“组合式钢支墩+支墩梁”堆载平台在软土地区堆载法静载试验中的
应用分析
摘要 软土地区中进行大吨位静载试验，试验的安全性和经济性至关重要。本文对比分析目前常规静载堆载法，提出一种新型的堆载平台方法，并通过工程实例介绍此方法在软土地区的应用，总结其优势之处和注意事项，以期能使之不断完善和发展。
关键词 组合式钢支墩；软土地区；堆载法；静载试验
引言
随着城市建设的不断发展，土地资源越来越稀缺，新建的建筑物越向高度和深度发展，则建筑物的桩基通常采用大直径灌注桩，其单桩抗压承载力特征值亦要求较高。珠海新建设的横琴新区、保税区等属欠固结的软土分布区，表层为回填土和冲积土，下卧层淤泥厚度大，岩层埋深通常在50米以上，嵌岩桩长径比通常超过30倍，用抽芯法检验单桩的承载力难以实现。因此静载法检验单桩承载力是常用的一种方法。如何在如此欠固结的软土地区完成大吨位的静载试验？
目前，静载法检测单桩承载力有两种方法，一种是锚桩法，另一种是堆载法。锚桩法由于存在诸多缺点而很少使用.因此，堆载法静载检测单桩承载力被广泛应用。堆载法静载试验的工作原理如下图，堆载重量是最大试验荷载的1.2倍，通过平台传递到支墩基础以下的地基土体，地基土受到上部荷载传递来的碾压应力P=（F为最大试验荷载，A为平台的支墩面积），按照规范要求，P＜1.5f（f为地基土承载力特征值），则要求f>==。但软土地区存在软弱下卧层，因此需要进行下卧层地基承载力验算，下卧层验算和回填土厚度h和扩散角θ有关，这里就不详解了。
堆载法常规做法，采用混凝土试块或长方形整体钢支墩作为基础，利用地基土的承载力承受上部荷载。当在软土分布区，大直径灌注桩单桩承载力特征值较大时，使用常规堆载法存在如下不足之处：
假设试验荷载为3000t，桩径为1400，地基承载力特征值为120kPa，则需要的支墩面积为A==172m2，如果采用4m宽支墩，则支墩长度为=21.5m，按照规范要求，检测桩与支墩之间的净距大于2.5m，则两排支墩的中心距最小为4+5+1.4=10.4m，以此类推得下表。
因此，支墩面积采用长方形布置，很难同时满足支墩面积和间距这两方面的要求。但考虑异形，比如工字形的支墩布置，则有效解决此问题，如下圖：
工字形的支墩布置，由于中间宽度小，易达规范间距的要求，两端宽度大，易达到足够大的支墩面积的要求。但异形的支墩若整体制作，每根桩最大试验荷
载不同，场地的地基土承载力不同，则需要制作不同的异形支墩，因此其适用性很差。为解决此问题，组合式支墩采用异形布置则应运而生。由于组合式钢支墩中所有支墩是分离的，支墩上面需要一条刚度大的支墩梁进行协调受力，调整每个支墩的不均匀沉降和整个结构体系的弯矩。因此我们称之为“组合式钢支墩+支墩梁”构成堆载平台。
由上述公式f>可知，当场地条件不变，最大试验荷载越大，则支墩面积也要求越来越大。而我们静载设备中组合式钢支墩的最大面积是有限的，当无法满足要求时，可以在支墩基础下面增加钢筋混凝土基础板来实现扩大碾压面积。
我站自主研发了一套“组合式钢支墩+支墩梁”构成堆载平台的方法，并在工程实践中广泛应用，收到显著的社会效益和经济效益，以下通过工程实例进行详解[1]。
1 珠海横琴新区某工地应用实例
1.1 工程概况
本工程位于广东省珠海市横琴新区，采用混凝土灌注桩基础，以中～微风化花岗岩作持力层，桩长为60m左右，桩径为1.2m，单桩抗压承载力特征值为1200t，最大静载试验荷载为2500t。根据钻探结果，场地内的地层主要有人工填土层约3.5m、淤泥约40m、残积土层约15m和花岗岩。由于场地淤泥层厚度大，为了减少场地后期地基沉降，建设单位在桩基施工前对场地进行了真空预压处理。
1.2 方案编制
本方案采用组合式钢支墩的工字形布置，主要使用5.0×2.0×0.6m、5.0×1.5×0.6m、 3.0×2.0×0.6m和3.0×1.5×0.6m四种钢支墩，钢支墩基础平面布置图如下：
其中钢支墩基础面积A=143m2
地基土压应力P==210kPa
则要求现场地基土承载力特征值f>=140 kPa
平台堆载示意图：
1.3 现场实施
（1）在进行静载试验之前，为了准确掌握地基地承载力及其变形情况，我站单独进行了地基土的压板试验，地基土在压应力210 kPa作用下，压力稳定，沉降缓慢增长。本方案中地基土承载力特征值f>140 kPa是可行的。
（2）考虑地基土压板试验的压板尺寸与实际受压面积有差距，现场场地处理的不均匀性，我站对第一根试验桩的支墩基础进行了沉降监测，监测结果显示平台整体沉降基本均匀一致，均在12cm左右，说明本方案是切实可行的。
（3）该项目静载检测共15根桩，试验荷载全都为2500t，我站采用两套钢构平台和一套混凝土试块配重，连续运转试块配重不下地，这流水作业的方式极大地提高检测效率，总检测周期为37天（建设单位预计检测周期为80天），并且为建设单位节省了300多万元的场地配套费，得到建设单位的高度评价[2]。
2 “组合式钢支墩+支墩梁”构成钢平台的优点：
（1）组合式钢支墩可以灵活布置基础形状，保证支墩与桩的净距符合规范要求，将上部荷载合理分配到远离检测桩的地基土上，减少静载过程桩周地基土的变形对检测的影响。
（2）荷载受力传递清晰，通过支墩梁刚度大的协同调节作用，和控制钢构平台各构件的制作精度，将上部荷载比较均匀地分配到钢支墩基础上，继而传递给地基土。
（3）根据静载检测荷载的大小可自由组合钢支墩基础，通过调节钢支墩基础面积，从而有效控制地基土的压力和沉降。
（4）组合式钢支墩在吊装和运输上更加方便[3]。
3 结束语
通过长期的工程实践验证，“组合式钢支墩+支墩梁”构成钢平台是一种既安全又经济适用的静载堆载方法，同时提出几点注意事项。
（1）在软土地区，地基土表面存在几米的回填土和冲填土，下面就是较深的淤泥，回填土和冲填土相比淤泥，其密实度和压缩性都相对较好，相当于淤泥表面上存在一层硬壳层，而硬壳层的厚度直接决定静载试验的成败。
（2）当地基土承载力不满足要求时，应考虑地基处理方案，可考虑换填土、增加基础板、打桩等措施。
（3）基础面积的扩大会对支墩梁造成不利弯矩，应计算支墩梁的最大弯矩，严格控制支墩梁所受的最大弯矩在其允许弯矩之内。
参考文献
[1] 孙熙平，张勇，郑锋勇，等.高桩码头基桩竖向承载力原型试验研究[J].岩土力学，2014，（09）：2609-2615.
[2] 李志伟.软土地基邻近堆载对桥梁桩基偏位的影响研究[J].岩土力学，2013，（12）：3594-3600.
[3] 杜家庆，杜守继，赵丹蕾，等.竖向荷载下群桩-土-承台相互作用数值分析[J].岩土力学，2013，（08）：2414-2420.
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