復合地基壓縮模量試驗室測試方法

支偉

（陜西西建路橋工程有限公司，陜西 寶雞 721004）

工程建設中常常會碰到一些承載力較低，壓縮性過大，或滲透性不能滿足設計要求的特殊地基，一般屬于軟弱地基。通常用復合地基對軟弱地基加以處理，置換軟弱土層，或配置鋼筋等材料，增加豎向增強樁以共同承擔建筑荷載，提高軟弱土體承載力，降低沉降量，從而滿足設計要求。復合地基主要由基體和增強體兩部分組合而成，基體和增強體可采用各種散體材料和粘結材料等。在特殊地基處理中，復合地基具有廣泛適用性，已在各類工程的地基處理中使用。

由于復合地基形式同實際場地土體、氣候等條件息息相關，目前主要采用壓縮模量來評價復合地基的變形性能。壓縮模量是復合地基的一個關鍵參數，其能反映土體受力后的變形能力。對于常見土體，通常采用在試驗室開展小土塊的樣本固結壓縮試驗，測定多組同一類土體的壓縮模量以輔助設計。但復合地基形式復雜，往往存在多種處理方式，且復合地基與土體差異較大，無法進一步縮小為現有土體樣本尺寸，無法基于現有試驗室儀器開展壓縮模量的測試，使得對復合地基受力性能的研究受到限制，難以選擇性能更好的復合地基形式。本文基于傳統固結壓縮儀，研發了可以符合實際工況，開展復合地基壓縮模量測試的大型固結壓縮儀，以進一步在試驗室開展各類復合地基效應研究，對工程應用有較大價值。

一、復合地基基本特性

自早期的散體材料類復合地基引入國內，復合地基便發展迅速，目前常使用的復合地基有砂石樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、土樁、灰土樁、夯實水泥土樁、水泥粉煤灰碎石樁、錘沖擴樁、多樁型等復合地基[1]。這些復合地基又可進一步區分為散體材料樁和黏結材料樁。相比于未處理的軟弱地基，復合地基存在包括壓實效應、樁端承載效應、應力擴散效應、加強效應和抗剪效應等主要特性。

二、復合地基壓縮模量計算方法

（一）方法一

復合地基的壓縮模量采用土體壓縮模量與樁體壓縮模量組合表達，可表示為：

（二）方法二

用某一倍數關系的土體壓縮模量表達復合地基壓縮模量，具體為：

式中，n為樁土應力；其余符合同式（1）。

《建筑地基處理技術規范》中復合地基的復合壓縮模量為[2]：

（三）計算方法缺陷

以上兩種方法分別基于分層總和法和修正系數法，但均需獲取復合地基的實測壓縮模量，以對最終的復合地基進行評價。

式（1）對于未考慮黏結型樁的樁長效應，由于樁縱向受到較大土體摩阻力，長度方向將產生不可忽略的阻力，樁長效應對復合地基壓縮模量影響較大。除此以外，考慮到堅硬土層產生的樁端承載效應，樁承載力顯著提升，而式（1）復合地基壓縮模量未考慮這一加強效應。式（3）則需要先測出天然地基承載力與復合地基承載力，該法需采用原位試驗測試，復雜且不便于操作，不適用于所有土體。由于復合模量與沉降量存在密切關系，以上計算方法不能準確計算實際復合地基沉降量[3]。

三、復合地基壓縮儀

（一）傳統壓縮儀缺陷

壓縮儀是土工試驗中測試土體壓縮模量的常用方法，我國標準固結試驗所用的土樣高為2cm，直徑為6.18cm或7.98cm[4]。只適用于小試樣土體，不能用于復合地基試驗，若想在試驗室測出較為準確的壓縮模量，就需要盡可能還原土樣原狀條件，即擴大儀器口徑。同時，由于復合地基承載能力較土體強，需采用大噸位千斤頂施加壓力荷載，并加裝更為精確的測試儀器。

（二）復合地基壓縮儀構造

筆者基于傳統壓縮儀，研制了一臺可用于復合地基壓縮模量測試的儀器，主要構造如圖1所示。該壓縮儀土壓力盒是一個壁厚為2cm的不銹鋼環，環高35cm，內徑50cm，土樣上下部分別為2塊厚5cm的透水石，以便于壓縮時復合地基的水分排出，上方加設一塊傳壓板，用于分散上方千斤頂的壓力，使土體承壓均勻，豎向荷載通過承載框架上的電動千斤頂提供，千斤頂最大伸長為40cm，可施加最大荷載為100kN，可精確分級加載，千斤頂安裝于不銹鋼承載框架上，以提高測試精確度。

圖1 復合地基壓縮儀

除圖示構件以外，由于土壓力盒尺寸較大，試驗過程中傳壓板上部可采用多組千分表測試總體壓縮位移，測定總的位移變形。同時可在壓力盒內壁布設多個應變計，方便測定不同深度土體的應變，通過多組儀器可測出多組數據方便對復合地基特性開展進一步研究。

（三）儀器測試優勢

該儀器相比于原狀試驗具有如下優勢：

可在試驗室進行多次試驗，無需到施工現場進行原狀土試驗，極大地方便了測試。儀器可依據試驗土體布置應變計與千分表，經過多次試驗可采集大量數據，能得到較為精確的數據，測出的壓縮模量更貼近于實際值。試驗儀器試樣樣本尺寸大，極大地減少了復合地基的擾動，確保實驗室所測壓縮模量更加準確。采用了電子千斤頂施加荷載，可逐級加載，精確控制每級荷載大小和加載時間，確保加載準確。相比于傳統經驗系數法，使用該儀器可得到更為精確的復合地基壓縮模量，解決復合地基研究中的壓縮模量測試的困擾，在相關理論研究和實踐中，本試驗方法能起到一定的作用。

四、結語

工程實踐中經常遇到軟弱地基，其極大地影響建筑物的安全性，往往采用復合地基處理方法對原有軟弱土體進行置換。為評價復合地基性能，需采用壓縮模量對其進行評價，而當前現有試驗方法復雜，可重復性差，基于經驗公式，極大地限制了復合地基壓縮模量的研究。基于傳統小土樣壓縮儀研制的大型復合地基壓縮模量測試儀器，可對大型復合地基樣本進行測試，并增加了多個位移和應變測試儀器，準確測量復合地基壓縮模量，方便對復合地基進行研究，為工程實踐提供一定參考依據。