孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC)

1、DDC技術(shù)處理濕陷性黃土應(yīng)用實(shí)例摘要 DDC技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù)，近年來(lái)在大量工程實(shí)踐中得到應(yīng)用，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算及質(zhì)量檢測(cè)等進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞 DDC技術(shù) 濕陷性黃土 渣土樁 復(fù)合地基1 DDC技術(shù)及其特點(diǎn)DDC技術(shù)，即孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（down-ole dynamic compaction）,是一種新型深層地基處理方法。該法先成孔至預(yù)定深度，然后自下而上分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯，形成高承載力的密實(shí)樁體和強(qiáng)力擠密的樁間土。DDC渣土樁復(fù)合地基（composite subgrad of slag-oil pile）是指用建筑垃圾、雜土、素土、石料、灰

2、土、無(wú)毒工業(yè)廢料及它們的混合物等為填料，以DDC法形成具有較高承載力的復(fù)合地基。與其它地基處理方法相比，該技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)：（1）使用范圍廣泛，可用于各類(lèi)地基處理：如深厚層濕陷性黃土、液化土、軟弱土、腐蝕性土、不均勻地基及回填垃圾地基等各種復(fù)雜建筑場(chǎng)地的處理。（2）用料標(biāo)準(zhǔn)低，就地取材：DDC技術(shù)的最大特之一就是對(duì)填料要求不嚴(yán)，可就地取材，凡是無(wú)機(jī)固體材料均可，如土、砂、碎石、建筑垃圾、碎磚塊、混凝土塊、粉煤灰等工業(yè)廢料均可加以利用，而且不需要嚴(yán)格加工。（3）具有高動(dòng)能、高壓強(qiáng)和強(qiáng)擠密效應(yīng)：夯擊能可達(dá)2 0003 000kN·m/m2,為一般強(qiáng)夯壓能的58倍，根據(jù)工程需要可進(jìn)行調(diào)高或降

3、低。（4）地基承載力提高顯著：渣土樁fk1 0001 800kPa，復(fù)合地基fk200800kPa，為原天然地基的39倍。（5）地基處理深度大：一般處理深度20m左右，最深可達(dá)30m。（6）復(fù)合地基變形模量大，沉降變形?。鹤冃文Ａ匡@著提高，承載性狀明顯，地基變形量大為降低，E0值可達(dá)3040MPa以上。（7）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益好：該技術(shù)具孔內(nèi)深層強(qiáng)夯的特征，故震動(dòng)小，噪音低；消除渣土污染；可大量節(jié)約鋼材、水泥，降低工程造價(jià)，一般可降低造價(jià)25%80%以上。作為一項(xiàng)新技術(shù)，不僅新穎、獨(dú)特、地基處理效果好，實(shí)用性強(qiáng)，更重要是具有環(huán)保意義，單項(xiàng)工程可消納渣土上萬(wàn)立方米，是典型的綠色工程及經(jīng)濟(jì)適用技術(shù)。目前

4、該技術(shù)在我國(guó)華北、華東、東北、西北以及中原地帶的各類(lèi)地基處理中得到應(yīng)用。洛陽(yáng)市宏偉世紀(jì)大廈采用該技術(shù)處理濕陷性黃土地基，亦取得了成功，為在洛陽(yáng)市推廣應(yīng)用該項(xiàng)新技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合本工程實(shí)例，就DDC法的技術(shù)特征、設(shè)計(jì)方法、施工工藝及處理效果等方面進(jìn)行討論。2 工程概況洛陽(yáng)市宏偉世紀(jì)大廈位于洛陽(yáng)市凱旋西路，平面呈矩形，55.7m×15.9m，地上14層，地下1層，基底埋深-5m，框架結(jié)構(gòu)，柱底最大軸力9 500kN，安全等級(jí)為二級(jí)。3 工程地質(zhì)條件地基土分為9層，1層為素填土，2層為第四系全新統(tǒng)新近沖洪積（Q42al+pl）形成的黃土狀粉土，3層為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q42al+p

5、l）黃土狀粉質(zhì)粘土，49層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）黃土狀土、砂性土及碎石土，地層結(jié)構(gòu)具典型二元結(jié)構(gòu)。25層為濕陷性黃土，濕陷系數(shù)s在0.0260.015之間，屬級(jí)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性土層的下限深度為6層頂面。場(chǎng)地土分層及主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表。地下水情況：地下水屬孔隙潛水，埋藏深度2021.3m，賦存于7層底部，8、9層中，以大氣降水和洛河補(bǔ)給為主，水位年變幅13m。4 地基處理方案的選擇按照“經(jīng)濟(jì)可行，方案合理，處理效果好”的原則，設(shè)計(jì)了4種處理方案進(jìn)行比較。方案一：人工挖孔灌注樁該方法是比較可靠的地基處理方法，第9層卵石是良好的樁端持力層，該層承載力高，變形小，樁徑大

