基于某工程實(shí)例討論復(fù)合地基承載力特征值的確定方法＊

劉 豪，朱 帥

（1．貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽550025；2．貴州省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽550025）

引言

靜載試驗(yàn)可以很方便的得出地基承載力，但是對(duì)于復(fù)合地基特別是多樁型復(fù)合地基往往會(huì)增大承壓板面積以獲取較為準(zhǔn)確的承載力值，但是這又會(huì)給試驗(yàn)帶來不便．本文采用小型承壓板僅檢測(cè)單根樁影響范圍內(nèi)的復(fù)合地基承載力，通過試驗(yàn)結(jié)果分析取得了較理想的結(jié)果．

1 復(fù)合地基承載力提高機(jī)理

復(fù)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(dān)荷載以提高地基承載力．

其中：fsp．k－復(fù)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(shù)，易按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0．75～0．95，天然地基承載力較大時(shí)取高值；

fs．k－處理后樁間土承載力特征值（k Pa），易按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無經(jīng)驗(yàn)值可取天然地基承載力特征值．

2 工程概況

本工程實(shí)例為填土路堤，中線最大填高6．63 m，右側(cè)填高20．68 m，表層粉質(zhì)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(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度低，為軟塑狀態(tài)，下覆基巖為泥質(zhì)灰?guī)r夾泥巖．路基直接填筑易使路基產(chǎn)生不均勻沉降進(jìn)而產(chǎn)生滑塌失穩(wěn)．

填筑用土的物理力學(xué)指標(biāo)如下：

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

地基天然狀態(tài)下，路基15年工后沉降為0．482 m＞0．3 m，填方路基安全系數(shù)為Fs＝0．902＜1．3，不滿足規(guī)范要求，需進(jìn)行地基處理．

結(jié)合本工程實(shí)際，本段路基采取“碎石樁＋C20素砼樁”多樁型復(fù)合地基的方式進(jìn)行加固治理．參數(shù)如下：

碎石樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：0．5 MPa；

C20素砼樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：1．0 MPa；

面積置換率m＝0．110；

復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(dòng)沉管成樁法施工工藝，C20素砼樁采用振動(dòng)沉管灌注成樁施工工藝．

本次試驗(yàn)選取素混凝土樁3根，編號(hào)為1 H＃、2 H＃、3 H＃，碎石樁3根，編號(hào)為1S＃、2S＃、3S＃．

本次試驗(yàn)采用砂包進(jìn)行堆載以提供反力，整個(gè)試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如圖1所示．

圖1 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖 （單位：mm）

3 試驗(yàn)方法

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021－2012）本試驗(yàn)采用淺層平板試驗(yàn)．［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(jìn)行加壓，反力由現(xiàn)場(chǎng)堆載鋼材提供．根據(jù)復(fù)合地基的承載力設(shè)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)實(shí)際堆載約70t．

在試驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)擬試驗(yàn)地點(diǎn)的砂墊層進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為最大荷載的20%～30%，使砂墊層密實(shí)．試驗(yàn)分10級(jí)加載，分別對(duì)3根素混凝土樁和3根碎石樁試驗(yàn)，最終可得到每根樁的P－S曲線，通過對(duì)曲線的分析可得到極限承載力，再由fak＝qult／Fs可得到復(fù)合地基承載力特征值［4］．

4 試驗(yàn)情況簡(jiǎn)述及結(jié)果分析

對(duì)1S＃試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)加載至第9級(jí)荷載（576 k N）時(shí)，對(duì)應(yīng)的試點(diǎn)沉降量為35．39 mm，此時(shí)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的最大荷載值，此時(shí)停止試驗(yàn)．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規(guī)定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時(shí)極限荷載取第9級(jí)加載值，即取fak＝576÷1．44÷2＝200 k Pa為單樁復(fù)合地基承載力特征值［3］，見圖2．

