复合地基载荷试验
复合地基载荷试验（精选8篇）
复合地基载荷试验 第1篇
自20世纪80年代中期从日本引入粉喷桩技术,到现在已经陆续产生了石灰桩法、灰土挤密桩法、土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法、CFG桩、夯实水泥土桩、高压喷射注浆法等半刚性复合地基处理技术,再有已经成熟的碎石桩、砂桩等柔性地基处理技术。随着复合地基处理方式的增加,对验证处理效果能否满足设计或工程要求的最直接的方式目前仍以现场复合地基静载荷试验为首选。复合地基静载荷试验是否可靠,是否能准确提供承载力并判别施工质量,须有待进一步研究。
1 复合地基的设计
复合地基的初步设计或估算一般采用下式:
其中,fspk为复合地基承载力特征值,kPa;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值,kN;Ap为桩的截面积,m2;β为桩间土的承载力折减系数,宜按桩型和地区经验取值;fsk为处理后桩间土承载力特征值,宜按桩型、成桩方式及地区经验取值。
其中单桩竖向承载力特征值Ra如果有单桩载荷试验时,应将单桩极限承载力除以安全系数2;当无单桩载荷试验资料时,可按下式进行设计或估算:
其中,μp为桩的周长,m;n为桩长范围内所划分的土层数;qsi,qp分别为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值,kPa,可按现行GB 50007建筑地基基础设计规范有关规定确定;li为第i层土的厚度,m。
同时桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求:
其中,fcu为桩体材料试验块标准养护的立方体抗压强度平均值;η为桩身强度折减系数,可根据桩型、成桩方式选取。
2 复合地基载荷试验深度效应
复合地基不论是碎柔性的还是半刚性的都是介于天然地基与桩基础之间的一种地基类型,依靠桩和桩间土共同承担上部荷载及基础传至基底的荷载,其力学性质与天然地基及桩基础有着很大的差别。
天然地基与地基基础直接接触,有限厚度的地层承受上荷载,受荷土层通常水平成层分布。荷载板存在着尺寸效应,即在同一强度的外部荷载作用下,受荷的面积愈大,在同样深度的应力也就愈大,沉降也愈大。试验结果一般仅能反映1倍～2倍荷载板宽度或直径深度范围内土体的平均性质。当2倍载荷板深度下部存在软弱下卧层时,载荷试验的结果就不能明显反映出来,成为载荷试验的盲区,而远比载荷板宽度大的多的建设物其荷载能反映的深度明显大的多。有时该软弱夹层能成为建筑物损坏的主要原因。桩基与基础相连,桩顶受荷载,通过桩周土体及桩端传递荷载,轴向刚度大,做单桩载荷试验。
而复合地基采用的置换法或挤密法等增加竖向增强体,形成天然地基和增强体的复合体,从而由两部分共同承担荷载。然而该复合体由两部分组成,是非均质体,具有各向异性,在荷载作用下,基体和增强体通过褥垫层的协调作用,桩土协同受荷,协调变形,受荷地基分加固区和未加固区,加固区为桩长范围内,未加固区为桩端以下的天然地基。
一般进行复合地基静载荷试验时,不论进行单桩复合还是群桩复合,都存在着尺寸效应,试验结果一般仅能反映3倍～4倍载荷板宽度或直径深度范围内的承载力,且群桩中的单桩复合地基承载力由于受邻桩的影响,其试验结果要比仅有一根桩的承载力的值大。故因复合地基载荷试验尺寸效应的原因,试验结果远未反映到加固区的下部。即便是有限数量的群桩载荷试验也是如此,故不论设计桩长如何,只要保证桩长大于3倍～4倍载荷板的宽度(或直径),试验结果就能满足设计要求,而且通过相对沉降进行取值也能满足要求,然而,对建筑物来说,因其影响深度远大于3倍～4倍载荷板宽度(或直径),所以其沉降量远大于载荷试验结果。这是造成工程质量事故的一个重要原因。
从地基附加应力等值线进行分析,方形载荷试验的σz要比条形荷载试验的小的多,如方形荷载中心下Z=2b处,σz=0.1P0,而在条形荷载下,σz=0.1P0等值线约在中心下Z=6b处通过。从地基附加应力等值线图也能说明,如果成桩时形成悬桩,载荷试验是很难反映其真实面目的
目前,因施工队伍素质参差不齐,如果因偷工减料使施工桩长小于设计桩长而形成悬桩时,但因承载力检测的依据主要为复合地基现场静载荷试验,因试验荷载板的尺寸效应,可能掩盖施工质量问题,而不能真正的起到保证工程质量的作用。
3 实例分析
某村民住宅楼7层,砖混结构,条形基础,东西布置。楼长75 m,宽13.5 m(其中设有伸缩缝),复合地基承载力设计值fspk≥180 kPa。
该住宅楼地基处理方式为夯实水泥土桩。桩长5.3 m,桩径0.35 m,面积置换率m=0.12,桩端要求进入持力层不小于350 mm,首夯时,孔底须夯实后再回填水泥土,水泥∶土=1∶7。结构设计中每间均设构造柱,每层设圈梁,该建筑物整体刚度较好。其地层情况简述如下:
(1)层耕植土,层厚1.2 m;(2)层粉质黏土,松散,层厚3.8 m～4.4 m,地基承载力特征值fsk=70 kPa;(3)层粉土,层厚0.7 m～1.2 m,软塑,地基承载力特征值fsk=100 kPa;(4)层粉土,中密,层厚3.4 m～4.5 m,地基承载力特征值fsk=140 kPa;因场地东部曾有个暗渠,距基底约5 m,局部含水量高,呈软塑～流塑,层厚0 m～0.5 m,设计要求桩端必须穿透该层,进入持力层不少于350 mm并且孔底用碎石和干水泥夯实后再用水泥土回填夯实。本工程因为村民开发并未委托监理,由村民代表进行监督。施工结束后随机抽取4根桩进行单桩复合地基静载荷试验,并在东部暗渠部位抽取了1根。经按规范检测,试验成果全部满足规范要求。当该工程进行到第(5)层时,东部近地坪位置有裂缝出现,经观测,地基产生了不均匀沉降,且不均匀沉降还在加速。之后,业主会同设计、施工、检测等各方进行查找原因。在暗渠的走向方向距基础约3 m位置,用洛阳铲成孔进行验证。经验证,施工桩长5.3 m正好位于暗渠所处软塑层的顶部或中部,因现场施工人员未按设计所要求的穿透该层,只一味的按桩长施工,施工过程中未按设计要求对孔底用碎石和干水泥粉夯实,使所成的桩成了悬桩,从而造成该工程质量事故。事后局部进行了注浆加固,有效的控制了不均匀沉降的继续。
通过以上实例分析,可看出单桩复合地基承载力载荷试验由于受荷载板的深度效应所限,造成试验中应力远未影响到加固区端部,施工不合格的工程也能满足规范所要求的s/b值。故可看出单桩甚至群桩复合地基载荷试验并不能完全反映施工质量。
4 结语
1)复合地基静载荷试验由于存在深度效应,对桩长大于3倍～4倍载荷板深度时,无法正确提供复合地基承载力特征值并作为评价施工质量的依据。2)建议用群桩载荷试验来验证复合地基施工质量。3)建议采用单桩载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定复合地基承载力特征值为主,在确保桩身完整的前提下,可以采用单桩复合地基载荷试验确定复合地基承载力。4)建议对复合地基桩体检测增加检测手段,如对桩体取芯、桩体完整性声波检测等。5)虽然增加监理的监督职能能够避免部分工程质量事故的发生,但是工程质量不是监督出来的而是施工出来的,只有提高施工队伍整体素质,才能从根本上杜绝工程事故的发生。作为检测的第三方积极寻求更好的检测手段,真实客观的反映施工质量为工程把好质量关
摘要：通过对复合地基检测工作原理及案例进行分析,提出单桩复合地基检测的局限性,为了保证工程质量,在分析的基础上提出自己的建议,指出作为检测的第三方应积极寻求更好的检测手段为工程把好质量关。
关键词：载荷试验,复合地基处理检测,效果分析
参考文献
[1]张德恒,高峰.CFG桩复合地基的试桩静荷载试验及必要性[J].山西建筑,2007,33(17):3-4.
[2]东南大学,浙江大学.土力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[3]JGJ 79-2002,建设地基处理技术规范[S].
[4]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].
