软岩复合地基桩间岩土承载特性现场试验研究

时间：2024-07-28

胥彦斌，钟静，胡熠

(1. 绿地集团西南事业部，四川成都 610031；2. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610052)

胥彦斌1，钟静2，胡熠2

(1. 绿地集团西南事业部，四川成都 610031；2. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610052)

软岩复合地基是近年来软岩地区新近发展出的一种地基基础形式，可有效利用复合地基中软岩的天然地基承载力，但目前对于软岩复合地基中软岩承载力发挥情况的研究并不多见。为了研究软岩复合地基承载时桩间软岩的承载特性，文章选取了具有代表性的软岩复合地基工程，对复合地基中软岩承载特性展开了现场试验研究。实测结果表明，软岩复合地基表层软岩发挥的最大承载力达540 kPa，合理利用了软岩天然地基承载力，是一种经济高效的新型软岩地基加固处理方式。

软岩；复合地基；承载特性；现场试验

近年来，为了能够充分利用红层软岩的天然地基承载力，在成都地区的建筑地基基础工程中采用软岩大直径桩复合地基设计方案的工程逐渐增多。相比过去常使用的桩-筏基础方案，复合地基方案可以更好地利用软岩的承载力，在天然地基承载力的利用上避免了浪费，同时软岩复合地基中的大直径桩可采用人工挖孔方式，消除了长螺旋钻孔灌注法施工穿越卵石层时易引起的塌孔、埋钻和堵管等问题，具有更好的经济性。但是目前对于软岩复合地基中软岩承载力发挥情况的研究并不多见，证明软岩复合地基中天然地基承载力有效利用的数据十分缺乏。为了研究软岩复合地基中红层软岩天然地基承载力发挥情况，提供软岩复合地基作为一种地基基础优势方案的支撑证据，本文选取了多个红层软岩复合地基工程，对软岩复合地基桩间软岩承载特性展开现场试验研究。其研究成果可以为软岩大直径桩复合地基的推广应用提供大量可靠的支撑材料。

1 试验场地选取

试验场地的选取应具有代表性，综合考虑后选取成都塔子山壹号和绿地柏仕公馆两个软岩复合地基工程进行现场试验。其中塔子山壹号工程地基基础采用普通大直径桩软岩复合地基，绿地柏仕公馆则采用大直径桩+CFG桩的多桩型软岩复合地基。

选取塔子山壹号工程2号楼22、77和90号大直径桩周边桩间土进行测试。2号楼设计基底压力约700 kPa，基础直接持力层为强风化泥岩，大直径桩采用正方形布置，桩径1 100 mm，桩间距2 300 mm，桩端进入中风化泥岩500 mm以上，桩身混凝土强度等级为C20，复合地基中采用的褥垫层为碎石垫层，厚度为300 mm。塔子山壹号工程2号楼地层结构及复合地基剖面示意如图1所示。

图1 塔子山壹号地层结构及复合地基剖面

选取绿地柏仕公馆8号楼复合地基中55号、95号大直径桩和446号、729号CFG桩周边桩间土进行测试。8号楼为地上32层、地下2层的框架-剪力墙结构，采用筏板基础，基础埋深约10.70 m，最大基底压力约为600 kPa。复合地基采用大直径桩+CFG桩，其中大直径桩桩径1 100 mm，桩间距2 800 mm，桩长不小于13 000 mm，桩端进入持力层中风化泥岩中500 mm以上，桩身混凝土强度等级为C20，采用正方形布置。为了提高表层地基承载力，还采用CFG桩对粘土层进行加固处理，CFG桩直径400 mm，桩间距1 000 mm，桩长不小于4 000 mm，桩端应进入持力层强风化泥岩中，桩身混凝土强度等级为C10，同样也采用正方形布置。复合地基褥垫层为碎石垫层，褥垫层厚度为300 mm。绿地柏仕公馆8号楼地层结构及复合地基剖面示意如图2所示。

图2 绿地柏仕公馆地层结构及复合地基剖面

2 现场试验方案

软岩复合地基桩间土承载特性研究是为了掌握软岩复合地基中桩间土承载力的发挥情况，采用在复合地基表层软岩中埋设土压力盒的方法进行测量。以塔子山壹号工程中土压力盒子布置方式为例进行现场试验方案的说明。现场布置的土压力盒围绕大直径桩呈十字对称分布，其中1～4号土压力盒距离桩中心0.6 m，5～8号土压力盒距离桩中心1.15 m。同时为了确定复合地基中桩-土的荷载承担比，还在大直径桩桩顶埋设了土压力盒，测试大直径桩桩顶的应力，土压力盒埋设平面布置如图3所示。

