软土地基大吨位静载试验支墩地基处理技术研究

软土地基大吨位静载试验支墩地基处理技术研究

温世聪

温世聪

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广州510500

摘要：本文针对软土地基中较难进行静载试验特别是大吨位静载试验的情况，通过对软土地基的特性进行分析，同时结合成功的工程实例进行论证，从而总结出了一套行之有效的支墩地基处理技术。

关键词：软土地基；大吨位静载试验；压重平台；支墩地基处理

1引言

对于大吨位单桩抗压静载试验，支墩地基必须达到非常高的承载力才能满足压重平台的安全，为了满足高加载反力要求，则必须对支墩地基进行换填、夯实处理。软土普遍具有含水量大、压缩性高和承载力低等工程特性，远远达不到大吨位静载试验要求的承载力，所以需对支墩地基下的软土进行换填加固处理，而在工程实践中，若严格按照规范设计换填尺寸、验算支墩承载力，则处理规模太大、处理成本太高，不具实用性。

为此，考虑到静载试验中支墩地基处理属于临时处理，结合实际检测工程中的成功处理经验，本文分别针对支墩承载力、支墩沉降、试验安全性提出了一套大吨位静载试验软基支墩地基处理技术。

2软土地基处理方法

2．1软土物理力学性质

软土一般指外观以灰色为主，天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、各层之间物理力学性质相差较大等特点。

软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。由于它形成于上述水流不通畅、饱和缺氧的静水盆地，这类土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。淤泥的粘粒含量较高，一般达30%～60%。粘粒的粘土矿物成分以水云母和蒙德石为主，含大量的有机质。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷，与水分子作用非常强烈，因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜，且在沉积过程中由于粒间静电荷引力和分子引力作用，形成絮状和蜂窝状结构。所以，软土含大量的结合水，并由于存在一定强度的粒间连结而具有显著的结构性。

由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征，结构性显著且处于形成初期，呈饱和状态，这都使软土在其自重作用下难于压密，而且来不及压密。因此，不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠压密状态，以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化，因而土质特别松软。淤泥和淤泥质土一般呈软塑状态，但当其结构一经扰动破坏，就会使其强度剧烈降低甚至呈流动状态。

2．2软土地基常用处理方法

1、浅层软基处理技术

（1）垫层法

通常用于路基填方较低的地段，要求在使用中软基的沉降值不影响设计预期目的。设置垫层时，可以根据具体情况采用不同的材料，常用的材料有砂或砂砾及灰土，也可用土工格栅、片石挤淤、砂砾垫层综合使用处理。

（2）换填法

当遇到含水量较高，软弱层较浅，且易于挖除不适宜材料时，一般采取挖除换填法，包括受压沉降较大，甚至出现变形的软基和泥沼地带。按要求分层回填，回填材料可视具体情况用砂、砂砾、灰土或其他适宜材料。

（3）排挤法

对于水溏、鱼池和较深的流动性强的淤泥地段，常遇到含水量高、淤泥压缩性大、淤泥质粘土软基以及水下软基等，对这类软基可采用排挤法来处理。排挤法包括抛石排挤和爆炸排挤。

（4）表层排水法

对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。

3大吨位静载试验压重平台系统

对于大吨位静载试验通常情况下都采用压重平台反力装置，如图1所示，在开始试验前，所有荷载均由两边支墩下的地基承担，支墩地基处理效果的好坏直接影响到试验能否正常进行，同时对整个压重平台系统的安全起到至关重要的作用。

图1静载试验压重平台支墩示意图

4支墩地基处理实例分析

4．1工程实例1

（1）工程概况

佛山市某房地产项目工程，基础拟采用钻孔灌注桩，设计桩长约20.00m～30.00m，桩端持力层为中风化粉砂岩层，单桩承载力特征值5000kN～13000kN。

本工程地层如下：

①淤泥质土层厚1.30m～1.50m；②粉质粘土层厚1.60m～4.80m；③强风化粉砂岩层厚16.40m～22.90m；④中风化粉砂岩层厚3.00m～4.60m。