浅谈载荷试验确定复合地基承载力 第2篇
【关键词】复合地基;承栽力;回弹法
0.前言
目前，在我国的基础建设中，复合地基应用于软弱地基的处理越来越广泛，而确定地基承载力已成为复合地基设计与施工中的关键问题。现阶段，复合地基承载力的确定有两种方法，一为直接根据有关规范给定的经验公式计算，另一方法即为根据原位试验确定，而在诸多原位试验中，载荷试验是应用最多的，也是最广泛的，由试验确定的数值也被认为是最精确的。先选用经验参数，采用公式进行初步设计，然后再用载荷试验方法进行检验，这是目前最普遍的程序。
复合地基载荷试验综合反映了桩及桩间土的承载性状，但桩或土破坏顺序不同、桩的长短不一及桩间土性质不同，可表现为不同类型的载荷试验P—S曲线。依据曲线类型的不同，应如何采用合适的承载力确定方法成为确定承载力的关键问题。本文结合一工程实例，探讨载荷试验确定复合地基承载力的方法。
1.目前载荷试验确定地基承载力的标准分析
目前国家现行行业规范规定：在满足试验终止加荷条件时复合地基承载力基本值可按以下三种标准取值：①取比例极限所对应的荷载，不能大于所加最大荷载的一半；②当极限荷载能确定时，取极限荷载的一半，但有个前提，即极限荷载能确定，如图1中曲线A；③ 按相对变形值确定，可取s／d(或s／b)一0．006～0．015(s为变形值，d或b为承压板直径或宽度)对应的荷载，各种地基有不同的取值。另外，上海市、广东省等各有符合本地实际情况的地方规范。
大量工程实践证明，载荷试验P—S曲线在低荷载水平的前半段多为光滑曲线，尤其在软土地区或桩体刚度较低时，很难找到明显的比例极限荷载。因此按① 、②确定承载力，人为因素较大，可操作性不强。工程实践中多采用③按相对变形法来确定承载力。它的理论基础可认为：如果载荷板与基础的压力相同，则s／b(或d)比例應大致相等。这是与目前按变形控制进行工程设计的观点相一致的，尤其对短桩和无较好持力层时，该法更能满足建筑物按沉降控制的要求。但由于s／d为一范围值，沉降量取值上、下限相差达2．5倍。实际应用时，还应考虑具体的土质条件及建筑物在该地区土层条件下的允许沉降值来恰当选取 s／d的值。
2.载荷试验回弹值确定地基承载力
认为复合地基的弹性应变与塑性应变是完全可以区分开的，弹性变形发展到一定阶段后才会进到塑性变形阶段。而由弹性变形进到塑料变形阶段，即为该复合地基承载力基本值。如图2，在0-Per荷载范围内，认为只发生弹性应变而不发生塑性应变，经卸荷至零一段时间恢复后，弹性变形可完全恢复；而塑性变形是不能恢复的。基于以上认识，做复合地基载荷试验，在试验达到终止条件后，逐级卸荷至零，作出P—S压缩曲线和回弹曲线，然后在压缩曲线上找出与静载试验回弹量相同的沉降值，该值对应的临界压力值，即为复合地基承载力基本值。
图2 回弹试验曲线
3.静载试验回弹确定承载力实例分析
某工程采用水泥土桩进行地基处理，该复合地基由载荷试验确定地基承载力。场地地层条件见表1，地下水位一15．5m，水泥土桩有效桩长8m，桩间距1．0～1．5m，设计复合地基承载力为180kPa，在保证置换率相同的情况下，做单桩复合地基载荷试验，共6个点做载荷试验，结果见表2。
总体上来看，除6#试验点外，其余各试验点由回弹法和相对变形控制法所确定的承载力相差并不大。
位于场地南面的3#试验点，由于受地下排水管渗漏影响，该处含水量相对较高，因此土体强度相对较低，按s／d=0．006得到复合地基承载力基本值()仅为155kPa，而动测显示该桩波速并无异常，估计采取措施对渗漏加以控制后，相信该处地基强度应该可以提高。
而6#试验点压缩曲线类似于典型曲线，按回弹法确定(fsp)为135kPa明显低于其它方法按相对变形控制所确定的175kPa，经动测发现该桩在埋深6．5m处严重缩径，估计加荷终止时已将该处压坏，因此卸荷后弹性变形恢复较少，故用回弹法得到的承载力较低。若用相对变形控制，由于在较低应力水平时(比例极限荷载附近)，深部缩径对变形影响较小，故该法得到的承载力较回弹法要高，偏离实际情况。因此，从这个工程实例可以看出，回弹法能更加客观地反映桩受荷后的真实情况。
4.结论与建议
4.1一般来说，载荷试验只能反映1～2倍压板宽度深度内的平均力学性能，对于深部的情况并不能客观反映。从本文工程实例来看，相对变形控制方法，回弹法能较客观地反映桩或地基受荷后的性状。在确定承载力时，应综合考虑相对变形和回弹两种方法。
4.2复合地基并非均一的，在做载荷试验时，应选取有代表性的试验点进行试验，力求真实客观地反映复合地基的承载性能。
复合地基载荷试验 第3篇
关键词：复合地基,载荷试验,修正快压法
0 前言
复合地基作为地基处理的一种方法，在工程中的应用日益广泛。载荷试验是复合地基承载力检测的重要手段，也是其他检测方法的基础，因此，载荷试验在复合地基的工程应用中占有重要的地位。
复合地基载荷试验的方法及要求在《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）[1]及其他各类行业规范中均有明确的规定。尽管各行业规范的具体规定有所不同，但基本做法和要求是一致的，即：分级施加荷载，然后测读各级荷载下的相对稳定下沉量，当达到规定的终止试验条件便停止加荷，再分级卸荷至零。根据试验结果绘制荷载P与沉降s的关系曲线P-s曲线，据此确定复合地基承载力特征值fspk。这种方法实际上就是《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）[2]规定的常规慢压法，目前在工程上被广泛应用，也积累了非常丰富的经验。这种方法的不足之处在于加荷历时较长，特别是在粘性土地基中，往往一个检测点位要经过2～4d甚至更长时间才可完成，因此其工效较低，特别是在竣工验收时，检测成本相对较高，耗时较长有时甚至影响工程进度。本文介绍的修正快压法可弥补上述常规慢压法的不足，并可保证具有足够的安全度。
1 修正快压法试验要点
修正快压法由河北工业大学王恩远于1996年提出并被编入河北省地方标准《柱锤冲孔夯扩桩复合地基技术规程》（DB13(J)10-97）中。随后在河北省及天津市等地的散体材料桩复合地基及深层搅拌桩复合地基的检测中被广泛应用。
该方法的试验要点及具体要求是：每级荷载均要求加压1h，并测读其相应的沉降量；当加压至设计荷载（与设计要求的复合地基承载力特征值fspk对应的荷载）时，尚应压至规范规定的相对稳定标准；以后各级荷载仍加压1h，直至破坏或规范规定的卸荷（终止试验）标准。
在绘制荷载试验曲线时，用设计荷载（fspk）作用下测读的稳定沉降量（s）与其1h对应沉降量（s′）之比作为修正系数，对其他各级荷载的1h沉降量进行修正。即：
式中：si为第i级荷载经修正后的累计沉降量(mm)；si′为第i级荷载1h累计沉降量(mm)；k为修正系数；s为设计荷载（fspk）对应的稳定沉降量(mm);s′为设计荷载（fspk）对应的1h累计沉降量(mm)。
试验结果与修正后曲线如图1所示。
2 修正快压法的理论依据
2.1 桩基与天然地基载荷试验均有快压法规定
(1）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第10.2节载荷试验第10.2.3条规定：载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)；沉降稳定标准为：当连读两小时每小时沉降量小于等于0.1mm时，可认为沉降已达相对稳定标准。有地区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法)或等沉降速率法；
(2）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）[3]单桩竖向抗压静载试验规定：试验加载方式采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载（即每小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次，即认为已达到相对稳定），直到试桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑缩短试验时间时，对于工程桩的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔1h加一级荷载；
