孔內深層強夯法在濕陷性黃土地基中的應用

段紅芳

摘要：文章通過對孔內深層強夯法處理的地基工程的單樁復合地基荷試驗和樁間土擠密效果的試驗及其結果分析，表明孔內深層強夯法能消除濕陷性黃土地基的濕陷性，形成的復合地基能顯著地提高地基承載力、改善地基土的承載性狀，是一種有效的地基處理方法。

關鍵詞：孔內深層強夯；黃土；濕陷性；承載力

中圖分類號：K826文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）14-0154-02

濕陷性黃土的孔隙比一般在1.0左右或更大，但由于在顆粒間具有較強的聯結作用，故在天然干燥的情況下可承受一定的荷重，承載力較高，變形量也較小。當黃土浸水后，在自重或一定荷載作用下，土的結構迅速破壞而產生顯著的附加下沉，以致其上的建筑物受損。為了保證濕陷性黃土地區建筑物的安全和正常使用，在絕大數情況下都必須采取處理措施。這些措施包括地基處理措施、防水措施和結構措施。而消除地基的部分濕陷量或全部濕陷量，是從黃土的顆粒結構改變其大孔隙，消除濕陷性，以防止建筑物的不均沉降，確保安全。濕陷性黃土地基處理方法有墊層法、強夯法、土或灰土擠密法、預浸水法和孔內深層強夯法等。

孔內深層強夯法，又稱DDC（Down Hole Deep Compaction）法，是一種有效的地基處理方法，其主要特點是：先用長螺旋鉆頭在場地內鉆成直徑一般為400 mm 的孔，然后在孔內填入素土、灰土、建筑垃圾或其他材料，并用20～60 kN 的重錘夯實，由下而上重復操作，直至形成直徑為550～600 mm 的樁體，并使樁間土擠密，從而形成DDC樁復合地基。孔內深層強夯法在對孔內填料強夯過程中，迫使孔內填料側向擠出，使樁周一定范圍內的土體受到擠壓、擾動和重塑，同時，強夯產生的巨大的夯擊能量產生的波和動應力反復作用，迫使土骨架產生塑性變形能，從而提高土的密實度和抗剪強度，改善土的變形特性，所形成的復合地基在消除黃土濕陷性的同時，也大幅度提高了地基的承載力。較之土或灰土擠密樁，孔內深層強夯法處理后的復合地基的承載力更高且均勻，處理深度更深（一般可達 25～30 m），處理黃土濕陷性的效果更為理想。因此孔內深層強夯法具有廣泛的應用前景。作為一種有效的地基處理方法，孔內深層強夯法的應用已較為常見，但對其進行深入研究的報道并不多見，理論研究明顯滯后于工程實踐。因此，通過現場測試研究孔內深層強夯法在消除濕陷性黃土地基的濕陷性、提高地基承載力、改善地基承載性狀以及加固機理和效果，具有一定的理論及實際意義。

一、DDC技術在工程中的應用

山西潞安容海煤矸石發電廠新建工程擬建場地地貌單元屬濁漳河沖洪積平原區，現為大面積的平坦耕地。建筑場地類別為Ⅱ類，地下水穩定水位埋深19.0～23.0m，地下水對混凝土無結晶性腐蝕。地基土對混凝土結構具弱腐蝕性、對鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性。工程樁樁長深度范圍內的地層情況概述如下：

第①層黃土狀粉土（Q4al）：

黃褐色，稍濕，稍密，高壓縮性，見大孔隙，含煤屑、磚塊及植物根等，混少量礫石，松散結構，頂部為耕植土。該層承載力特征值為130kPa。

第②層黃土狀粉質黏土：（Q4al）

黃褐色，硬塑，中高壓縮性，見大孔隙，含鈣質結核，混少量碎石。該層承載力特征值為130kPa。

第③1層黃土狀粉土（Q4al）

淺黃色～黃褐色，稍密～中密，中高壓縮性，孔隙發育，針孔發育，混有少量中細砂，見氧化鐵銹色斑紋，混有粉質黏土團塊，夾有粉砂及粉質黏土的透鏡體，稍濕。該層承載力特征值為150kPa。

第③2層黃土狀粉質黏土（Q4al）

褐黃色～棕黃色，可塑，中高壓縮性，含灰色黏土條帶和粉砂條帶，見氧化鐵條紋。該層承載力特征值為165kPa。

第④1層粉質黏土：（Q4al）

灰褐色～灰黑色，可塑～軟塑，中等壓縮性，土質不均勻，見氧化鐵條紋，層理構造，局部地段為黏土和粉質黏土互層，上部夾有灰黑色的淤泥，下部可見灰黑色腐爛的植物葉片，含有蝸牛殼，有臭味。該層在局部地段缺失。該層承載力特征值為140kPa。

