填土地基的承載特性，加固后堆載試驗中兩側(cè)支墩土壓力同步變化，差值較小，堆載荷重臺未發(fā)生偏心失穩(wěn)現(xiàn)象，明顯提高了堆載試驗的穩(wěn)定性。在換填所用均質(zhì)土不易獲取條件下，建議采用注漿加固方法對卵石雜填土地基進行處理，但應保證注漿孔和注漿量質(zhì)量。