剛性樁復合地基的載荷試驗問題

剛性樁復合地基的載荷試驗問題

楊光華

（廣東省水利水電科學研究院，廣東省巖土工程技術研究中心）

2023.1.21 除夕

《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）對剛性樁復合地基承載力驗收的強制性條文是：復合地基承載力的驗收檢驗應采用復合地基載荷試驗，對有粘結強度的復合地基增強體尚應進行單樁靜載荷試驗。在實際工程中，可能會遇到這樣的情況：1. 復合地基靜載試驗合格，單樁試驗不合格，復合地基承載力真的不合格嗎？2. 復合地基和單樁試驗都合格，復合地基承載力就一定合格嗎？問題可能不是那么的簡單！需要具體問題具體分析。

1 前言

剛性樁沉降小，能充分利用天然地基的承載力，是一種較好的地基處理方式。如何檢定處理后的地基承載力？《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）7.1.3條給出了強制性條文：復合地基承載力的驗收檢驗應采用復合地基載荷試驗，對有粘結強度的復合地基增強體尚應進行單樁靜載荷試驗。

對復合地基承載力特征值確定為：

當試驗曲線有線性段時，若極限荷載或試驗最大荷載大于線性段最大值的2倍時，可取線性段的最大值，否則只能取極限值或最大試驗荷載的一半。

當試驗曲線為光滑曲線時，可按沉降比確定承載力特征值，對以卵石、圓礫、密實粗中砂為主的地基，可取s/b等于0.008所對應的壓力，對以粘性土、粉土為主的地基，可取s/b等于0.01所對應的壓力，但其值不應大于最大加載壓力的一半。

即從強度而言，需保證安全系數不少于2。

單樁承載力特征值為單樁極限承載力或最大加載量的一半，保證承載力安全系數不少于2。

單樁極限承載力確定：

1. 變形突變不穩定。

2. 當變形為緩變型時，總沉降量為40mm對應的荷載值，如果樁長超過25m，可按60mm~80mm確定。

顯然，無論復合地基或單樁，強度安全系數都是不少于2的。

對于剛性樁復合地基的承載力靜載試驗要求是復合地基試驗和單樁試驗都合格。工程實踐中遇到一些案例的情況是：

1. 復合地基靜載試驗合格，單樁試驗不合格，復合地基承載力合格嗎？

2. 復合地基和單樁試驗都合格，也出現基礎沉降過大的問題，說明地基處理后還是不能滿足上部結構安全的要求。

那么，復合地基該如何檢定才是安全可靠的呢？這應該是與不同的地層條件有關。

2 均質土情況

均質土層時，若復合地基靜載試驗合格，即使單樁試驗不合格，地基的承載力（強度）也是安全的。因為實際基礎的尺寸大于壓板尺寸，從地基強度角度，樁間土的強度承載力由地基承載力理論可知，大尺寸下地基強度承載力大于小尺寸的，同時，大尺寸基礎下，地基沉降大，樁分擔的承載力大于小尺寸情況，也即大尺寸基礎時樁的貢獻大于小尺寸的載荷試驗。因此，大尺寸時的實際基礎下復合地基的承載力（強度）大于小尺寸的壓板載荷試驗，小尺寸下強度承載力滿足，自然大尺寸基礎的也能滿足，當然，這種情況最好還是做一下樁間土的載荷試驗，用于復核樁間土地基的承載力，然后再復核樁的承載力需求，因為這種情況通常是低估了樁間土承載力。同時還需驗算加固區下臥層的承載力，下臥層一般超出復合地基壓板試驗的影響范圍，壓板載荷試驗是不能檢測到的，同時，壓板載荷試驗合格還是不能保證實際大尺寸基礎的沉降，尚需復核實際基礎下復合地基的沉降。

3 存在下臥軟弱土層的情況

當地基存在軟弱下臥土層時，由于復合地基載荷試驗的壓板尺寸小，不能反映深部下臥軟弱土層的影響，而樁如果沒有穿過下臥軟弱土層或承載力不夠時，則實際基礎下可能會存在復合地基承載力不足，沉降過大，這時不僅要保證單樁承載力，還要進行實際基礎的沉降復核。