(3）对于复合地基，实际上是介于天然地基和桩基之间的一种地基加固形式，因此从技术上推断，复合地基载荷试验除可采用常规慢压法之外，采用快压法应该是可行的。
2.2 常规慢压法的沉降稳定标准是相对的，远未达到实际建筑物的沉降稳定标准
(1）《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）[4]规定：建筑物的沉降稳定标准为每天沉降量小于0.01～0.04mm/d;
(2）根据参考文献[5]的统计结果，建筑物竣工时复合地基的沉降速率约为0.1mm/d;
(3）常规慢压法（即现行复合地基载荷试验采用的方法）的沉降稳定标准为0.1mm/h，如换算成每天的沉降量约为2.4mm/d，相当于建筑物沉降稳定标准限值的60～240倍，是建筑物竣工时沉降速率的24倍。
(4）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）指出：慢速法的加荷速率比建筑物建造过程中的施工加载速率要快得多，慢速法试桩得到的使用荷载对应的桩顶沉降与建筑物桩基在长期荷载作用下的实际沉降相比，要小几倍到几十倍。所以规范中的快慢速试桩沉降差异是可以忽略的。
综上所述，所谓的慢速维持荷载法，其沉降远未稳定。达到相对稳定值时的沉降速率不仅远远大于建筑物沉降稳定的下沉速率，而且也远大于建筑物竣工时的沉降速率。因此，常规慢压法沉降远未达到稳定，其稳定标准不仅是相对的，而且也带有明显的经验性。
2.3 桩体复合地基载荷试验曲线类型及复合地基承载力特征值（fspk）的确定
(1）曲线类型
大致划分为两种：(1)完整的P-s曲线，如图2所示；(2)平缓的光滑曲线，如图3所示。
(2）复合地基承载力特征值的确定
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）的有关规定：
(1)当压力—沉降曲线上极限荷载Pu能确定，而其值不小于对应比例界限荷载P0的2倍时，可取比例界限荷载；当其值小于对应比例界限荷载P0的2倍时，可取极限荷载的一半，如图2所示；
(2)当压力—沉降曲线是平缓光滑曲线时，可按相对变形[s]确定复合地基承载力特征值fspk，如图3所示。
根据实际工程试验结果的统计，大多数情况下复合地基的P-s曲线如图3所示，即fspk是受相对变形[s]控制的（特别是软土地基），因此，作为竣工验收时的质量检测，只要能控制住设计要求的复合地基承载力特征值fspk所对应的变形s不超过规范规定的允许变形[s]，就可以保证工程安全。
2.4 载荷试验变形与荷载大小及加压历时的关系
(1）根据土体变形的基本原理，在某级荷载作用下，随着加压历时t的增大，土体沉降s逐渐增加，直至稳定；而荷载P越大，沉降s也越大，直至土体破坏。
(2）根据室内压缩试验及荷载试验结果的统计，土体在荷载历时1h时对应的沉降量约为其相对稳定下沉量的80%～90%。
(3）土体在线性变形阶段（即在达到比例界限荷载或fspk以前）基本上属于加工硬化模型，即在某级荷载Pi作用下，随着加压历时t的不断增加，土体在产生沉降的同时也得到了增密，因此其压缩模量及有关强度指标会逐渐提高，这一过程与堆载预压加固法有相似之处。由此可以推断对应于复合地基承载力特征值fspk作用下的沉降量，采用不同的加荷方式其沉降值也是不同的。当采用修正快压法时其稳定下沉量（s修快）一般要大于常规慢压法的下沉量（s慢）。因为后者每级荷载加压历时要大于前者，所以增密效果显著。而快压法由于加压历时均为1h，土体尚未达到压缩稳定，因此对应于fspk时的沉降量（s快）偏小，即s修快>s慢>s快。因此可知，修正快压法不仅省时而且是偏于安全的。而当fspk受[s]控制时，快压法可能偏于不安全。
(4）当复合地基载荷试验曲线为完整的P-s曲线时，采用修正快压法（甚或快压法）也是可行的。因为根据大量的载荷试验观测结果可知，虽然当复合地基达到整体强度破坏时（即达到极限荷载Pu）与加荷历时有关，但关系并不大。因为修正快压法要求每级荷载至少加压1h，由此可充分反映地基强度的破坏过程。
3 修正快压法试验对比与工程应用
3.1 试验对比[5]中，在实际工程中被推广应用。下面结合修正快压法在天津地区柱锤冲扩三合土桩复合地基载荷试验中的应用简介如下。
(1）试验示例
柱锤冲扩三合土桩复合地基载荷试验如下：
(1)试验采用圆形荷载板，直径D=2m，面积A=3.1416m2;
(2)设计要求fspk=120kPa(Q=377kN），[s]=0.012D=24mm;
(3)试验采用修正快压法，即按荷载Q=180、250、315、380、450、515、580kN分别施加，除380kN（相对于fspk=120kPa）加压至相对稳定外，各级荷载均加载1h，试验曲线如图5曲线(1)所示；
(4)根据实测结果，当加载至Q=380kN时，s′=19.10mm，加压稳定后s=21.12mm<[s]=24mm,k=21.12/19.10=1.1，按k=1.1对其他各级荷载作用下的沉降量s′进行修正后的曲线如图5曲线(2)所示，试验详细结果见表1;
(5)根据曲线(2)，按[s]=24mm求得实际fspk=131kPa>120kPa;
注：s′为加压1h沉降实测值；s为修正后沉降（稳定沉降），Q=380kN时s为实测值。本图录自天津市华苑小区居华里2号楼2#桩位检测结果。
(2）工程应用(1)(2)
柱锤冲扩桩复合地基技术在上世纪90年代中晚期在天津地区应用广泛。该工法是采用长2～6 m、质量1～8t的柱状细长锤(长径比L/d=7～12，简称柱锤)冲击成孔，然后分层夯填渣土或加入少量生石灰的碎砖三合土成桩，并与桩间土共同受力形成复合地基。该工法当时主要用于沟、坑、洼地、新填土层及浅层松软杂填土等地区。由于该工法简单直观，造价较低，且可消纳大量拆房杂土，因此很受业主欢迎。仅在华苑居住区(建设部住宅示范小区)就有近40万平方米住宅、上百幢建筑采用了这一地基处理新技术。
在所有采用柱锤冲扩三合土桩复合地基的工程中，均采用修正快压法进行检测，并用重型动力触探（N63.5）对桩身进行了检测，桩间土采用轻便触探（N10）进行检测。为了评价地基处理效果及修正快压法的可行性和安全性，施工中进行了沉降观测，并选典型工程进行了长达3～5年的沉降观测。根据沉降观测结果，绝大多数建筑物沉降均匀，竣工时沉降量约为2～3cm，最终沉降量约为8～10cm，建筑物未见墙体开裂等质量事故，这不仅说明了该地基处理技术的安全可靠，也说明了修正快压法是可行的。
与常规慢压法比较，修正快压法设备利用率大大提高，基本可保证每天（甚至更短）完成一个试验点位，提高工效3～5倍。经统计，柱锤冲扩三合土桩载荷试验修正系数k=s/s′=1.05～1.15左右。
4 结论
(1）修正快压法是在快压法的基础上提出的一种用于复合地基载荷试验的新方法，与常规慢压法对比，至少可提高工效2～3倍，可确保每天完成一个试验点位；与快压法对比，可确保工程安全，特别是对于以变形[s]作为复合地基承载力特征值控制标准的情况下。
(2）根据作者的调查，为了提高工效和设备利用率，很多检测单位实际上也在自觉或不自觉地采用了这一方法。例如：载荷试验前几级荷载采用快压法，接近fsp k时再采用慢压，并修正成光滑曲线。尽管这样做不够规范，但也经受住了实际工程的检验。
(3）具体应用建议
(1)当为设计提供依据而进行复合地基载荷试验时应采用常规慢压法，即《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定的方法，当有地区经验时，也可采用修正快压法；
(2)当作为工程验收而进行复合地基载荷试验时，可采用修正快压法，特别是以变形作为控制标准时，不仅工效高而且偏于安全；
(3)作为天然地基或人工加固的均质地基（如堆载预压加固地基、强夯加固地基）以及换填垫层等，也可采用修正快压法，并注意在实践中积累经验，当地基承载力检测值受允许变形[s]控制时，采用修正快压法可能比快压法有更大安全度。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[2]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[3]中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范(JGJ94-94)[S].北京:中国建筑工业出版社,1995.
[4]中华人民共和国行业标准.建筑变形测量规程(JGJ/T8-97)[S].北京:中国建筑工业出版社,1998.
