軟土地基大噸位堆載試驗支墩基礎處理方法研究

陳得發

【摘要】近年來，國內高層建筑迅速發展，大噸位的靜載荷試驗在民用建筑項目中廣泛應用，在軟土地基上開展大噸位堆載試驗時須對支墩基礎進行加固處理，并對支墩進行合理的設計，保證試驗數據的準確性，確保整個試驗安全進行。

【關鍵詞】軟土地基;大噸位堆載試驗;地基加固處理;支墩設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.130

1、前言

壓重平臺反力裝置、錨樁橫梁反力裝置以及錨樁壓重聯合反力裝置是目前進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗常用的三種反力裝置。在軟土層埋深較大的場地采用壓重平臺反力裝置進行大噸位的靜載荷試驗時，需要進行支墩設計以及支墩承載力的驗算，如果支墩尺寸設計不合理，壓重平臺支墩施加于地基土的壓應力大于地基土承載力，造成地基土明顯下沉或者破壞，導致堆載平臺傾斜甚至坍塌，這樣會影響試驗結果的準確性或導致試驗失敗，還存在巨大的安全隱患。

因此，在軟土地基上開展大噸位的堆載試驗時，對支墩基礎的加固設計以及整個反力系統的驗算就顯得尤為重要，本論文以杭州某工程28800 kN的堆載試驗為例，論述在該試驗中對支墩基礎的加固設計以及對整個反力系統的設計和驗算。

2、工程及地質概況

杭州某項目規劃建設1幢151m高的辦公樓（31F）、2棟91m高的辦公樓（18F）、4棟33～66m高的辦公樓、酒店、LOFT以及18.5～31m高的商業裙樓，3棟90m高回遷住宅樓，全場整體設6層地下室，±0.00標高相當于1985國家高程8.300m。

151m高的辦公樓（31F）基礎采用Φ1000mm的鉆孔灌注樁，中其樁長約為56m～59m，樁身混凝土設計強度為水下C40，樁端持力層為⑩-2-3層中風化凝灰巖，擬最大試驗荷載為2880kN，其余的建筑物基礎采用Φ800mm的鉆孔灌注樁，樁長約為52m～62m，樁身混凝土設計強度為水下C40，樁端持力層為⑩-2-3層中風化凝灰巖，擬最大試驗荷載為1800kN，場地淺部工程地質概況見表1（地下水位0.5m）

3、靜載荷試驗設計方案

3.1支墩基礎設計

根據表1中本工程淺部地層的地質概況，第①層淤泥質填土的承載力預估值約為65kPa～ 70KPa，如果按照承載力預估值70kPa計算需要330m2的支墩基礎面積，大約為2塊15m×11m的支墩，無法滿足試驗要求。因此需要對淺層地基進行加固處理。

根據我司的設備能力，主梁采用規格為高度1.7m、寬度0.7m、長度11m的2根鋼箱梁，副梁采用H型鋼，其高度為700mm、寬度200mm、長度12m（一般國標H型鋼長度）、腹板厚度13mm、翼緣厚度22mm。支墩布置的中心軸線與主梁平行，支墩中心軸線距試樁中心距離為5m。地基處理也按此思路進行，采用換填法挖除第①層淤泥質填土，開挖2塊長15m、 寬8m、深2m的矩形，填入道渣分層夯實，夯實處理后的地基極限承載力可達到250Kpa左右，基本滿試驗的要求。

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）第5.2.4條當基礎寬度大于3m或埋深大于0.5m時，地基承載力特征值尚應按下式修正：

第②層的粉質黏土基本滿足上述修正條件，考慮到地基處理后回填土體、混凝土板等的自重因素，在此地基土承載力不做深度修正，計算荷載時也不計入回填土體、混凝土板等的自重因素，僅進行寬度修正，修正后第②層粉質黏土的承載力特征值為：

第②層粉質黏土承受應力=28800*1.2/（8*15*2）=144kPa<98*1.5=147kPa，滿足試驗要求。

3.2支墩設計

在荷載、支墩軸線位置確定的情況下，不同尺寸規格的支墩對靜載荷試驗樁以及基準樁產生的影響不盡相同，如何設計合理的支墩尺寸以及靜載荷試驗樁中心與支墩邊距等這都是影響靜載荷試驗可靠性的重要因素。

從表2以及圖2和圖3可以看出：

（1）在支墩中心軸線位置不變的情況下，隨著支墩邊距試樁中心距離的增加（支墩寬度不斷減小），支墩對靜載荷試驗樁、基準樁的影響逐漸減小并且最大應力位置逐漸變深，從間距到2m以后，支墩荷載對試樁以及基準樁的影響（附加應力）已經趨于穩定，為了能夠盡量達到規范對支墩與試樁中心間距的要求，同時滿足換填土強度要求，選擇間距為3m，支墩尺寸為2塊5m×15m的混凝土板（圖1）作為本次靜載荷試驗支墩。

