淺析載荷試驗確定復合地基承載力

田貴桃

[摘要]復合地基載荷試驗綜合反映樁及樁間土的承載性狀。在實際工程中,如何通過載荷試驗曲線確定復合地基承載力存在著應用上的一定困難。通過分析各載荷試驗確定承載力的方法,提出以沉降變形控制,最好采用相對沉降法和回彈法確定復合地基承載力。

[關鍵詞]復合地基 承載力 相對變形 回彈法

中圖分類號:TU4文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910101-01

在軟弱土地基處理中,復合地基應用越來越廣泛,其承載力的確定成為復合地基設計的根本。目前復合地基承載力的確定大體有兩種方法,其一為直接根據規范給定的經驗公式計算;另一為根據復合地基載荷試驗確定。一般先選用經驗參數,采用公式進行初步設計,然后再用試驗方法進行檢驗。

復合地基載荷試驗綜合反映了樁及樁間土的承載性狀,但樁或土破壞順序不同、樁的長短不一及樁間土性質不同,可表現為不同類型的載荷試驗P-S曲線,如圖1。依據曲線類型的不同,應如何采用合適的承載力確定方法成為困擾工程技術人員的難題。本文結合某一工程實例,探討了載荷試驗確定復合地基承載力的方法。

一、目前載荷試驗確定復合地基承載力的標準分析

現行國標地基規范規定,在滿足試驗終止加荷條件時,復合地基承載力基本值可按以下三種標準取值:1.取比例極限所對應的荷載;2.當極限荷載能確定時,取極限荷載的一半;3.按相對變形值確定,可取S/d(或S/b)=0.004～0.01(S為變形值,d或b為承壓板直徑或寬度)對應的荷載。上海市《地基處理技術規范》和《火力發電廠地基處理技術規范》中,對深層攪拌樁復合地基的承載力取值標準定為S/d=0.010。

經過對大量載荷試驗P-S曲線分析,在低荷載水平的前半數多為光滑曲線,尤其在軟土地區或樁體剛度較低時,很難找到明顯的比例極限荷載,因此按1、2確定承載力,人力因素較大,可操作性不強。工程實踐中多采用3按相對變形法來確定承載力。它的理論基礎可認為,如果載荷板與基礎的壓力相同,則它們的沉降值s與壓板寬度b(或d)比例應大致相等,這是與目前按變形控制進行工程設計的觀點相一致的,尤其對短樁和無較好持力層時,該法更能滿足建筑物按沉降控制的要求。但由于S/d為一范圍值,沉降量取值上、下限達2.5倍,實際應用時還應考慮具體的土質條件及實際建筑物在該地區土層條件下的容許沉降值來恰當選取S/d的值。

二、基于彈塑性理論的回彈法

文獻給出了另一種確定復合地基承載力的方法——回彈法。認為復合地基為彈塑性體,在外荷載作用下產生的體應變(dεv),由彈性體應變(dεve)和塑性體應變(dεvp)兩部分組成,即:

dεv=dεve+dεvp (1)

并認為復合地基的彈性應變與塑性應變是完全可以區分開的,如圖2,在0Pcr荷載范圍內,認為只發生彈性應變,而不發生塑性應變。而且卸荷至零經一段時間后,彈性變形可完全恢復,而塑性變形不再恢復。

基于以上認識,做復合地基載荷試驗。在試驗達到終止條件后,逐級卸荷至零,作出P-S壓縮曲線和回彈曲線(圖2),然后在壓縮曲線上找出其下沉量與試驗回彈量相同的點,該點對應的壓力值(Pcr)應為復合地基彈性范圍邊界值,即為復合地基承載力基本值。

三、實例分析

以萬全縣萬友莊園小區某兩棟住宅樓為例,分別采用相對變形法和回彈法來確定復合地基承載力進行分析。

住宅樓位于孔家莊鎮西南附近,地下水-13.5m,水泥土樁有效樁長7.5m,樁間距1.0～1.2m,設計復合地基承載力為160kPa。做單樁復合地基載荷試驗,試驗結果見表1。

位于場地西北角的3#樁,由于受地下排水管滲漏影響,使該處含水量變高,土體強度變低,按S/d=0.0065得到復合地基承載力基本值(fsp)僅為125kPa,動測顯示該樁波速并無異常,若對滲漏加已控制后,相信該處地基強度應該可以提高;6#樁壓縮曲線類似于典型曲線C,按回彈法確定fsp為115kPa,明顯低于其它方法,經動測發現該樁在-5.5m處嚴重縮徑,加荷終止時估計已將該處壓壞,卸荷后,彈性變形恢復較少,故用回彈法得到的承載力較低,而用S/d法,由于在較低應力水平時(比例極限荷載附近),深部縮徑對變形影響較小,故該法得到的承載力較回彈法要高,因此,回彈法更加客觀地反映了樁的真實情況。

四、采用復合地基載荷試驗方法的建議

1.由于復合地基的非均一性,而且現場載荷試驗只能反映1～2倍壓板寬度深度內的平均力學性能,因此各確定方法的理論依據尚顯不足。對復合地基承載力的確定,是據單樁復合地基還是雙樁或多樁復合地基載荷試驗,也有一些爭議。本文建議應根據工作地區的經驗采用合適的試驗方法。

2.復合地基的設計應滿足強度及變形條件。從強度角度,不僅要考慮復合地基整體強度,而且要考慮單樁的極限強度,明確復合地基中樁體承載力的安全度,從復合地基承載機理出發,確定復合地基承載力時,最好做單樁及復合地基的對比試驗。從變形角度,復合地基載荷試驗承載力的確定,建議采用相對變形法或回彈法,它們是與目前按變形控制進行工程設計的觀點相一致的,因此,按變形控制確定承載力,更能滿足建筑物按沉降控制的要求,但由于S/d為一范圍值,在應用時應考慮具體的場地土層情況并結合當地的經驗取值。

參考文獻:

[1]中華人民共和國行業標準,建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002),中國建筑工業出版社,2002.

[2]揚順安,軟土理論與工程,地質出版社,2000.9.