复合地基载荷试验 第4篇
关键词：复合地基,沉降,CFG桩,载荷试验
1 概述
CFG桩复合地基作为一种新兴的地基处理技术, 被应用在很多类型建筑的地基中。在现代的城市建设中, 随着建筑用地的不断减少及城市发展的需求, 使得建筑物向中、高层发展, 要求大跨度结构设计的建筑物越来越多, 这就致使建筑物荷载增大, 相应的对地基处理的要求也不断提高。CFG桩复合地基具有抗变形能力强和高承载力的特性, 能够满足建筑物对地基处理不断变化的需求。由于CFG桩复合地基的经济效益和社会效益比较突出, 得以迅速发展, 不断的应用在高层建筑及大跨度结构设计建筑中, 在现代社会中发挥着越来越重要的作用。我们主要通过实际工程中CFG桩现场实测数据分析, 得出复合地基的沉降变化的规律, 得出复合地基方案的优化设计。
2 工程案例
2.1 工程概况
本工程项目为高层住宅, 地上33层, 地下1层, 框剪结构, 基础埋深6.0 m, 基地平均压力500 k Pa, 拟采用桩基筏板或者复合地基筏板基础。根据钻探、标准贯入及静力触探试验结果, 在勘探深度范围内将地层共分为12层, 主要为粉土、粉砂、粉质粘土及碎石土。
2.2 CFG桩复合地基方案设计计算
根据场地岩土工程条件, 对各种地基处理方法与桩基础方案进行比较, 水泥粉煤灰碎石桩 (CFG桩) 复合地基较为适宜、经济合理。由场地土的物理性质, 按JGJ 79-2002建筑地基基础处理技术规范, 结合地区经验, 给出各土层的CFG桩设计参数见表1。
k Pa
根据表1参数, 桩径按0.4 m, 桩端埋深24.0 (从勘察时自然地坪算起) , 有效桩长18.0 m, 桩端持力层为第 (6) 层粉砂、第 (7) 层粉土。
按照JGJ 79-2002建筑地基基础处理技术规范, CFG桩复合地基承载力特征值, 应通过现场复合地基载荷试验确定, 初步设计时可按式 (1) 估算:
CFG桩单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩载荷试验确定, 设计时也可按式 (2) 估算:
桩体试块抗压强度平均值应满足式 (3) 要求
根据以上参数及公式进行复合地基承载力验算得出面积置换率m为0.087%, 单桩竖向承载力特征值为560 k N, 复合地基承载力特征值为511.0 k Pa。
3 载荷试验
3.1 单桩竖向载荷试验
单桩竖向抗压静载荷试验的目的就是通过随机挑选建筑场地的单桩, 进行抗压静载荷试验, 判定工程单桩竖向抗压承载力特征值是否满足设计要求。本工程抽检数量是总桩数的0.5%, 共四根。
加载分级:加载分级进行, 采用慢速维持荷载法;分级荷载为最大加载量的1/10。最大加载量为1 160 k N, 分10级, 第一级取分级荷载的2倍。具体分级见表2。主要对0064号, 0281号, 0136号, 0497号桩进行了试验, 累计沉降可见图1。
k N
由图1可以看出, 试桩结果最大沉降量为5.36 mm, 随着荷载的施加, 荷载—沉降曲线呈缓变形, 终止加载的条件为已达到设计要求的最大加载量, 规范要求CFG桩复合地基中心点沉降小于72 mm, 可见这样的设计条件远远满足规范要求。
3.2 其他工程的单桩试验结果
1) 郑州水利学校实训中心大楼:设计桩径400 mm, 设计桩长13.0 m, 桩间距1.2 m, 桩端持力层为粉土, 设计桩身混凝土强度等级C15, 设计单桩承载力特征值350 k N, 由3根单桩竖向抗压静载荷的试验结果, 来判断本工程单桩是否满足设计要求。试验桩最大加载量为700 k N。
2) 嘉鹏花园2号楼:设计桩径400 mm, 设计桩长13.5 m, 桩间距1.2 m, 桩端持力层为粉土, 设计桩身混凝土强度等级C25, 设计单桩承载力特征值600 k N, 试验桩最大加载量为1 200 k N。
3) 华信金融大厦:设计桩径400 mm, 设计桩长16 m, 桩间距1.4 m, 桩端持力层为粉土, 设计桩身混凝土强度等级C25, 设计单桩承载力特征值480 k N, 试验桩最大加载量为960 k N。
4) 金明花园住宅小区:设计桩径400 mm, 设计桩长14 m, 桩间距1.0 m, 桩端持力层为粉砂夹粘土层, 设计桩身混凝土强度等级C25, 设计单桩承载力特征值520 k N, 试验桩最大加载量为1 040 k N。
由图2~图5单桩实验结果可以看出, CFG桩复合地基是适合的桩型, 加载沉降小, 满足单桩承载力的要求, 载荷试验的最大加载量都为设计值的2倍, 没有按极限荷载做破坏性试验。
3.3 复合地基静载荷试验
复合地基静载荷试验目的就是通过复合地基载荷试验, 判定本工程复合地基承载力特征值是否满足设计要求。主要对334号, 662号, 672号, 320号桩进行了试验, 累计沉降可见图6。
加载方式为慢速维持荷载法, 根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范复合地基静载荷试验的要求, 使用1 200 mm×1 200 mm正方形刚性承压板, 加载分8级, 最大加载压力不小于要求压力值的2倍, 4点单桩复合地基静载荷试验最大加载压力均为1 040 k Pa, 均分为8级, 第一级取分级荷载的2倍。具体分级见表3。
由图6可以看出, 压力—沉降曲线是平缓的光滑曲线, 可按相对变形值确定, 当以粘性土、粉土为主的地基, 可取s/b=0.01即为72 mm所对应的压力为极限荷载, 而加载的最大沉降值为8.09 mm, 承载力特征值取最大加载压力的1/2。
k Pa
3.4 其他工程的复合地基静载荷试验结果
1) 郑州水利学校实训中心大楼:设计复合地基承载力特征值330 k Pa, 最大加载量为660 k N。
2) 永城市嘉鹏花园2号楼:设计复合地基承载力特征值400 k Pa, 试验桩最大加载量为800 k N。
3) 华信金融大厦:设计复合地基承载力特征值330 k Pa, 试验桩最大加载量为660 k N。
4) 金明花园住宅小区:设计复合地基承载力特征值400 k Pa, 试验桩最大加载量为800 k N。
由图7~图10复合地基实验结果可以看出, 工程实例中静载荷试验点均为随机挑选的, 试验结果:最终沉降量都比较小, 均不超过30 mm, 这与规范要求CFG桩复合地基中心点最小沉降量72 mm相差一半多, 远满足规范要求。
4结语
1) CFG桩复合地基设计方案竖向静载荷检测结果中, 不管是CFG桩单桩还是单桩复合地基静载荷试验均没有做破坏性静载荷试验确定相应承载力极限值, 而是都以设计值的2倍为最大加载量验证CFG桩复合地基处理后是否满足设计要求。
2) 工程实例方案设计中, CFG桩桩身设计材料均采用商品混凝土, 桩身混凝土强度等级为C20~C25, 设计桩长13.0 m~20.0 m, 由CFG桩单桩及复合地基静载荷试验结果可得出, CFG桩单桩承载力特征值最大可达580 k N, CFG桩单桩复合地基承载力特征值最大可达520 k N。
3) 通过拟建工程场地的CFG单桩竖向抗压载荷试验和CFG单桩复合地基静载荷试验进行验证, 分析出这种桩型沉降较小, 承载力较高, 远远满足规范要求, 说明CFG桩复合地基设计方案还有进行优化设计达到经济合理的可行性。
参考文献
[1]JGJ 79-2002 (J 220-2002) , 建筑地基处理技术规范[S].
[2]JG 106-2003 (J 256-2003) , 建筑基桩检测技术规范[S].