（2）在堆載法靜載荷試驗中，支墩對靜載荷試驗樁、基準樁的影響取決于與支墩邊的距離及基底應力（荷載）。

3.3現場試驗

3.3.1荷載實施

試驗均采用7臺5000kN級千斤頂實施加載，荷載等級值均由一臺樁基靜載荷分析系統連接顯示。

3.3.2沉降量測讀

試樁樁頂沉降量采用四只呈對稱布置的位移傳感器與一臺樁基靜載荷分析系統連接顯示。

3.3.3加載分級如下表3

3.3.4測讀時間

試驗采用慢速維持荷載試樁法，沉降測讀時間如下：

（1）每級加載后，第一小時內按第5、15、30、45、60分鐘各測讀一次，以后每隔半小時讀一次，當沉降速率達到相對穩定標準時，進行下一級加載。

（2）卸載時，每級荷載維持一小時，第5、15、30、60分鐘共測讀四次，卸載至零時，測讀殘余沉降量為三小時。

（3）沉降相對穩定標準：每一小時沉降量不超過0.1mm，且連續出現兩次。

3.3.5終止加載情況

對于抗壓樁試樁，當出現下列情況之一時，應即終止加載：

（1） 試樁在某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下的沉降量的 5 倍，且樁頂總沉降超過 140mm 時;

（2） 某級荷載作用下，樁的沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的 2 倍，且 經 24 小時仍未達到相對穩定時，以此級荷載為起點，后續每次加載量 由上述加載順序中的增量減少 0.025P，并不少于 3 次加載;

（3） 荷載已超過所規定的最大加載量且樁頂達到相對穩定標準;

（4） 荷載沉降曲線呈緩變形時，可加載至樁頂總沉降量 140mm;當樁端阻力尚未充分發揮時，可加載至樁頂累計沉降量超過 140mm。

4、檢測結果

4.1靜載荷試驗結果

1#試樁試驗加載至28800 kN時，最大沉降量為53.59mm，殘余沉降量為20.60mm，回彈量為32.99mm，驗所得的Q-s曲線均較平緩，未出現明顯拐點，s-lgt曲線較平直，未出現明顯向下曲折，說明1#試樁未達到極限受力狀態，其單樁豎向抗壓極限承載力不小于擬定最大加載量。

2#試樁試驗加載至28800 kN時，最大沉降量為40.10mm，殘余沉降量為10.98mm，回彈量為29.12mm，驗所得的Q-s曲線均較平緩，未出現明顯拐點，s-lgt曲線較平直，未出現明顯向下曲折，說明2#試樁未達到極限受力狀態，其單樁豎向抗壓極限承載力不小于擬定最大加載量。

3#試樁試驗加載至28800 kN時，最大沉降量為45.39mm，殘余沉降量為15.72mm，回彈量為29.67mm，驗所得的Q-s曲線（圖4）均較平緩，未出現明顯拐點，s-lgt曲線（圖5）較平直，未出現明顯向下曲折，說明2#試樁未達到極限受力狀態，其單樁豎向抗壓極限承載力不小于擬定最大加載量。

4.2地基及基準樁的變形

本次3根靜載荷試驗均加載至擬定最大加載量后終止加載試驗，通過測量加固處理后的地基以及基準樁的沉降量，發現靜載荷試驗中堆載平臺的最大沉降量約為35mm，基準樁的最大沉降量約為3mm。通過對地基以及基準樁的沉降量數據分析表明在本次堆載法靜載荷試驗中，采用換填法對支墩處的場地進行地基處理是可行的，能夠達到靜載荷試驗中對地基土承載力的要求。

結論：

在軟土地基上進行大噸位堆載靜載荷試驗時，對地基土進行加固處理以及對支墩進行合理的設計是決定試驗成功的關鍵因素。

本次試驗通過對該工程淺層土的力學特性分析，計算支墩下合理的地基處理面積，通過計算分析靜載荷試驗樁中心隨支墩邊距變化時，支墩產生的附加應力對靜載荷試驗樁和基準樁的不同影響，最終確定合理的支墩尺寸以及靜載荷試驗樁中心與支墩邊距，通過對整個試驗方案的不斷優化設計，保證了本次試驗數據的準確性和可靠性，試驗結果也達到了預期的效果。

本次試驗結果表明在軟土地基上進行大噸位堆載靜載荷試驗時，采用換填法對支墩處場地進行地基處理是可行的，可以達到預期的效果。

參考文獻：

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