卵石杂填土地基大吨位堆载试验稳定性加固比较

杨 鑫，马 亮

(甘肃省建筑科学研究院(集团)有限公司，甘肃 兰州 730030)

堆载法作为基桩承载力检测的一种较为成熟的静载试验方法，在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法。因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。对基桩进行静载试验时，往往会出现表层土是杂填土的情况。由于杂填土的厚度变化大，其组成较为复杂、强度低、压缩性大，物理力学性质很难确定，且不同区域差异较大[1]，容易造成堆载试验时支墩受力不均。特别是在堆载的吨位较大时很容易造成堆载配重失稳，不但对基桩检测结果的准确性造成影响，严重时还会引发安全事故。李峰[2]基于合肥某工程的试验研究表明，大吨位堆载试验中附加应力及卸载回弹现象对沉降量的准确性具有明显影响。朱晓伟[3]通过武荆高速公路基桩堆载法试验指出，超大吨位静载试验需解决加载时堆载材料的倾覆问题。吴金保等[4]以某基桩静压荷载试验工程为例，通过对堆载钢梁进行强度和稳定性验算，对钢梁进行了变截面优化设计研究。杂填土地基的性状对堆载试验稳定性具有本质上的影响[5]，因此应该侧重于杂填土地基的加固处理以提高堆载试验稳定性。戴韶生等[6]分析了杂填土的组成特点、沉降和变形机理，以及在设计中应特别考虑的几个方面。曹原等[7]针对如何改良软弱杂填土地基的问题，介绍了在西北地区杂填土场地地基处理的几种常用方法。卵石杂填土地基具有一定的特殊性，而目前缺少关于卵石杂填土地基的大吨位堆载试验稳定性及加固方法比较研究。本文以某工程为依托，对卵石杂填土地基上大吨位基桩堆载试验中支墩处岩土体的受力情况进行监测，采用不同加固方法对卵石杂填土地基进行处理，对比不同加固方法处理后的支墩受力及堆载试验稳定性，以期为卵石杂填土地基大吨位堆载试验提供参考和指导。

1 依托工程

1.1 工程概况

某工程位于甘肃省兰州市，为形制仿古的综合服务建筑。建筑层数为地上16层，地下1层，基础类型为桩-承台基础。该工程桩采用螺杆旋转挤压混凝土灌注桩。根据设计要求，总桩数为778根，桩身直径700 mm，无扩底，桩长约28.0 m～33.45 m，工程桩桩身混凝土强度为C40，以卵石层为桩端持力层，单桩竖向抗压承载力极限值不小于7 200 kN。

1.2 工程地质

2 基桩堆载试验及问题

2.1 基桩检测方法

如图1所示，受相关单位委托，我单位拟对其778根基桩中的8根桩进行静载荷试验。如图2所示，根据该工程设计要求及相关规范[8]，此次基桩试验采用慢速维持荷载试桩法。加载方法采用堆载配重反力装置，采用油压千斤顶加载，最大加载量7 200 kN，荷载按10级划分，逐级等量加载。在检测桩的桩顶根据总加载量安置2台500 t千斤顶，由高精度压力传感器进行荷载量的测定，利用位移传感器进行沉降观测。

检测试验时，在每个基桩两侧(以下记为左侧和右侧)各放置4个支墩，每个支墩长度为1.5 m，宽度为1 m，所形成的基桩堆载试验的平台范围长度和宽度均为6 m。为了分析静载过程中支墩的受力变化情况，以评价堆载试验的稳定性。如图3所示，平整地基表面后，按照每个支墩拟放置位置，在各支墩下埋设1个土压力盒，用以监测加卸载过程中支墩下地基的土压力变化。

2.2 原始卵石杂填土地基堆载试验问题

如图4所示，通过对原始卵石杂填土地基支墩下土压力进行分析，可以看到基桩左、右侧支墩在堆载完成后其土压力快速增加，特别是左侧支墩下土压力大于右侧土压力0.75 MPa，说明堆载过程中造成堆载平台荷载整体向左侧倾斜。但是，实际堆载过程中荷重块的摆放严格按照设计点位顺次下放，说明荷载的非均匀分布主要是左右两侧卵石杂填土地基的差异性造成，即堆载过程中两侧地基土的受力变形不一致。在使用千斤顶对基桩分级加载中，可看到左侧支墩下土压力连续性的快速减小，而右侧支墩土压力变化较小。当加载至第九级时，堆载荷重完全由千斤顶承担，左右两侧土压力达到基本一致，而当千斤顶卸载后左侧支墩下土压力又快速上升，和右侧支墩下土压力接近达到堆载完成时的差值。说明在卵石杂填土地基上的堆载由于地基土的非均质性，一定程度上形成了堆载的偏心，这与在试验过程中观察到的反力梁及堆重块水平倾斜现象基本一致，引起了现场试验人员的高度重视和谨慎，担心由于试验加载台失稳而发生安全事故。