图3 土压力盒布置方式示意

在绿地柏仕公馆工程现场试验中，除了按照上述的方法布置测试元件外，还在CFG桩桩顶设置了土压力盒，测试CFG桩的桩顶应力。

埋设的土压力盒子需要在整个建筑结构施工过程中持续监测，当建筑结构主体完工且测试数据稳定后才停止测试。

3 塔子山壹号工程现场试验结果

3.1 复合地基表层软岩应力

根据施工过程中土压力盒的测试结果绘制出随楼层变化的复合地基表层软岩应力曲线图。

22号桩周软岩应力随楼层的变化曲线如图4所示。从图中可以看出，复合地基表层软岩应力随楼层的增加而增大，距离大直径桩较近的软岩应力要明显小于距离大直径桩较远的软岩应力。当建筑结构主体完工后，1、3号土压力盒测得的应力在170～200 kPa之间，5～8号土压力盒测得的应力在470～540 kPa之间。

图4 22号桩周软岩压力随建筑层数变化曲线

复合地基77号大直径桩周软岩应力随楼层的变化曲线如图5所示。从图5中可以看出，软岩应力随楼层的增加而增大，距离大直径桩较近位置测试得到的应力要小于距离大直径桩较远的软岩。建筑主体封顶后，1～3号土压力盒测得的应力在160～176 kPa之间，5～8号土压力盒测得的应力在321～526 kPa之间。

图5 77号桩周软岩压力随建筑层数变化曲线

复合地基91号大直径桩周软岩应力随楼层的变化曲线如图6所示。从图中可以看出，复合地基表层软岩压力随楼层的增加而增大，距离大直径桩越近的位置测得的应力越小。建筑主体封顶后，1～4号土压力盒测得的应力在192～227 kPa之间，5～6号土压力盒测得的应力在448～497 kPa之间。

图6 91号桩周软岩压力随建筑层数变化曲线

3.2 桩-土应力比

对现场测试得到的桩-土应力比进行分析，在计算桩-土应变力比时复合地基表层软岩应力采用距离桩中心0.6 m和1.15 m的土压力盒测试平均值。计算得到22号、77号和91号桩的桩-土应力比随楼层的变化曲线如图7所示。从图中可以看出，随着楼层的增加，桩-土应力比曲线大致表现为先增大后逐渐趋于稳定的规律，桩土应力比始终在3～4.5之间，当建筑结构主体完工后，22号桩附加的桩土应力比最大，约为4.5，91号桩附加的桩土应力比最小，约为3.5。

图7 桩-土应力比随建筑层数变化曲线

4 绿地柏仕公馆工程现场试验结果

4.1 复合地基表层桩间土应力

同样根据施工过程中桩间土压力测试结果绘制出随楼层变化的桩间土应力曲线图。

55号大直径桩周围桩间土应力曲线如图8所示，图中2～4号土压力盒距大直径桩中心0.6 m，6～8号土压力盒距大直径桩中心1.4 m。从图中可以看出，桩间土压力随楼层的增加而增大，距离大直径桩较近的土压力盒测得的桩间土应力要小于距离大直径桩较远的土压力盒。建筑结构主体完工后，1号、2号和3号土压力盒测得的桩间土应力在66～86 kPa之间，6～8号土压力盒测得的桩间土应力在140～175 kPa之间。

图8 55号桩桩间土压力随建筑层数变化曲线

95号大直径桩周围桩间土应力曲线如图9所示，其中1～2号土压力盒距大直径桩中心0.6 m，6～7号土压力盒距大直径桩中心1.4 m。从图中可以看出，与55号大直径桩桩间土压力测试结果相似，距大直径桩较近的土压力盒测得的桩间土应力小于距离大直径桩较远的土压力盒。建筑结构主体完工后，1号、2号土压力盒测得的桩间土应力分别为102 kPa和113 kPa，6号、7号土压力盒测得的桩间土应力分别为193 kPa和226 kPa。

图9 95号桩桩间土压力随建筑层数变化曲线

4.2 软岩压力推算

由于复合地基中的CFG桩仅对复合地基表面的粘土层和卵石土层进行了加固，复合地基中CFG桩的直接持力层为强风化泥岩，因此可以根据粘土层应力、大直径桩桩身轴力和CFG桩桩底压力测试结果大致推算出强风化泥岩表面的应力大小。根据CFG桩桩身轴力和桩径计算得出CFG桩桩底平均应力约548 kPa，同时大直径桩在深度4 m处(强风化泥岩位置)的桩身轴力要小于桩顶压力，因此在深度4 m处的桩间土应力要大于复合地基表面的桩间土应力，最后综合上述依据可以推测出，强风化泥岩表面最大应力约为548 kPa，位于CFG桩桩底位置，平均应力(按照粘土层传递到强风化泥岩中的应力和CFG桩桩底应力算术平均值计算)约为273 kPa。

4.3 桩-土应力比

根据桩顶压力和桩间土应力平均值，绘制出随楼层变化的复合地基桩-桩和桩-土应力比曲线，如图10所示。从图中可以看出，大直径桩与桩间土的应力比随楼层增加呈现出先增大后趋于稳定的变化规律，当建筑结构完工后，大直径桩与桩间土的应力比约为14；大直径桩与CFG桩的应力比约在1.8～2之间，CFG桩与桩间土应力比约在4.5～5之间。

图10 复合地基桩土应力比曲线