如果下臥軟弱土層埋藏較深，可能復合地基承載力和單樁承載力都合格，但樁長未穿過下臥軟弱土層，當實際基礎尺寸較大時，也會引起下臥層過大的沉降，甚至超過上部結構的安全要求，產生不安全。某巖溶地區工程，采用復合地基筏板基礎，基礎底持力層地基的承載力特征值為220kPa，該層土下面為承載力特征值150kPa稍軟一點的土層，在灰巖面附近還會有更軟的土層，采用CFG樁復合地基，樁徑500mm，樁端要求置于強風化或中風化巖層，單樁承載力特征值590KN，處理后復合地基承載力特征值要求500kPa，完成后進行了三根單樁載荷試驗和四個單樁復合地基載荷試驗，均合格。但房子蓋上去后產生了不均勻沉降，在土層較厚的地方沉降達6-7cm，要進行處理，該處位置是樁沒有進巖層，而該處正好是灰巖，灰巖面附近一般會有軟弱土層，該土層埋藏較深，復合地基壓板試驗反映不到，而其上的硬土層也比較厚，因而單樁載荷試驗也合格。第一次加固時曾用微型鋼管樁，用壓力900KN控制，還是無法控制沉降，主要原因是加固樁用壓力控制，也沒有穿透土層支承到巖層。二次加固時采用了成孔到巖面的樁基進行加固。因此，這種地質情況下，是不能靠小尺寸的壓板載荷試驗能解決的，單樁載荷試驗也要分析具體的情況，還必須要對實際基礎的沉降進行科學的分析。

4 端承樁的情況

一些巖溶地區采用剛性樁復合地基時，樁端可能會要求置于巖面上，形成端承樁復合地基。也有些工程樁端置于較堅硬的巖土層上，形成端承為主的剛性樁，正如上面案例的地質條件，一般要求剛性樁端進入強風化或中風化巖層。這類地基一般單樁承載力較高，在這類復合地基中，樁剛度較大，在一些筏板基礎中其可能承擔的荷載會大于設計的荷載，基礎看似沉降較小，是由于樁承擔了超過設計預定的荷載，反而可能存在風險。因此，這種情況的樁，即使按規范檢測都符合要求，還是需謹慎的看待樁的承載能力，應要求樁基本身有足夠的承載能力。

5 結語

剛性樁復合地基是一種較好的地基處理方式，但其承載力的檢定則是一個較復雜的問題。規范的規定其實并不能包括實際工程中的各種復雜情況，需要提高認識，才能保證安全。

由于尺寸效應，復合地基壓板載荷試驗一般可保證承載力（強度）安全，不一定能保證變形安全，對其局限性，尤其在多層地基時，應要有科學正確的認識。

主要參考文獻：

[1].閆明禮、張東剛編著，CFG樁復合地基技術及工程實踐（第二版）[M]，中國建筑工業出版社，2006.

[2] 中華人民共和國行業標準：JGJ79—2012建筑地基處理技術規范[S].，北京：中國建筑工業出版社 2012.

[3] 中華人民共和國國家標準：GB/T 50783—2012 復合地基技術規范[S].，北京：中國計劃出版社 2012.

[4]周與誠，關于限制剛性樁復合地基應用范圍的探討[J]，建筑技術，51 卷第 11 期 2020 年 11 月。

[5] 鄭剛，顧曉魯，對剛性樁復合地基承載力檢驗方法的辨析[J]，建筑結構學報，第22卷第1期，2001年2月。

[6] 楊光華，李思平，關于復合地基的靜載荷試驗問題，巖石力學新進展與西部開發中的巖土工程問題—中國巖石力學與工程學會第七次學術大會論文集[S].，北京：中國科學技術出版社，2002.8.

[7] 楊光華. 地基沉降計算的新方法及其應用[M]. 北京.科學出版社，2013.

[8]楊光華.地基沉降計算的新方法[J].巖石力學與工程學報,2008(04):679-686.

[9] 楊光華,地基非線性沉降計算的原狀土切線模量法[J]. 巖土工程學報,2006,28(11):1927-1931.

[10] 楊光華,姜燕,張玉成等.確定地基承載力的新方法[J]. 巖土工程學報,2014,(04):597-603.

[11] 楊光華，蘇卜坤，喬有粱. 剛性樁復合地基沉降計算方法，巖石力學與工程學報，2009（11），28，2193-2200

[12] 楊光華,李德吉,官大庶.剛性樁復合地基優化設計[J].巖石力學與工程學報,2011,30(04):818-825.

[13]楊光華,范澤,姜燕,張玉成. 剛性樁復合地基沉降計算的簡化方法[J]. 巖土力學. 2015(S1)

[14] 楊光華、徐傳堡、李志云、江燕、張玉成，軟土地基剛性樁復合地基沉降計算的簡化方法[J]，巖土工程學報，2017,39（s2）：21-24.

[15] 楊光華,劉清華,孫樹楷,姜燕,賈愷.剛性樁復合地基承載力計算問題的探討[J].廣東水利水電,2019(12):1-7.