3 堆载试验稳定性加固及比较分析

根据在原始卵石杂填土地基上的堆载试验结果和现象，为了提高本次其余基桩堆载试验的稳定性，确保不发生安全事故。同时，为了对卵石杂填土这一特殊地基上堆载试验实施技术进行总结。基于本场地卵石杂填土地基组成成分的多样性和分布的非均匀性，根据相关规范[9]，分别选择人工夯实、换填和注浆技术(如图5所示)对卵石杂填土地基进行加固处理。如同原始地基土压力监测方案，分别对3种加固地基支墩下的土压力进行监测。

如图6所示，3种加固方案得到的堆载试验支墩下土压力变化情况各不相同。其中，如图6(a)所示，在对卵石杂填土地基表面进行人工夯实后，相较于原始卵石杂填土地基(如图4所示)而言，左、右侧支墩下土压力在堆载完成后基本接近。在后续千斤顶对基桩的加载过程中左、右侧土压力呈现降低趋势，但是左侧土压力在加载的初始段(前四级荷载)连续降低，降低幅值明显大于右侧支墩下土压力变化情况；而从第5级加载开始，左右侧支墩下土压力的变化趋势相反，右侧呈现连续降低，左侧基本稳定。说明在对卵石杂填土地基采用人工夯实后并未有效改变地基的均质性，造成加载过程中堆载台先右侧后左侧的偏心变化。从图6(b)可以看出，经过对卵石杂填土地基1.5 m深度范围内的土质换填并经分层夯实后，堆载完成左、右侧土压力的大小基本相同，并且在千斤顶对基桩的加载过程中左、右侧支墩下土压力同步连续降低，卸载后土压力同步回升，整个加卸载过程两侧支墩未发生荷载偏向，试验顺利安全进行。如图6(c)所示，在对卵石杂填土地基通过多孔位灌注水泥浆加固后，堆载完成，支墩下的土压力未像其他条件下的变化情况，土压力增加较小。同时，在分级加载过程中左右侧支墩下土压力同步变化，未出现土压力的明显变动，说明注浆加固后卵石杂填土地基的性能得到显著改变，对于分担承受堆载荷重的能力同步得到提高，保证了加载试验的安全进行。

综上所述，采用3种卵石杂填土地基加固方法，对于大吨位堆载试验的稳定性影响不同。其中，人工夯实未能解决加卸载过程中的堆载稳定性，其原因在于卵石杂填土地基土中包括颗粒尺寸差异较大的多类成分，且本场地含有一定的淤泥，人工夯实并不能引起颗粒间的有效错动排列，地基土的杂乱无序和孔隙依然不可避免，进而并不能保证两侧支墩受力均匀。换填和注浆加固卵石杂填土地基对于提高和保证堆载试验的稳定性及安全性具有突出效果，从技术上讲二者皆可行，但是换填需一定的均质土，有时并不能满足条件；在注浆方面，应该保证注浆孔的完整性及注浆量的饱满。

4 结论

1)在卵石杂填土地基上进行大吨位堆载试验时，由于卵石杂填土地基的特殊性，两侧支墩受力容易出现分担不均，支墩下土压力呈现非同步变化趋势，加卸载过程中出现堆载荷重失稳偏向现象，具有一定的安全隐患。2)由于卵石杂填土地基的组成成分多样性和颗粒粒径差异大，在人工夯实后并不能显著改变卵石杂填土地基的性能，堆载试验中依然存在安全隐患。3)采用换填和注浆加固方案，可以有效改变卵石杂填土地基的承载特性，加固后堆载试验中两侧支墩土压力同步变化，差值较小，堆载荷重台未发生偏心失稳现象，明显提高了堆载试验的稳定性。在换填所用均质土不易获取条件下，建议采用注浆加固方法对卵石杂填土地基进行处理，但应保证注浆孔和注浆量质量。