6、小可選擇，樁端可擴(kuò)底，且該樁型在洛陽(yáng)地區(qū)廣泛使用，施工經(jīng)驗(yàn)豐富；但卵石層在水位以下，施工時(shí)需采取降水措施，且人工挖孔易發(fā)生安全事故，近年來(lái)在洛陽(yáng)地區(qū)限制使用。方案二：強(qiáng)夯方案采用8 000kN·m能量級(jí)重錘強(qiáng)夯。本工程濕陷性黃土厚度19m左右，深淺不均，強(qiáng)夯法處理厚度有限，且場(chǎng)地土多為粘性土層，含水量較高，飽和度在80%90%之間，易夯成橡皮土，影響施工質(zhì)量，同時(shí)，施工區(qū)位于洛陽(yáng)市繁華地帶，強(qiáng)夯施工產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生有害影響，其噪音亦影響居民環(huán)境。方案三：灰土擠密樁與CFG樁聯(lián)合處理方案采用灰土擠密樁處理濕陷性黃土，CFG樁提高地基承載力，此法在洛陽(yáng)地區(qū)應(yīng)用較多，是處理濕陷性

7、黃土地基的很好方法，但場(chǎng)地土含水量較高，飽和度較高，擠密效果差，且該法施工周期較長(zhǎng)。方案四：DDC法（孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法）方案該法既可以解決強(qiáng)夯影響深度不夠的問(wèn)題，又可以避免橡皮土的出現(xiàn)，還可以解決濕陷性及承載力低的問(wèn)題，同時(shí)可以消納建筑垃圾。由于DDC樁體自下而上的超壓強(qiáng)固結(jié)樁體及樁間土，所以它的樁徑隨地基土的軟硬而變，一般呈串珠狀，地基土越軟樁徑越大，技術(shù)效果越好。采用此法處理后的地基承載力高、變形模量大、剛度均勻，可大幅度降低工程造價(jià)，縮短施工工期，且對(duì)環(huán)境污染非常小。地基處理要求：復(fù)合地基承載力fk350kPa；消除地基土的濕陷性。復(fù)合地基剛度均勻。綜合以上四種地基處理方案，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)

8、濟(jì)效益進(jìn)行分析，最終確定采用DDC渣土樁復(fù)合地基處理方案。5 設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 樁孔直徑設(shè)計(jì)根據(jù)成孔機(jī)械、施工工藝和場(chǎng)地地質(zhì)情況確定樁孔直徑，一般以350450mm為宜。土質(zhì)較軟孔徑宜偏小，土質(zhì)較硬孔徑宜偏大。本工程采用450mm樁孔直徑。5.2 樁孔中心距設(shè)計(jì)樁孔中心距設(shè)計(jì)從消除土的濕陷性和提高地基土的承載力兩方面考慮。（1）為消除土的濕陷性，擠密后樁間土的平均擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.93，當(dāng)按等邊三角形布孔時(shí)，樁孔中心距可按下式計(jì)算：經(jīng)上式估算樁孔之間的中心距s=1.05m。（2）從提高地基土的承載力考慮，可由復(fù)合地基承載力公式得到樁孔中心距表達(dá)式，復(fù)合地基承載力表達(dá)式為：fspk=mfpk+（

9、1-m）fsk （2）m=0.9069d/s（等邊三角形布樁時(shí)） （3）式中：fspk復(fù)合地基承載力特征值（kPa）;fsk天然地基承載力特征值（kPa）；fpk渣土樁樁體承載力特征值（kPa）；m樁土面積置換率；d樁身平均直徑（m）；s樁孔中心距（m）。實(shí)際樁孔中心距由以上兩方面綜合考慮，并取二者的小值。本工程采用樁孔中心距為1.05m。5.3 布樁范圍的確定DDC法屬夯擴(kuò)擠密處理方法，處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)底面寬度，以保證地基的穩(wěn)定性。局部處理通常不考慮防滲隔水作用。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：對(duì)于非自重濕陷性黃土、素填土、雜填土等地基，處理范圍每邊超出基底邊緣的寬度不小于0.25b（b為基礎(chǔ)短邊寬度）