处理后地基静载荷试验成果分析 第5篇
当天然地基承载力不满足要求时, 部分地基通过换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后的地基承载力得以提高。部分经地基处理后形成的复合地基基础下卧处理前的软弱土层, 通过符合现行标准设计的处理后地基承载力验算, 同时在地基验收时平板静载荷试验也满足设计要求的情况下, 曾出现建筑主体沉降过大、开裂变形等工程质量事故。《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 中第一次单独列出了处理后地基静载荷试验要点并确定了其适用范围是地基承压板应力主要影响范围内土层的承载力和变形参数, 正确理解本条款成为解释此类工程质量事故的原因。
设计单位根据《建筑地基设计规范》 (GB50007-2011) 进行处理后地基承载力与变形验算, 计算出符合要求的基础底面土层的地基承载力特征值fak设计。检测单位依据《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 通过处理后地基静载荷试验 (承压板) 确定处理后地基承载力特征值fak检测, 受承压板面积大小一般不可能与基础底面积相同的限制, 因此fak设计值与fak检测值两者并不相等。尤其是在软弱土层部分处理和上下两层地基土承载力相差很大的情况下, 如果地基基础验收时将两者混淆不清, 建筑主体完工之后的地基基础质量将得不到保证, 难免会出现上述工程质量事故。
文章通过实例来分析fak设计值与fak检测值的不同之处, 加深对《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 附录A处理后地基静载荷试验要点中第A.0.1条的理解, 即“本试验要点适用于确定换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后地基承压板应力主要影响范围内土层的承载力和变形参数”。处理后地基土的承载力是文章分析的主要内容。
1 处理后地基静载荷试验实例
1.1 工程概况
丰盛·瀚海嘉园22#楼工程地点位于××市新袁镇中心小学对面, 地基处理类型为砂石垫层 (部分换填 (2) 粉土) , 垫层厚度0.5m, 设计处理后地基承载力特征值150k Pa, 地基换填处理结束日期2013年4月21日, 依据JGJ79-2012采用处理后地基静载荷试验检测处理后地基承载力, 要求最大加载极限300k N, 检测数量3组, 现场检测日期为2013年6月7日~9日。
1.2 地质条件描述 (见表1)
1.3 现场检测过程
(1) 试验采用慢速维持荷载法。 (2) 加、卸载分级:复合地基设计承载力特征值150k Pa, 极限加载按300k N考虑, 共分八级加载, 第一级加载37k N, 然后按每级38k N递增直至加载300k N为止。卸载时每级卸载分级量为加载分级量的2倍, 逐级卸载至零。 (3) 配重在试验前一次性置于压重平台上, 均匀稳固放置, 且压重量大于预估最大试验荷载的1.2倍。 (4) 通过置于荷载板顶面中心的千斤顶, 把压重平台荷载分级传递到试桩, 沉降通过置于荷载板顶面2只正交直径方向4只50mm量程位移传感器观测; (5) 复合地基试验步骤按《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 附录A处理后地基静载荷试验要点进行。
1.4 静载试验曲线图表
附试验点号1的静载试验曲线图表, 其余两个试验点曲线图略。 (见表2)
1.5检测结果
综上所述, 所测各试验点实测值的极差不超过其平均值的30%, 承压板应力主要影响范围内土层的处理后地基承载力特征值取其平均值150k Pa。
1-压板;2-沉降观测点;3-千斤顶;4-砂石垫层;7-支架;8-配重;9-压重平台
2 地基承载力特征值分析
2.1 静载荷试验结果的理论验算
2.1.1 已知条件
如图1所示, 试验采用方形承压板, 宽度B为1m;换填砂石垫层厚度Z为0.5m;垫层顶面距自然地面高度D为1m;承压板下地基土的附加压力Pz0取试验结果150k Pa;垫层底面处 (2) 层粉土的地基承载力特征值fa为85k Pa, 重度19k N/m3。
2.1.2 压力扩散角的选择
根据JGJ79-2012规范中表4.2.2采用, 砂石垫层, Z/b=0.50, 取θ=30°。
2.1.3 垫层底面处地基承载力验算
根据GB50007-2011第5.2.4条, 垫层底面处经修正后的地基承载力特征值faz=85+0+1.5× (19+0.5×20) × (1.5-0.5) /1.5=114k Pa。
垫层底面处土的自重压力值pcz=19×1.5=28.5k Pa;
根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款, 方形承压板采用式1进行垫层底面处附加压力计算:
式中:pz-相应于作用的标准组合时, 垫层底面处的附加压力值 (k Pa) ;b-矩形基础或条形基础底面的宽度 (m) ;l-矩形基础底面的长度 (m) ;pk-相应于作用的标准组合时, 基础底面处的平均压力值 (k Pa) ;pc-基础底面处土的自重压力值 (k Pa) ;z-基础底面下垫层的厚度 (m) ;θ-垫层 (材料) 的压力扩散角 (°) 。
计算垫层底面处的附加压力值pz=150/ (1+2×0.5×tan30°) 2=60k Pa;
综上所述, 理论计算值与现场地基静载荷试验结果相符。
2.2 改变基础类型, 其它条件不变
2.2.1 基础类型为条形基础
根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款, 条形基础采用式2进行垫层底面处附加压力计算:
按平板静载试验条件, 垫层底面处的附加压力值pz为60k Pa, 顶面处的附加压力值pz0为150k Pa, 计算此时条形基础的宽度b条1=60×2×0.5×tan30°/ (150-60) =0.38m, 即平板静载试验所提供的地基承载力150k Pa只能满足条形基础宽度不大于0.38m的宽度。
按地质勘探报告提供的条件 (2) 层粉土的地基承载力特征值fa为85k Pa, 计算垫层底面处所能承受的附加压力值为114-28.5=85.5k Pa, 当垫层顶面处的附加压力值为150k Pa时, 计算条形基础的宽度b条2=85.5×2×0.5×tan30°/ (150-85.5) =0.76m, 即地质勘探报告提供的地基承载力能满足条形基础宽度不大于0.76m的宽度。
因此, 当条形基础宽度设计值范围在大于0.38m而小于0.76m时, 可通过设计验证。但垫层顶面处条形基础附加压力150k Pa扩散作用于垫层底面处土层的附加压力值大于60k Pa。然而处理后地基静载试验 (承压板) 中检验得出的垫层承载力特征值150k Pa扩散作用于垫层底面处土层附加压力值为60k Pa。垫层底面处的软弱土层 (2) 层粉土没达到静载试验的检验目的, 可能出现失稳破坏, 引起建筑工程主体沉降过大或沉降不均。
2.2.2 基础类型为矩形独立基础
因平板静载试验承压板采用的是方形1m×1m的承压板, 当矩形独立基础面积小于1m×1m时, 主体结构是偏向于安全;当独立基础面积等于1m×1m时, 此时垫层的fak设计值与fak检测值相同;当独立基础面积大于1m×1m时, 就会出现平板静载试验没起到检验目的的情况。
基础类型换为1m×2m宽的矩形独立基础, 根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款, 矩形承压板采用式1计算垫层底面处的附加压力值pz矩=2×150/ (1+2×0.5×tan30°) (2+2×0.5×tan30°) =74k Pa;
pz矩+pcz=102.5k Pa<faz=114k Pa, 理论计算通过设计验证, 满足设计要求。此时在垫层顶面上相同附加压力150k Pa的前提下, 垫层底面处土层的附加压力值pz矩为74k Pa大于平板静载荷试验时垫层底面处土层的附加压力检验值pz为60k Pa, 平板静载荷试验对垫层下的软弱土层 (2) 层粉土没起到检验目的, 可能出现失稳破坏, 引起建筑工程主体沉降过大或沉降不均。
进一步扩大独立基础的面积为2m×2m的方形基础时, pz方+pcz=118.8k Pa>faz=114k Pa, 此时, 不满足设计要求, 不能通过设计验证。
综上所述, 当软弱地基部分处理, 基础类型与平板静载荷试验中所使用的方形承压板形状、大小不同时, 外理后地基静载试验中预定的最大地基承载力检测值等于设计中使用的地基承载力特征值, 静载试验无法满足预期的检验目的。相当于外理后地基静载试验时仅检验了垫层的承载力特征值, 而忽略了下卧软弱层的承载力。同时如果设计时直接引用处理后地基静载试验提供的垫层承载力特征值而不考虑试验中所使用的承压板大小因素, 就可能出现下卧软弱层的承载力不足而失稳破坏, 导致建筑工程主体沉降过大或沉降不均, 引起工程质量事故的发生。
3设计与处理后地基静载荷试验应注意的事项
换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后的地基, 当软弱土层只是部分处理, 或处理后的基底下存在软弱下卧土层时, 采用处理后地基静载荷试验 (承压板) 的方法检验基底承载力和变形参数的结论在引用时应谨慎, 与试验时所选用的承压板大小息息相关, 应注意前提条件是承压板下土层应力影响范围内的地基土承载力, 特别注意需验算加固土体或垫层下软弱层所承受的附加压力。
3.1设计
设计验收时, 可通过两种方法来保障地基承载力的要求。
(1) 工程质量地基承载力验收时, 尽可能指定出承压板的大小与加载极限值。避免由于承压板面积比基础面积小, 其它条件相同的情形下, 承压板上的压力扩散至下卧软弱层时将会不足, 试验得不到检验的真正目的。
(2) 做两层土体的平板静载荷试验。先检验原位软弱土层的地基承载力特征值, 然后检验加固土体或垫层的地基承载力特征值。
总之试验时应及时沟通, 掌握处理后地基承载力特征值的使用条件, 压板面积和基础面积不同, 应力扩散的快慢不同, 避免工程质量事故的发生。
3.2 处理后地基静载荷试验
试验前, 应充分收集设计资料。主要包括地质勘察报告、基础类型、地基处理的详细资料、上部结构的形式。
确定满足设计要求的加载极限值。根据加固土体或垫层的材料确定压力扩散角, 然后根据基础的类型、加固土体或垫层的厚度, 以及所提供的设计地基承载力特征值, 计算下卧软弱层顶面的附加压力值。然后根据试验时所使用的承压板, 反算出承压板上应该加载的极限值。
3.3 关于承压板的面积大小讨论
JGJ79-2012中对平板静载荷试验中采用承压板的大小规定是:“压板面积应按需检验土层的厚度确定, 且不应小于1.0m2, 对夯实地基, 不宜小于2.0m2”。在地基静载试验过程中, 承压板大小直接影响试验加载荷载值。而建筑工程主体地基基础底面的大小相对承压板来说均很大, 地基静载试验时, 要达到垫层底面相对软弱土层的建筑工程主体所产生的附加压力值, 有时需要很大的压力, 甚至可能试验时垫层顶面破坏时垫层底面的附加压力还达不到要求。
为达到检验下卧软弱层承载力, 是否可以考虑通过不同途径达到目的:一是增加承压板的面积, 会直接增加试验费用;二是可以减小承压板到垫层底面的深度, 需要开挖出地基处理层中的试坑, 对地基处理层有影响;三是当前两者都不可行时, 既增加承压板面积, 又减小承压板到垫层底面的深度。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].2013.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].2013.