對(duì)1 H＃試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)加載至第9級(jí)荷載（實(shí)測(cè)579 k N）時(shí)，對(duì)應(yīng)的試點(diǎn)沉降量為37．01 mm，此時(shí)已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的最大荷載值，此時(shí)停止試驗(yàn)．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規(guī)定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時(shí)極限荷載取第9級(jí)加載值，即取fak＝579÷1．44÷2＝201 k Pa為單樁復(fù)合地基承載力特征值［5］，見圖2．

圖2 1S＃、1 H＃試驗(yàn)Q－S曲線圖

對(duì)2S＃試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)加載至第9級(jí)荷載（實(shí)測(cè)595 k N）時(shí)，對(duì)應(yīng)的試點(diǎn)沉降量為31．32 mm，此時(shí)已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的最大荷載值，此時(shí)停止試驗(yàn)．［6］觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規(guī)定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時(shí)極限荷載取第9級(jí)加載值，即取fak＝595÷1．44÷2＝207 k Pa為單樁復(fù)合地基承載力特征值，見圖3．

對(duì)2 H＃試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)加載至第9級(jí)荷載（實(shí)測(cè)654k N）時(shí)，對(duì)應(yīng)的試點(diǎn)沉降量為24．00 mm，此時(shí)已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的最大荷載值，停止試驗(yàn)．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規(guī)定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時(shí)極限荷載取第9級(jí)加載值，即取fak＝654÷1．44÷2＝227 k Pa為單樁復(fù)合地基承載力特征值，見圖3．

圖3 2S＃、2H＃試驗(yàn)Q－S曲線圖

對(duì)3S＃試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)加載至第9級(jí)荷載（實(shí)測(cè)621 k N）時(shí)，對(duì)應(yīng)的試點(diǎn)沉降量為20．47 mm，此時(shí)已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的最大荷載值，停止試驗(yàn)．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007－2011）附錄C．0．7條規(guī)定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時(shí)極限荷載取第9級(jí)加載值，即取fak＝621÷1．44÷2＝216 k Pa為單樁復(fù)合地基承載力特征值，見圖4．

對(duì)3 H＃試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)加載至第9級(jí)荷載（實(shí)測(cè)580 k N）時(shí)，對(duì)應(yīng)的試點(diǎn)沉降量為26．95 mm，此時(shí)已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的最大荷載值，停止試驗(yàn)．觀察其Q－S曲線為平緩的光滑曲線，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）附錄C．0．7條規(guī)定，地基承載力特征值可按極限荷載值的一半確定．此時(shí)極限荷載取第9級(jí)加載值，即取fak＝580÷1．44÷2k Pa＝201k Pa為單樁復(fù)合地基承載力特征值，見圖4．

圖4 3S＃、3 H＃試驗(yàn)Q－S曲線圖

綜合以上分析，6個(gè)試點(diǎn)測(cè)試及分析結(jié)果見表1：

表1 試點(diǎn)測(cè)試及分析結(jié)果表

根據(jù)上表數(shù)據(jù)結(jié)果得，各試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不得超過其平均值的30%，取此平均值作為該復(fù)合地基承載力特征值fak．本試驗(yàn)中，極差為27＜（209×30%）＝62．1，滿足要求．本場(chǎng)地復(fù)合地基承載力特征值fak取為209 k Pa．

5 結(jié)論

1）單樁影響范圍內(nèi)的承載力值可以較準(zhǔn)確的代表復(fù)合地基承載力值．

2）不同樁型處的地基承載力并沒有因?yàn)橄虏繕缎偷牟町惗a(chǎn)生較大離散．3）小型承壓板也適用于多樁型復(fù)合地基承載力試驗(yàn)．

4）多樁型復(fù)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(jié)約工程投資．

［1］JGJ 79－2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］GB 50021－2012，巖土工程勘察規(guī)范［S］．

［3］GB 50007－2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［4］齊宏偉，王印．CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算方法分析［J］．華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，1（3）：46－49．

［5］張攀星．同一場(chǎng)地下復(fù)合地基靜力特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究［D］．石家莊：河北大學(xué)，2010．

［6］朱奎，徐日慶．剛?cè)嵝詷稄?fù)合地基［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007．