（2）支墩地基处理

由于原土地基承载力不能满足堆载要求，须对支墩地基进行地基处理，支墩3m×15m范围内要求换土，深度为1.2m，采用碎石、片石等进行换填，分层厚度为300mm～500mm，分3层机械碾压，表面用石粉铺填，铺设30mm厚的钢板，要求承载力达到400kPa。

（4）支墩地基处理效果

从整个试验过程观测，支墩周围未发生明显下陷或隆起现象，总体变形不大，说明该处理方法对强（中）风化岩层较浅的场地是有效的，对检测结果影响很小。

4．2工程实例2

（1）工程概况

广州市番禺区某大厦工程，基础拟采用冲孔灌注桩，设计桩长为35.00m，桩端持力层为中风化，单桩承载力特征值10560kN～13790kN。

本工程地层如下：

①粉质黏土层厚0.8～3.4m；②淤泥质土层厚1.0～9.4m；③粉砂层厚1.8～10.4m；④残积土层厚2.1～5.6m；⑤全风化层厚1.5～8.4m；⑥强风化层厚9.2～33.2m；⑦中风化层厚1.5～13.6m；⑧微风化厚度2.5～8.3m。

（2）支墩地基处理

由于原土地基承载力不能满足堆载要求，须对支墩地基进行地基处理，支墩3m×15m范围内要求换土，深度为1.5m，采用片石进行换填，分3层机械碾压，表面用石粉铺填，考虑到支墩荷载较大以及增加反力装置的稳定性，要求在上面浇筑钢筋混凝土支承板（0.5m×3m×13m）。

（4）支墩地基处理效果

从整个试验过程观测，钢筋混凝土支承板仅出现微小裂缝，周围土未发生明显下陷或隆起现象，总体变形不大，说明该处理方法对特大型桩静载试验是有效的，对检测结果影响很小。

4．3工程实例3

（1）支墩地基承载力

某工程软土地基经过换填、夯实后，因应力扩散及压实固结，支墩地基承载力约有20%的提高。故只需根据加载反力的要求及提高了20%后的支墩地基承载力确定支墩平面尺寸，即可按照支墩平面尺寸来布置换填平面。

对于换填材料，宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、粗砂、中砂等材料，可获得较大的压力扩散角。

对于换填、夯实施工，应做到级配良好、分层铺填、逐层夯实，并先对换填层底面进行预压，以加大处理效果，更大程度地提高地基承载力。如图2所示，上层土体可换填碎石并夯实；中间范围内的土体可换填块石并加碎石级配，分层铺填、逐层夯实；下层土体可换填碎石并夯实。

图2换填土层剖面示意图

（2）支墩地基沉降

适当加大千斤顶和主梁间的预留间距，使得支墩在试验开始前的堆载阶段能够自由沉降，以对支墩地基进行预压，提高地基承载力。

（3）试验安全性

在换填的基础上应浇筑钢筋混凝土承压板，以扩大支墩地基的承载面积，并使传力均匀，同时还能增加反力装置的稳定性，以保证在桩破坏时整个反力装置不会全部坍塌，避免重大安全事故的发生。

另外，在完成换填、夯实施工后，应采用平板载荷试验对支墩地基承载力进行检测，确认其满足试验加载要求后，方可进行基桩抗压静载试验。

结论

目前，大吨位桩基抗压静载试验深厚软基支墩处理已应用于多项工程，针对大吨位的加载要求及不良地质条件，按照本文处理技术完成了对支墩地基的处理，在节约成本的基础上使得检测工作圆满完成。主要结论如下：

（1）需对软土进行2-3m的换填，并进行分层碾压，宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、粗砂、中砂等材料。

（2）在换填的基础上应浇筑钢筋混凝土承压板，以扩大支墩地基的承载面积，并使传力均匀。

参考文献：

[1]广东省建筑科学研究院．超大型桩基静载试验装备与关键试验技术集成研究[R]．广州：广东省建筑科学研究院，2013.

[2]林奕禧，珠海地区软土的工程特性及工程建设问题[J].岩石力学与工程学报，2006.

[3]顾晓鲁、钱鸿缙、刘惠姗、汪时敏，地基与基础（第三版）[M]，中国建筑工业出版社，2003.