[3]工程地质手册 (第四版) [M].中国建筑工业出版社, 2009.
复合地基载荷试验 第6篇
工程实践及理论分析均表明,地基的承载能力大小会受到地基土类、土性、基础形状及大小、荷载性质、覆盖层厚度、覆盖层土的强度、地下水位、下卧层等诸多因素的影响。目前工程建设中,几乎均以载荷试验作为确定地基承载能力大小的基本手段。《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)[1]虽然给定了开展载荷试验时承压板尺寸的基本选择原则,但却没有明确载荷板尺寸变化对地基承载力的影响大小以及由此所带来的地基承载力特征值的误差值,即进行载荷试验时,到底采用何种尺寸的载荷板才能得到最客观真实的地基承载力特征值是不确定的。
对平板载荷试验的尺寸效应,在湿陷性黄土地基、中低压缩性的砂土地基、不同填料的路基、复合地基、搅拌桩及高压旋喷桩复合地基中前人[2~6]都有一定的研究,但是对沙漠地基,特别是对强夯处理后的沙漠地基,则还没有细致明确的研究,其它地区的一些研究是否也适用于强夯处理后的沙漠地基还有待确定。《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)[1]中规定承压板面积不小于0.25 m2,但是在实际的强夯处理地基的工程检测中,大多使用1m2的大承压板,这样就会使检测成本增加很多,因此对于强夯处理后的沙漠地基的小面积承压板的载荷试验研究就更具有实际工程意义。本文通过内蒙古克什克腾旗强夯处理后沙漠地基上一定数量平板载荷试验和室内直剪试验结果,依托工程实例对浅层平板载荷试验应用于沙漠地基的尺寸效应进行研究。
1 场地条件
强夯处理后沙漠地基承载能力的平板载荷试验的尺寸效应试验研究场地为内蒙古大唐国际克什克腾旗煤制气项目6#场地。场地表层为粉细砂(Q4eol),褐黄色,风积成因,成分以石英、长石为主,层中可见植物根系,含少量粉土,其颗粒含量如表1所示。表层以下为细砂(Q4al+pl),系冲洪积形成,浅黄色—灰白色,成分以石英、长石为主,级配较差,局部混中砂或渐变为中砂层。
6#场地的施工参数主要如下:强夯地基处理能级为6000 k N·m,主夯击点位置采用正方形布置,一、二遍夯点能级为6000 k N·m,夯点间距6m×6m,第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间,夯点收锤标准以最后两击平均夯沉量小于100mm控制,第三遍满夯采用3000 k N·m能级,锤印搭接不小于1/4。
2 试验研究方案
在该场地上分别选取0.1m×0.1m、0.2m×0.2 m、0.315 m×0.315 m、0.4 m×0.4 m、0.5 m×0.5 m、0.6 m×0.6 m、0.707 m×0.707 m、1 m×1 m共8种尺寸的刚性方形载荷板在同一标高处做平板载荷试验。试验采用慢速维持荷载法,以堆载砂土为反力,加荷设备为油压千斤顶,压力量测采用标准压力表,试验前仪器均进行了检定。实验过程满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)[1]附录C第C.0.5条的规定。在该场地不同位置取载荷试验影响深度范围内的原状土样14组按照《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)[7]进行直剪试验,获得其c、φ值。
3 载荷试验数据及分析
各种板宽的平板载荷试验的p-s曲线如图1所示,为分析其尺寸效应,承载力特征值的选取标准为:
(1)当p-s曲线上有比例界限时,取该比例界限所对应的载荷值;
(2)当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时,取极限荷载值的一半;
(3)当不能按上述两款要求确定时,取s/b=0.01(b是承压板宽度)所对应的荷载值。
注:图中1m(1)代表第一个板宽为1m的载荷试验
根据上述标准可得平板载荷试验的承载力特征值如表2所示,从表2可看出按照同一标准,各种板宽得出的承载力特征值在板宽为0.315m处是一个界限,当承压板板宽小于0.315m时,承载力特征值随着板宽的减小而增大,当承压板宽度大于0.315 m时,承载力特征值随板宽的增大而增大。
板宽为0.2m的载荷试验所得出的承载力特征值偏高,这是因为其承压板下影响深度内有大约20 cm厚硬壳层,这说明小面积承压板因其影响深度较小而受地基不均匀性影响较大。从表2和图1也可看出承压板宽度为0.1m、0.2m、0.315m的载荷试验所得出承载力特征值不太稳定,因此对本场地同一土层进行平板载荷试验时,承压板的宽度至少应在0.4m以上。
4 直剪试验数据及分析
由直剪试验得出的载荷试验影响深度范围内砂土的c、φ值如表3所示。
同干砂及饱和砂相比,非饱和砂的内聚力不为零,这种内聚力因水分的存在而产生,且随砂中水分的消失或砂土饱和而消失,因此称为“假粘聚力”或者“似内聚力”。砂性土的假粘聚力是由毛细水压力引起的,一般情况下,砂越细,毛细作用越强[8]。由该场地的颗粒分析试验可知,这种砂为粉细砂,毛细作用较强,表3中假粘聚力一项数据也说明了这点。
按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)[9]中岩土参数的统计方法按不利组合考虑统计表3的数据可得,假粘聚力的标准值ck=8.6 k Pa,φk=30.5°。根据太沙基地基极限承载力公式[10]计算该场地极限承载力,该场地密度ρ=1.74g/cm3,取基础宽度B=3m。
(1)基底完全粗糙:
(2)基底完全光滑:
该场地地基极限承载力介于这两个值之间,按偏安全考虑取qu=992 k Pa,安全系数K=2,则地基承载力为:
对该类场地,载荷试验承载力特征值取值标准按变形控制时取s=0.02b,根据表4,同地基承载力相比,板宽0.707m的载荷试验得出承载力特征值即为地基承载力,板宽为0.4m、0.5m、0.6m载荷试验得出的承载力特征值需进行修正,其修正系数为
k0.4、k0.5、k0.6分别表示板宽为0.4m、0.5m、0.6 m的修正系数。
5 结论
(1)按照同一标准,各种板宽做出的承载力特征值在板宽为0.315m处是一个界限,当承压板板宽小于0.315m时,承载力特征值随着板宽的减小而增大,当承压板宽度大于0.315m时,承载力特征值随板宽的增大而增大。
(2)对强夯处理后的沙漠地基同一土层进行平板载荷试验时,考虑科学、经济、合理,承压板的宽度可选择0.4~0.707m。
(3)对强夯处理后的沙漠地基,宽度为0.4~0.707 m承压板载荷试验,按变形控制时承载力特征值可取s=0.02b对应的荷载,板宽为0.707m载荷试验得出的承载力特征值即为地基承载力,其它小板的修正系数为k0.4=1.43;k0.5=1.29;k0.6=1.19。
(4)强夯法施工时满夯完成后常用推土机将夯坑推平,而且强夯产生的强大振动会振松周围表层土,所以在施工完成后表层有1m左右土的密实程度远比下层差,因此在夯后使用小面积承压板进行载荷试验检测时,应使试坑深度较深一些。若试坑深度浅,小面积承压板载荷试验的影响深度较浅,不能很好地反应强夯效果。
摘要：本文依托实际工程,通过在强夯法处理的沙漠地基上所进行的不同尺寸承压板的平板载荷试验,开展了该类场地地基承载力的尺寸效应研究,发现了此类场地地基承载力特征值随承压板尺寸变化而变化的基本规律。依据实验研究成果,提出了平板载荷试验承压板大小的选择原则,并给出了采用不同宽度承压板进行载荷试验时地基承载力特征值的修正系数。
关键词：沙漠地基,强夯法,平板载荷试验,尺寸效应
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]《工程地质手册》编委.工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[3]翟洪飞,高云.载荷试验沉降与承压板尺寸关系的分析[J].西部探矿工程,2008,(10).
