载体桩复合地基竖向承载性能试验研究

曹 海，叶恭宝，邵忠心

(1.黄山学院建筑工程学院，安徽黄山245041;2.合肥工大地基工程有限公司，安徽合肥230009)

载体桩是在夯击式沉管扩底桩的基础上发展起来的一种新桩型［1－3］，国内对载体桩单桩的设计研究较多，但是，对于载体桩复合地基的设计，在《载体桩设计规程》(JGJ135－2007)中仅规定参照CFG桩复合地基进行设计，针对它的研究论文也很少看到。本文通过黄山市某实际工程为例，进行载体桩单桩静载试验、桩间土静载试验和单桩复合地基静载试验研究，并观测建筑物沉降量，对载体桩复合地基竖向承载性能进行详细分析。

1 工程背景

拟建项目位于黄山市屯溪区屯光镇，场地整体较平整，北高南低，呈一级台阶状。拟建建筑为商业住宅、酒店及商业店铺。由于该地块地质条件和建筑结构较为复杂，建筑物为二十六层、三十二层不等，属高层建筑，为保证地基沉降均匀，基础采用载体桩复合地基［4］。本文选取其中的1#、2#、3#楼载体桩复合地基作为研究对象。载体桩复合地基设计桩径均为430 mm，桩身混凝土强度等级均为C30。1#楼桩长3.2 m，桩数174根，设计单桩复合地基承载力特征值550 kPa;2#楼桩长2.2～3.3 m，桩数195根，设计单桩复合地基承载力特征值520 kPa;3#楼桩长2.6～3.7 m，桩数209根，设计单桩复合地基承载力特征值520 kPa。

本次岩土工程勘察［5］将深度范围内所分布的地质土质划分为七大层。各土层物理力学指标如表1所示。场地地下水位埋深1.70～6.20 m，地下水和土对钢筋和混凝土结构腐蚀性微小。

2 竖向静载荷试验

2.1 试验内容

每栋楼随机抽取3根单桩静载荷试验、3点桩间土浅层平板载荷试验和3点单桩复合地基试验，检测单桩、桩间土和单桩复合地基承载力。桩间土浅层平板载荷试验采用圆形钢质承压板，承压板刚度满足试验要求，承压板直径为1 m。单桩复合地基试验采用方形钢质承压板，承压板刚度满足试验要求，承压板面积为一根桩承担处理的面积。试验具体布置见表2所示。

表1 地基土的物理力学指标

表2 静载荷试验桩号布置

2.2 试验装置及仪器

本次试验采用800T(桩间土100T)油压千斤顶加载，采用油压传感器控制每级加载值，承压板四周布置位移传感器测量承压板沉降量，其中单桩试验布置两只、桩间土试验布置三或四只位移传感器、单桩复合地基试验布置四只。

2.3 试验方法

试验采用“慢速维持荷载法”，即逐级加载，在每级荷载作用下达到相对稳定标准后(连续一小时的沉降量不超过0.1 mm，并连续出现两次)，再施加下一级荷载。本次荷载按照2倍设计荷载进行加载，荷载共分10级，首级荷载为2倍设计荷载的1/5，以后每级加载增量为1/10。单桩静载荷试验每级加载后，间隔5 min、10 min、15 min、15 min、15 min测读一次沉降量，以后每隔30 min测读一次沉降量，直至达到相对稳定标准。单桩复合地基静载荷试验每级加载后，每隔30 min测读一次沉降量，直至达到相对稳定标准。桩间土浅层平板载荷试验每级加载后，间隔10 min、10 min、10 min、15 min、15 min测读一次沉降量，以后每隔30 min测读一次沉降量，直至达到相对稳定标准。

2.4 静载荷试验结果

(1)单桩静载荷试验结果。

对单桩竖向抗压静载试验数据进行整理，绘制Q－S曲线如图1所示。从图1中可以看出9根单桩试验点Q－S关系曲线均属于缓变型，无明显的比例极限和陡降段。从表3可知除52#桩(沉降量未超过60 mm)外其他各桩沉降量均未超过40 mm，按照《载体桩设计规程》(JGJ135－2007)规定Q－S曲线呈缓变形时，取桩顶总沉降量为60 mm所对应的荷载值为单桩竖向极限承载力。由上述分析可知:9根单桩极限承载力特征值均不小于2 200 kN，证明载体桩复合地基单桩承载力较高。