10、，并不小于0.5m。對(duì)于自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基處理范圍每邊超出基底邊緣的寬度不小于0.75b，并不小于1m。這樣可使基底下被處理的土層不致產(chǎn)生不良的側(cè)向變形。整片處理通常要求具有防滲作用。每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)邊沿的處理寬度應(yīng)不小于基礎(chǔ)局部處理的寬度，通常按壓力擴(kuò)散角或按處理土層厚度的1/2確定，并不應(yīng)小于2m。本工程采用整片處理，處理范圍為每邊超出基礎(chǔ)邊緣4m。5.4 樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)原則如下：DDC樁由于采用鉆孔成孔或用洛陽(yáng)鏟掏孔，因此樁長(zhǎng)不受條件限制，考慮到4m以?xún)?nèi)一般采用較為簡(jiǎn)便的換填法等處理，故一般大于4m以上均可采用DDC技術(shù)進(jìn)行處理，處理深度一般為430m。當(dāng)以消除地基濕陷性

11、為主要目的時(shí)，對(duì)非自重濕陷性黃土地基，一般處理至地基壓縮層下限，或處理至附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之和大于濕陷起始?jí)毫Φ娜客翆又埂．?dāng)以提高地基承載力為主要目的時(shí)，應(yīng)對(duì)基底下持力層范圍內(nèi)的高壓縮性（a1-20.5MPa-1）土層進(jìn)行處理，下臥層頂面的承載力應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)以減少沉降量為主要目的時(shí)，可用沉降量控制。沉降的計(jì)算按建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）復(fù)合地基沉降計(jì)算部分執(zhí)行。加固區(qū)復(fù)合模量可用下式計(jì)算：Esp=mEp+（1-m）Es （4）式中：Esp復(fù)合地基加固層復(fù)合壓縮模量；Ep樁體變形模量；Es樁間土變形模量。本工程以處理濕陷性和提高地基承載力為主要目的，樁長(zhǎng)穿透濕陷性黃土層

12、，至第7層礫砂頂面，樁長(zhǎng)按20m考慮。5.5 樁孔填料的選用本工程填料采用建筑垃圾、碎石及少量生石灰，以附近舊房拆除的廢料為主。本工程共布置DDC渣土樁1 132根，實(shí)際有效施工期62d。6 地基施工6.1 機(jī)械成孔成孔方法有鉆孔法、沉管法、洛陽(yáng)鏟掏孔法等。本工程采用機(jī)械洛陽(yáng)鏟成孔。6.2 樁孔夯填孔內(nèi)深層強(qiáng)夯機(jī)（夯實(shí)機(jī)）實(shí)施樁孔夯填。（1）夯實(shí)機(jī)就位后應(yīng)保持平整穩(wěn)定，夯錘對(duì)準(zhǔn)樁孔中心，并能自由下落至孔底。（2）夯實(shí)前先檢查孔底，不得掉進(jìn)雜物，不得有積水和回淤現(xiàn)象，否則應(yīng)予以清除，填料前先夯實(shí)孔底。（3）填料時(shí)應(yīng)按試驗(yàn)確定的填料量進(jìn)行，每次填料后，必須夯夠規(guī)定的錘擊數(shù)后方能進(jìn)行下次填料。6.3

13、 施工順序DDC樁施工時(shí)一般應(yīng)采用隔行隔列、間隔跳打的方法四遍成孔、成樁，以避免后打孔施工時(shí)對(duì)已打孔的影響。7 質(zhì)量檢測(cè)7.1 質(zhì)量檢測(cè)的方法質(zhì)量檢測(cè)視加固目的不同而有所不同，以消除濕陷性為目的，可側(cè)重?cái)D密和消除濕陷性檢測(cè)，以提高承載力為主可采用靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。擠密效果檢測(cè)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同樁間距的擠密土分層取樣，測(cè)其干密度和壓實(shí)系數(shù)。對(duì)濕陷性黃土，當(dāng)c0.93時(shí)，可認(rèn)為已達(dá)到消除濕陷性的目的。消除濕陷性的檢測(cè)也可采取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定s值。7.2 檢測(cè)結(jié)果（1）土工物理試驗(yàn)探井對(duì)樁間土共作6個(gè)土工物理檢測(cè)探井，采取60組原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，主要測(cè)定d和s值。結(jié)果表明，DDC法處理后的樁間土d在1.591.78 g/cm3之間，s值均小于0.007，濕陷性全部消除。（2）靜載荷試驗(yàn)本次靜載荷試驗(yàn)使用全自動(dòng)設(shè)備，通過(guò)100T液壓千斤頂施加荷載，共進(jìn)行了6組試驗(yàn)。其荷載位移關(guān)系（p）曲線見(jiàn)圖。根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)靜荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)資料繪制的p曲線可以看出:本次靜載試驗(yàn)6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在荷載作用下均未達(dá)到極限狀態(tài),比例極限點(diǎn)不易確定,也未出現(xiàn)明顯的極限荷載點(diǎn),按相對(duì)變形法取s/d=0.012可判定出各試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值，但判定出的地基承載力特征值均大于最大加載量的一半，故各試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值均按最大加載量的一半判定。最大加載量均為704kPa，即復(fù)合地基承