[4]李小勇.载荷试验尺寸效应的试验研究[J].太原理工大学学报,2005,36(1).
[5]肖兵,张敏勇.平板载荷试验应思考的几个问题[J].岩土力学,2003,24(1).
[6]吕镇江.深层搅拌桩及高压旋喷桩复合地基载荷试验中压板面积问题的探讨[J].建筑科学,2001,17(5).
[7]中华人民共和国国家标准.土工试验方法标准(GB/T50123-1999)[S].北京:中国建筑工业出版社,1999.
[8]韩晓雷.非饱和沙漠地基土的理论和工程应用的研究[D].西安:西安建筑科技大学,2004.
[9]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
复合地基载荷试验 第7篇
关键词：优化平板装置,极限承载力,P-S曲线,潜在滑移线,浅基础,承载力特征值
地基是建筑物的根基, 若地基不稳定, 将危及整个建筑物的安全[1]。地基承载力计算在建筑物地基基础勘察设计、施工及检测领域有重要应用, 因此地基承载力的合理确定, 对工程的经济性和安全性影响极大。以经典理论公式计算地基承载力及承载力系数为参考, 以滑移场法确定的极限承载力和承载力系数为依据, 通过改进优化装置前后现场原位试验测得的真实数据结合RSM分析软件绘制P-S曲线, 得到使地基达到整体剪切破坏时的极限承载力和承载力系数。通过三者对比, 从而得出优化改进平板试验装置试验精度的准确性, 以及体现改进后原位试验的方便, 快捷, 高效的优点。
1 试验装置及改进
1.1 试验原理
平板载荷试验是在现场对一个刚性承压板逐级加荷, 测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化, 借以确定它们承载能力的原位测试方法[2]。
在拟建建筑场地上将一定尺寸和几何形状 (方形或圆形) 的刚性板安放在被测的地基持力层上, 逐级增加荷载, 由固定在基准梁上的变形测量装置测得相应的稳定沉降, 直至达到地基整体剪切破坏标准, 由RSM分析软件可得到荷载沉降曲线, 即P-S曲线。通过对P-S曲线进行计算分析, 可以得到地基土的承载力fu以及承载力系数, 如图1所示。
1.2 试验装置的改进
试验装置包括加荷系统 (承压板、加荷装置-液压千斤顶、应力环) , 反力系统 (地锚、工字钢反力架) 和量测系统 (支撑柱、基准梁、位移测量百分表) , 如图2所示。现有的现场原位试验中的承压板上没有基准刻度, 没有水平调准仪, 没有气孔, 造成读数基准量偏差大、试验数据不精确。为了确保试验数据精确, 使试验值更接近于实际值, 本实用新型平板静载荷试验装置[3], 包括连接在一起的侧面对称设有两个或四个手柄的试验板和其上设有百分表安放器的百分表支架, 其特征在于:所述试验板上设有穿过其中心点的刻度线, 其中央设有千斤区, 该千斤区的外围依次设有数个气孔、百分表基准线;所述刻度线的两端设有水平调准仪, 如图3所示。
1为承压板, 2为加荷千斤顶, 3为荷重传感器, 4为反力装置, 5为压力器, 6为百分表, 7为折叠式基准梁, 8为重物
1为手柄, 2为刻度线, 3为千斤区, 4为气孔, 5为百分表基准线, 6为水平调准仪, 7为手柄套丝
本实用新型装置与现有装置相比具有以下优点。
(1) 新型装置设有多个对称气孔, 在使用时不产生气流, 避免测试面土体受到扰动, 保证承压板可以平稳下沉, 达到平衡。
(2) 新型装置设有千斤顶区、刻度线、百分表基准线以及水平调准仪, 保证承压板完全平衡、千斤顶位置合适, 从而达到读数基准量准确、试验数据精确的目的。
(3) 新型装置的百分表安放器内设有磁铁, 从而保证百分表平稳, 计量精确。
(4) 新型装置基准梁可以折叠 (包括两个相连的内部设有合页式平衡杆Ⅰ, 重合延伸平衡杆Ⅱ) , 延伸使用时比较灵活, 便于携带。
(5) 新型装置承压板设有对称折叠式手柄, 操作灵活, 携带方便。
2 极限承载力确定方法
2.1 极限平衡法求极限承载力公式
魏锡克 (Vesic) 于20世纪70年代在普朗特理论的基础上, 不考虑土体的本构关系, 只考虑土体的静力平衡, 假定地基发生整体剪切破坏, 塑性区仍由三个部分组成 (图4) , 基底光滑。推导了条形基础中心荷载条件下的极限承载力公式 (1) ~式 (4) [4]。
式中, γ0为基底面以上土的容重;γ为基底面以下土的自重;c为黏聚力;φ为内摩擦角;b为基础宽度;d为基础埋深;Nq、Nc、Nγ为承载力系数, 各系数可查表1。
2.2 滑移场法确定极限承载力
Prandtl首次构造了如图5的滑移场, 导出了条形刚性基础荷载作用下黏土地基的塑性流动时的应力场[5]。但是对有重土的滑移线精确解, 目前的研究仍不能严格证明其是否为完全解。因此, 在工程中应用时受到一定的限制。非线性有限元数值分析方法能够很好的研究在外荷载作用下基础极限承载力及破坏模式, 可信度很高。结合Prandtl滑移线理论, 运用曾国祥教授提出的并且已经获得很高精度的潜在滑移线理论对地基的稳定安全系数和滑移线的位置进行验证, 从而为改进优化平板载荷装置的试验数据提供了可靠的依据。
3 工程实例
结合工程实例, 采用ADINA对简化的地基土模型的应力, 应变进行分析, 如图6所示。兰州市榆中县苑川欣城住宅小区一条形基础, 整个地基模型高12 m, 宽32 m;上部基础高0.5 m, 宽2.0 m。综合强度指标, 该地基土的天然重度γ=18.0 k N/m3, 内摩擦角φ=25°。黏聚力c=10 k Pa, 泊松比ν=0.3, 地基的弹性模量E=17.2 MPa。钢筋混凝土基础假设为完全弹性体, 其弹性模量为22×103MPa, 泊松比ν为0.16, γ0=25 k N/m3。采用慢速维持荷载法, 承压板呈圆形, 直径为0.8 m, 厚t=0.02 m, 面积为0.50 m2, 试验最大预加荷量为540 k Pa。
在ADINA建模过程中, 分别进行加载地基的自重应力作为初始应力和加载外部荷载进行有限元分析, 网格划分采用8节点等参单元, 并设置接触面和摩擦系数等。施加外部荷载, 把上一步的自重荷载添加到各个节点之上, 重新进行有限元求解[7], 网格划分见图7和8所示。
4 数值分析对比
4.1 原位试验数据处理分析
按照检测技术规范[6—9], 将试验最大预加荷量为540 k Pa按时间分级加载, 等加载达到极限承载力时依次分级卸载。将实测原位试验数据 (改进前后) 由RSM分析软件可得到荷载沉降曲线, 即P-S曲线, 如图9所示, 从而求解极限承载力。结果见表2。
承载力极限特征值按照规范承载力特征值的确定方法, 取得改进前极限承载力fu=552 k Pa, 最大沉降量4.74 mm;改进后极限承载力fu=537 k Pa, 最大沉降量5.16 mm。
4.2 极限平衡法求极限承载力
由表1查的内摩擦角φ=25°时, Vesic公式中个承载力系数值Nq、Nc、Nγ分别为10.66、20.72、10.88, 将工程实例综合指标中的值代入公式 (1) , 计算得fu
4.3 潜在滑移线理论确定地基承载力
通过有限元分析软件ADINA, 可以得出模型各个节点的应力、应变和整个应力场, 在后处理中得出绘制滑移线的数据文件。再通过编制的基于潜在滑移线理论的程序得出对应地基承载力的一系列的滑移线簇。由于滑移线的对称性, 本文中取一组滑移线进行研究, 取部分荷载下的滑移线和安全系数。如图10和表3所示。
从表3中数据显示, 在当荷载较小时, 最危险的滑面靠近基础边缘部位, 这是由于基础边缘发生应力集中现象, 随着荷载的增加, 最危险滑面逐渐向基础正中心靠近。由表中可以看出, 当P=108 k Pa时, 荷载较小, 地基潜在滑移线的安全系数整体较大, 基本都在2.0以上, 说明地基土体仍有较大的承载能力。当荷载P=536 k Pa时, 各安全系数小值为1.05左右, 第十条滑移线的安全系数已经达到1.033, 评价该荷载作用下的地基稳定性安全系数为1.033, 所以取fs=1.036时, 对应的荷载P=536 k Pa。
5 结论
通过原位试验数据分析, 极限平衡法计算承载力大小, 以及潜在滑移场理论下的有限元分析软件ADINA分析, 得出了不同情况下承载力值。结论如下。
(1) 原位试验改进前承载力值大于改进后的值, 相反最大沉降量小于改进后的结果, 这是因为改进前承压板没有气孔, 下降过程中产生气流阻止其下沉, 要达到极限承载力必定需要更大的荷载, 其下沉量亦小。
(2) 通过极限平衡法计算所得到的极限承载力很接近装置改进后的原位试验承载力值, 从而看出改进前的承载力值明显大于前者, 这是由于装置及试验中操作误差所致, 其结果影响试验可靠性, 也影响建筑物基础设计。