表3 单桩竖向抗压静载试验结果

(2)桩间土浅层平板载荷试验结果。

对桩间土浅层平板载荷试验数据进行整理，绘制P－S曲线如图2所示。从图中可以看出9个试验点P－S曲线均属于缓变形，无明显的比例极限和陡降段。9个试验点在竖向荷载作用下的沉降量及沉降比结果见表4，由表4可知:各试验点在荷载300 kPa作用下沉降比均小于0.015。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007 －2011)规定，当压板面积为0.25 ～0.5 m2时，可取s/b=0.01 ～0.015 所对应的荷载作为桩间土地基承载力特征值。由上述分析可知:9个试验点地基土承载力特征值均可取300 kPa。且其中7个试验点沉降比小于0.01，说明经过地基处理后桩间土圆砾层地基承载力明显提高。

表4 桩间土浅层平板载荷试验各试验点变形分析表

(3)单桩复合地基静载荷试验结果。

对单桩复合地基静载荷试验数据进行整理，绘制的P－S曲线如图3所示。从图3中可以看出9个试验点P－S曲线均属于缓变形，无明显的比例极限和陡降段。9个试验点在竖向荷载作用下的沉降量及沉降比结果见表5，由表5可知:各试验点在设计荷载作用下沉降比均小于0.008。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)规定，由高强度桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b=0.008所对应的压力为复合地基承载力特征值。由上述分析可知:1#楼3个试验点单桩复合地基承载力特征值均可取550 kPa，2#和3#楼6个试验点单桩复合地基承载力特征值均可取520 kPa。

(4)λ和β的取值。

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2012)第7.1.5条的规定，对有粘结强度增强体复合地基承载力的计算公式为

式中:λ为单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值;β为桩间土承载力发挥系数，可按地区经验取值。将本文中的27个试验点数据代入计算，并根据文献［6］，利用逆斜率法、最小二乘法将Q－S与P－S数据曲线拟合为双曲线的计算方法求解极限承载力，得出黄山市屯溪区屯光镇本段地块λ可取值0.9，β可取值 0.85。

图1 单桩静载荷试验Q－S曲线

图2 桩间土浅层平板载荷试验P－S曲线

图3 单桩复合基静载荷试验P－S曲线

3 沉降观测

为了解载体桩复合地基在工程不同时期的沉降，对1#、2#和3#的角点和中间重要部位进行了沉降观测，观测时间从该项目工程施工开始，经分析1#、2#和3#建筑物在完工300 d后的累计平均沉降量分别为33.07 mm、22.55 mm和16.30 mm，变形稳定，可见载体桩复合地基在高层建筑中能够有效控制基础的沉降量，减少不均匀沉降。

4 结论

(1)本文工程9根试验桩桩径均为430 mm，单桩竖向抗压承载力特征值均满足设计要求，且载体桩Q－S曲线呈缓变型，破坏特征不明显，除52#桩(沉降量未超过60 mm)外其他各桩沉降量均未超过40 mm，因此也无法取沉降量60 mm确定各桩的极限承载力，可以证明载体桩复合地基单桩竖向承载力较高。通过试验可知，本工程9个试验点桩间土地基土承载力特征值均可取300 kPa，且其中7个试验点沉降比小于0.01，说明经过地基处理后桩间土圆砾层地基承载力明显提高。

(2)从试验得知，本文工程9个单桩复合地基试验点竖向承载力均高于设计要求，说明经载体桩复合地基处理后地基承载能力得到较大提高，本文根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2012)的计算公式，给出了λ和β的参考取值，可供工程设计中参考使用。

(3)从沉降观测可知，载体桩复合地基将荷载通过载体桩传递到深层土体，有效地控制了复合地基的沉降量。

表5单桩复合地基静载荷试验各试验点变形分析表

［1］ 王继忠.载体桩技术的诞生与发展［J］.建筑结构，2008，38(4):118 －119.

［2］ 高春荣，杨启安，齐雪妍.载体桩设计施工中承载力影响因素的研究分析［J］.施工技术，2012，41(362):63－66.

［3］ 陈洪运，马建林，王功博.高速铁路载体桩复合地基施工技术［J］.施工技术，2013，42(17):104－107.

［4］ 岩土工程勘察规范:GB50021－2001［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［5］ 建筑地基基础设计规范:GB50007－2011［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［6］ 罗明远，吴明军.求解载体桩极限承载力的研究［J］.四川建筑科学研究，2013，39(4):120－122.