平板靜載荷試驗在復(fù)合地基檢測中的應(yīng)用分析★

劉 恒 曾芙霞 王思涵 康鶴嚴(yán)

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷進(jìn)步，基礎(chǔ)設(shè)施逐漸向湖區(qū)、沿海等地基較軟弱的地區(qū)延伸，地基處理成為一個較關(guān)鍵的問題。復(fù)合地基是一種人工地基，采用增強(qiáng)或置換部分土體的方式，由地基土和豎向增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載。復(fù)合地基有碎石樁、水泥攪拌樁、旋噴樁等多種形式，是一種應(yīng)用較廣泛的地基處理方式。復(fù)合地基造價較高且對上部結(jié)構(gòu)的影響較為關(guān)鍵，因此，復(fù)合地基的施工質(zhì)量檢測尤為關(guān)鍵。

平板靜載荷試驗是一種常用的地基承載力原位測試方法，該方法模擬設(shè)計荷載試壓，測試結(jié)果較直觀。本文針對某高速公路復(fù)合地基進(jìn)行平板靜載荷試驗，通過對檢測數(shù)據(jù)的分析，判定該復(fù)合地基是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

1 工程概況

某高速公路所經(jīng)區(qū)域?qū)儆诙赐ズ_積平原地貌，地形平坦，地表沖溝發(fā)育，農(nóng)田廣布。第一合同段經(jīng)過區(qū)域軟土成因?qū)俸雍喑练e，一般以單層形式產(chǎn)出，主要以軟～流塑狀粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粘土為主，工程地質(zhì)較差。針對該段軟土地基的特性，對深層軟土采用粉噴樁+碎石墊層+土工格柵等處治方案。該段粉噴樁采用等邊三角形布置，樁中心間距為1.3 m，樁身直徑為0.5 m，樁長6.5 m。復(fù)合地基設(shè)計承載力為150 kPa(路基段)。

2 檢測方案

2.1 檢測目的、方法

確定地基承載力是否滿足設(shè)計要求，檢驗復(fù)合地基承載力；及時發(fā)現(xiàn)工程中存在的質(zhì)量問題，消除工程質(zhì)量隱患。

本次復(fù)合地基檢測方法采用單樁復(fù)合地基承載力試驗方法。

2.2 承載板面積的計算

復(fù)合地基靜載荷試驗用于測定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)復(fù)合土層的承載力和變形參數(shù)。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，單樁復(fù)合地基載荷試驗的承壓板可用方形或圓形，面積為一根樁承擔(dān)的處理面積。

根據(jù)設(shè)計參數(shù)，本次采用5 cm厚圓形鋼板作為承載板，承載板面積計算如下：

1)面積置換率m：

其中，d為樁身平均直徑,m；de為一根樁所分擔(dān)的處理地基面積等效圓直徑,m。本項目采用等邊三角形布置樁de=1.05 s，s為樁間距，1.3 m。

2)承載板面積(1根粉噴樁承載處理的面積)Ae：

其中，Ap為粉噴樁的截面面積,m2。

2.3 試驗裝置

本次試驗采用重物堆載反力裝置，裝置采用工字鋼制作，工字鋼平臺上堆放預(yù)制混凝土試塊作為壓重荷載反力?；炷猎噳K總重量大于最大試驗荷載1.2倍，在試驗開始前一次性加上平臺，并保持對稱以保證裝置中心、堆載重物重心、千斤頂中心、樁中心垂直方向基本重合。試驗時用油壓千斤頂控制分級加載，沉降測量采用百分表，百分表精度為0.01 mm，百分表采用磁性表座固定在鋼管基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁支點位于土體影響范圍外。具體布置見圖1。

2.4 加載試驗及要點

1)試驗加載：本次試驗加載等級分為8級，荷載等分，最大加載壓力為設(shè)計要求壓力值150 kPa的2倍，即300 kPa。每次加載前后均讀取并記錄承壓板周各沉降測量百分表讀數(shù)一次，以后每隔0.5 h讀記一次，當(dāng)1 h內(nèi)累計沉降量小于0.1 mm時，即可進(jìn)行下一級荷載施加。卸載級數(shù)為加載級數(shù)的一半，本次等量分為4級，每一級卸載，間隔0.5 h，讀取各表數(shù)據(jù)并記錄，計算回彈量，待卸完全部荷載后靜置3 h，讀記百分表讀數(shù)，計算總回彈量。