(3) 潜在滑移线理论通过ADINA分析, 更加准确的验证了装置改进后原位试验的精确度, 其所得极限承载力与滑移线确定承载力基本吻合, 保证了建筑基础设计的安全。
参考文献
[1] 张国祥, 聂勇.方形浅基础地基极限承载力的理论新解及数值模拟, 长沙:中南大学, 2010Zhang G X, Nie Y.New theoretical solution and numerical simulation square ultimate bearing capacity of shallow foundation.Changsha:Central South University, 2010
[2] 郑俊杰.复合地基承载特性分析及设计方法研究.杭州:浙江大学, 2001Zheng J J.Analysis of the bearing capacity and research of design method of composite foundation.Hangzhou:Zhejing University, 2001
[3] 隋凤涛.浅基础地基承载力的确定.天津:河北农业大学, 2010Sui F T.Determination of subgrade bearing capacity of shallow foundation.Tianjin:Agricultural University of Hebei, 2010
[4] 马少坤, 于劲.浅基础地基极限承载力的有限元分析.武汉:武汉理工大学学报, 2007Ma S K, Yu J.Finite element analysis for ultimate bearing capacity of shallow foundation.Wuhan:Journal of Wuhan Polytechnic University, 2007
[5] 建筑地基基础设计规范 (GB 50007—2002) .北京:中国建筑工业出版社, 2002Building Foundation Design Code (GB 50007—2002) .Beijing:China Building Industry Press, 2002
[6] 金德.平板静载荷试验装置国家专利 (20120735757.2) , 2012Jin D.Flat static load test apparatus.The national patent (20120735757.2) , 2012
[7] 卢廷浩.土木工程类 (土力学) .南京:河海大学出版社, 2005Lu T H.Civil engineering (soil mechanics) .Nanjing:Hehai University Press, 2005
[8] 建筑基桩检测技术规范, JGJ 106—2003, 中华人民共和国行业标准.北京:中国建筑工业出版社, 2003Construction pile testing specifications, JGJ 106—2003, People's Republic of China industry standard.Beijing:Chinese Building Industry Press, 2003
[9] 刘国华.地基与基础.北京:化学工业出版社, 2010Liu G H.Foundations and foundation.Beijing:Chemical Industry Press, 2010
复合地基载荷试验 第8篇
下面以杭州湾跨海大桥南岸接线试验段CFG桩复合地基加固处理为工程实例,介绍CFG桩复合地基试验方案,并对CFG桩复合地基控制沉降效果进行详细分析。
1 CFG桩复合地基试验方案
1.1 试验段软土地质情况
试验段地基软弱土层共三个工程地质层,五个亚层,自地表向下分为:
②1层:亚粘土(Q
②2层:淤泥质亚砂土(或淤泥质亚粘土)(Q
③1层:淤泥质亚粘土(Q
③2层:亚粘土(Q
⑤1层:亚粘土。
⑤2层:细砂、粉砂层(Q
1.2 CFG桩复合地基方案设计
试验段CFG桩复合地基由CFG桩体和碎石褥垫层组成。CFG桩在平面上采用等边三角形布置,路基横向布置至路基填方坡角的边缘。CFG桩布置如图1所示。
CFG桩打穿整个软土层进入持力层⑤2层细砂、粉砂层2m,深度为32～34m。CFG桩桩径50cm。桩间距分别为2m和2.5m,桥头40m范围内桩间距为2m,40m范围以外加大间距到2.5m,以同其它加固处理方法过渡。试验段共设置3个CFG桩复合地基法处理路段。CFG桩的骨干材料采用掺入石屑填充其孔隙的碎石材料。碎石骨料粒径5～16mm占35%、16～31.5mm占65%,石屑粒径不超过5mm。水泥采用32.5级普硅水泥,进场后进行安定性及3d抗压强度试验。粉煤灰选用Ⅲ级干粉煤灰,混合料密度为2.19t/m3,坍落度控制在3～5cm,进行室内配合比试验,待28d强度满足C12设计要求即可。经试验确定其配合比为(每m3用量):水=247kg、水 泥411kg、碎石(16～31.5mm)802kg和(5～16mm)432kg、石 屑86kg、粉煤灰196kg。
试验段CFG桩复合地基处理路段布置见表1。
1.3 试验观测仪器布置
CFG桩复合地基法中现场观测是研究其成桩施工影响、桩间土体固结特性、桩土应力特性、复合地基变形特性、地基稳定特性等的重要手段。在试验段CFG桩复合地基处理路段设置了重点观测断面,位于N10段落的K119+500。重点断面原位监测内容包括:孔隙水压力、地表沉降、分层沉降变形、路基断面沉降、水平位移等方面。上述观测仪器布置同预压法处理中观测仪器典型断面布置。另外在重点观测断面的半幅路面设置桩顶土压力计和桩间土压力计各10套。
CFG桩成桩施工前,在路基中按照要求埋设相关仪器,包括:孔隙水压力计、分层沉降管、测斜管,碎石褥垫层施工前埋设土压力计和地面沉降标,路堤填筑30cm后挖沟埋设断面沉降管。
2 CFG桩复合地基控制沉降效果分析
试验段地表沉降观测资料表明经过加固处理后,地基沉降得到有效控制。从地表沉降曲线可以看出,经过CFG桩复合地基加固处理后,在99.7kPa的路堤填土荷载作用下,地基总沉降仅为143mm,远小于本工程中类似地质条件下堆载排水预压处理路段的地基压缩变形。堆载预压路段填土荷载为77.8kPa,而根据实测资料推算得到其地基最终沉降变形为879mm。换算成相应的荷载条件计算得到CFG桩复合地基的沉降变形仅为同条件下堆载预压的沉降变形的1/8左右,说明CFG桩复合地基的控制沉降效果显著。
根据实测沉降资料采用三点法进行地基最终沉降推算,在地表沉降标的沉降曲线上取3个点,分别为2005年12月20日,S1=116mm;2006年5月20日,S2=133mm;2006年10月20日,S3=142mm,计算得到S∞,固=152mm。到2007年3月测得地表中心点沉降为144mm。由此计算得到经过CFG桩加固处理后,复合地基在经过路堤荷载一年零七个月的时间预压后,其残余沉降仅剩8mm。路基次固结沉降计算采用
3 通车后路基工后沉降分析
试验段CFG桩复合地基法处理路段于2007年10月中旬完成路面施工,2007年底开始试通车,沉降观测到2008年12月底。
根据通车后实测沉降资料推算的工后沉降量看,通车一年后试验段CFG桩复合地基法处理的桥头路段估计剩余工后沉降量能够满足高速公路工后沉降的规范要求。
4 结论
对杭州湾跨海大桥南岸接线试验段工程CFG桩复合地基处理路段试验观测资料进行比较分析的结果表明:CFG桩用于饱和固结软土地基加固,复合地基发挥了桩间土的承载能力,使桩土协同工作,其承载力明显提高,抗压缩变形能力也明显提高,确保路堤填土施工过程中路基的稳定。同时,形成的复合地基在路堤荷载作用下变形得到有效控制,从而达到有效控制高速公路工后沉降的目的。由通车前后沉降观测资料推算得到的工后沉降远小于规范规定的桥头路段允许工后沉降≤100mm的要求。
摘要：介绍了高速公路软土地基的CFG桩复合地基试验方案,对CFG桩复合地基控制沉降效果进行了详细分析,并对高速公路通车后的实际沉降量进行对比,总结出CFG桩复合地基处理软土地基的设计要点和处理经验。
关键词：CFG桩,复合地基,沉降分析
参考文献
[1]宁波市高等级公路建设指挥部,南京水利科学研究院,辽宁省交通规划设计院.杭州湾跨海大桥南岸接线深厚软基沉降控制技术[M].北京.人民交通出版社,2010.
[2]刘松玉.公路地基处理[M].南京:东南大学出版社,2001.
复合地基载荷试验
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
