地基承载力试验教学（各类地基的承载力比较）

我们反复强调“概念为先，机理为本”。

认识岩土工程中的概念，要从“机理”出发，才能避免一些低级错误。

在竖向荷载作用下，建筑地基可选用：天然地基、刚性桩复合地基、复合桩基、桩基承载力。天然地基指荷载完全由浅层土体承担，如图（a）。复合地基与复合桩基，在竖向荷载作用下其本质是浅层土和深度土体，通过竖向增强构件（素混凝土刚性桩或者加钢筋笼的混凝土桩）的协调，一起发挥作用，如图（b）、（c）。桩基指竖向荷载完全由基桩承担，通过桩侧摩阻力和桩端阻力传递到深层土体，如图（d）。

图 各类地基承载力模式

表 给出各类地基承载力计算的系数范围。比较这些计算式可以发现，浅层地基土的发挥率是其中的要点。

刚性桩复合地基降低浅层土承载力发挥率，用CFG桩弥补承载力不足，这就表明，使用少量CFG桩不能提高地基承载力，可能会降低地基的“计算承载力”。对于粉砂、细砂（不包含很湿和饱和时的稍密状态），ηb=2.0，ηd=3.0；中砂、粗砂、砾石和碎石土,ηb=3.0，ηd=4.4，采用CFG处理后按现有规范计算,ηb=0，ηd=1.0，“计算承载力”将严重偏低，为达到同等的承载力需要布置较多素混凝土桩。

复合地基与复合桩基，是浅层土和深度土体一起发挥作用。当浅层土体自身稳定性较差，则不能参与协同作用，因此也不能“复合”。这样的土体有：新近填土（未压实）、欠固结土、液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、淤泥及淤泥质土等。工程中应避免在这类场地使用刚性桩复合地基。

据笔者统计，已有多个淤泥及淤泥质土中的刚性桩复合地基项目，在施工中由于对土体扰动后，使淤泥土产生流动，从而推毁桩体，使得工程桩全部报废。

在液化土中采用刚性桩复合地基，当前也存在不少。地震中液化土失效，竖向荷载将全部由CFG桩承担；此外液化土与非液化土界面处有水平位移突增现象，使得素混凝土桩承受极大强迫变形，从而宜导致破坏。现有振动台试验表明即使非液化土中的CFG桩在大震下也不能保证处于弹性状态，那么在液化土中破坏则难以避免。

在湿陷性土中采用刚性桩复合地基，也屡见不鲜。传统的湿陷性地基土常采用浅层换填三七灰土（保留深层湿陷性土），并采取适当的（有组织）排水措施，可保障建筑物下地基土的水稳性。随着建筑物荷载增加，需要提高地基承载力。在诸多提高地基土承载力措施中，CFG桩并不能较好的达到这个目标。CFG上覆砂石褥垫层，是良好透水层，使湿陷性土极易遭遇降水而湿陷。湿陷后的土体不仅不能提供土反力，更不利的是反而要对桩体产生负摩阻力，使得桩体承受更大的荷载，其结果（1）桩体压碎；（2）建筑物沉降加大，局部湿陷严重则差异沉降较大。

在欠固结土中采用强夯置换复合地基，也常被推荐。需要强调的是，强夯应首先解决土体的欠固结性质，然后才能通过置换提高其承载力；如果仅仅在夯坑位置强夯，并未对整个场地范围内的欠固结土进行加固，置换后的桩间土体仍然欠固结，那么“复合地基”的承载力是不可靠的，图为某工程强夯漏夯引发的墙体倾斜和局部开裂。

（a）建筑倾斜导致抗震缝分开

（b）局部开裂

以下为一个不符合土力学基本原理的工程实例。

某工程多层建筑地上11层，一层地下室。

地层及物理力学性质

根据《岩土工程勘察报告》，③层粉土具有Ⅰ级非自重湿陷性，湿陷起始压力从34~200 kPa不等，一般在110kPa左右。地基湿陷量小于50mm，可按一般地区设计。本次勘察，干法钻进35m未见地下水。根据历年近场区工程勘察资料，近年最高水位埋深在40m左右。

筏板尺寸为16m x 60m，埋深3m，坐落在③层粉土上部，距④层细砂约3.5m左右。

=150 0.3x18x(6-3) 1.5x18x(3-0.5)=233.7kPa

上部结构荷载压力p=12x18=216kPa。地基土承载力满足要求。

为改善地基土的不均匀性，推荐采用素混凝土桩复合地基，穿透③层粉土，以④层细砂为桩端持力层，桩长5m。本层承载力特征值fak=150kPa；根据《湿陷性黄土地区建筑规范》3.0.1，建筑物分类为乙类。

主楼部分底板面积为960m2，筏板下天然地基承载力特征值150kPa，桩长5m，承载力特征值383kN。桩间土承载力折减系数β=0.90。

令

，可以解得m=0.0180，需要137根。

要与天然地基达到同等承载力，需要的置换率为：

在超过这个m0后，多余的CFG桩才能提供额外的地基承载力。

说明：在非自重湿陷性场地采用CFG桩，桩间土承载力发挥系数0.9，表明土体将来承担荷载可能达到0.9x150kPa=135kPa，仍然大于110kPa。在地表水作用下可能湿陷，其结果是所有荷载将由CFG承担，大大降低了地基强度的安全系数，存在安全隐患。