2)終止試驗的情況。a.沉降迅速增大，土體已被破壞，表現(xiàn)為承壓板周圍土體被擠出明顯隆起；b.累計沉降量已大于承壓板寬度或直徑的6%；c.試驗荷載未達(dá)到極限荷載，但施加的最大加載壓力已經(jīng)滿足設(shè)計要求時壓力值的2倍。

本次試驗加載設(shè)備采用油壓千斤頂與經(jīng)過檢校的靜載荷測試分析儀，以堆載平臺作為加載反力裝置，加載前一次堆載527 kN，最大試驗荷載439 kN。

3 檢測結(jié)果及分析

3.1 檢測結(jié)果

本項目施工過程無異?，F(xiàn)象，因此本次試驗在業(yè)主、監(jiān)理共同見證下隨機(jī)選取3點進(jìn)行測試。本次試驗主要是為檢測該復(fù)合地基承載力是否達(dá)到設(shè)計要求，因此在最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的2倍時若還未達(dá)到極限荷載，可以終止試驗。限于篇幅，本文只列出各測點每級最終的沉降數(shù)據(jù)的平均值，所抽檢粉噴樁單樁復(fù)合地基承載力試驗每級歷時和累計沉降數(shù)據(jù)見表1，Q—s曲線和s—lgt曲線見圖2。

表1 各測點分級沉降值

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)和圖2中各樁復(fù)合地基承載力試驗Q—s曲線、s—lgt曲線分析得出，Q—s曲線較平緩，沒有出現(xiàn)陡降段，在最大試驗荷載為設(shè)計荷載的2倍時，本次試驗所選3點均未達(dá)到極限荷載，s—lgt曲線每級荷載下較平緩，在最后1 h內(nèi)累計變形量小于0.1 mm，滿足規(guī)范要求。偏安全取s/b=0.006所對應(yīng)的壓力分別為253 kN，241 kN，244 kN，均大于最大加載力的一半，取最大加載力的一半220 kN，計算各點的復(fù)合地基承載力特征值為150 kPa。本次試驗共3點，經(jīng)統(tǒng)計，該場地復(fù)合地基承載力特征值為150 kPa，滿足設(shè)計要求。

3.2 試驗數(shù)據(jù)分析

1)單點數(shù)據(jù)分析。

單點復(fù)合地基承載力特征值可以由壓力—沉降曲線確定，在曲線上找出極限荷載和比例界限。若極限荷載大于比例界限的2倍，取比例界限，反之取極限荷載的1/2。本次試驗未達(dá)到極限荷載，Q—s曲線較平緩且光滑，沒有明顯的比例界限，因此按復(fù)合地基相對變形值來確定。該項目為粉噴樁復(fù)合地基，屬于水泥土攪拌樁，因此取承載板寬度或直徑的0.006倍～0.008倍沉降量所對應(yīng)的壓力。經(jīng)抽芯和芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測，樁身連續(xù)完整、質(zhì)量均勻且無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于1.0 MPa，因此取承載板直徑0.006倍沉降量8.19 mm所對應(yīng)的壓力。從三個測點Q—s曲線中作出沉降量為8.19 mm所對應(yīng)的壓力，分別為253 kN，241 kN，244 kN，均大于最大加載力的一半，取最大加載力的一半220 kN，計算各點的復(fù)合地基承載力特征值為150 kPa。

2)復(fù)合地基承載力特征值。

本次試驗共檢測3點，滿足規(guī)范要求最少數(shù)量要求，由于試驗為驗證性試驗，地基土并未破壞，復(fù)合地基的承載力特征值偏安全取150 kPa，其實際承載力特征值在該值以上，因此憑經(jīng)驗估計其極差不超過平均值的30%時，取其平均值150 kPa為該路基檢測段落復(fù)合地基承載力特征值。

4 結(jié)語

該路段經(jīng)處理后，采用平板靜載荷試驗檢測，地基承載力滿足設(shè)計要求。從后期的路基沉降觀測數(shù)據(jù)和運(yùn)營后的變形情況來看，粉噴樁復(fù)合地基處理是一種較有效的軟土地基加固處理方法。而平板靜載荷試驗相較于其他測試方法，其測試結(jié)果比較具有代表性，測試數(shù)據(jù)比較直觀，使其在地基承載力測定試驗中應(yīng)用較為廣泛。