第④2層粉土：（Q4al）

灰黃～灰褐色～黃褐色，稍濕，中密，中等壓縮性。層理構造，見氧化鐵條紋，混有較多粉砂，夾有薄層粉細砂，該層上部土層較軟，局部地段夾有粉質黏土的透鏡體。該層承載力特征值為160kPa。

第⑤1層粉土：（Q3al）

褐色～紅褐色，稍濕，中密，中等壓縮性。含有鈣質結核，見有氧化鐵斑點，局部地段夾有粉質黏土透鏡體。該層承載力特征值為140kPa。

擬建綜合服務樓采用條形基礎，基礎埋深為3.0m（+0.000相當于絕對標高884.85m），第④1層粉質黏土以上土層承載力均較低，且具有濕陷性，不能滿足設計要求，地基處理采用孔內深層強夯（DDC）技術。本工程共布樁3556根，DDC灰土樁的參數為：設計成樁直徑為600mm，有效樁長10.0m，等邊三角形布樁，樁的中心間距為1.20m。樁體材料采用3∶7灰土，壓實系數不小于0.96，設計要求處理后樁間土的平均擠密系數不小于0.90，處理后的復合地基承載力特征值≥240kPa，同時消除地基土濕陷性。

二、試驗及結果分析

為了確定經過孔內深層強夯法處理后復合地基的承載力、濕陷性消除情況等能否滿足工程要求，工程結束后進行了單樁復合地基載荷試驗、樁體及樁間土探井取樣試驗。

（一）靜載荷試驗

本次檢測共隨機抽取了14組單樁復合地基載荷試驗，采用直徑1.26m的圓形壓板，承壓板的面積為一根樁承擔的處理面積。承壓板底面標高與樁頂設計標高相適應。承壓板底面下鋪設中砂墊層，墊層厚50mm。試驗標高處的試坑長度和寬度滿足大于承壓板直徑的3倍。采用分級加載、慢速維持法進行。

根據本次單樁復合地基載荷試驗沉降觀測結果,試驗加荷初期，復合地基的變形較均勻，一般持荷2.5小時左右沉降變形可趨于穩定，隨著荷載的增大，每級荷載作用下的沉降量和達到相對穩定標準所需要的持荷時間漸趨增長。通過對上述14組單樁復合地基載荷試驗的荷載-沉降（P-s）及沉降-時間（s-lgt）曲線進行分析：各試驗點在最終加載值達到500kPa壓力下，均沒有達到極限破壞狀態，且荷載-沉降（P-s）曲線大致為平緩光滑曲線，拐點不明顯，沉降-時間s-lgt曲線尾部也沒有明顯的陡降段，因此，其承載力特征值按相對變形s/d=0.008所對應的壓力8加載壓力的一半時，按最大加載壓力的一半確定。

可見，經過孔內深層強夯法處理后的復合地基承載力較之處理前天然土層有很大提高，可以滿足工程的要求。

（二）樁間土擠密效果

本次檢測工作按照隨機抽樣的原則，共布設取土探井13個。取樣探井布置在相鄰兩樁之間，進行樁間土濕陷性消除效果和常規物理力學性質試驗的取樣從樁頂標高下0.5m處開始，每間隔1.0m取樣一件，直至達到樁底，樁間土平均干密度的取樣自樁頂向下0.5m起，每1.0m不應少于2點（1組），即樁孔外100mm處1點，樁孔之間1/2處1

點。

所取樁體土試樣送實驗室測定其含水量、密度、干密度，樁間土試樣除進行常規項目試驗外，還進行了濕陷性試驗，浸水壓力為200kPa。另對現場所取的樁間土土樣進行了輕型標準擊實試驗，確定其最大干密度和最優含水量，本次檢測室內土工試驗均按《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999）的有關要求進行操作和試驗。

本次檢測共布設探井13個，共取得原狀土樣260件，其中樁頂標高下6.0m深度范圍內的土樣進行了濕陷性試驗，根據土工試驗結果，所取樁間土土樣的濕陷系數δs均小于0.015；根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）經地基處理后地基處理深度范圍內濕陷土層的濕陷性已消除。經統計地基處理后樁身長度范圍

內地基土的干密度、壓縮模量等都較處理前有所提高，擠密效果明顯。

三、結論

孔內深層強夯法可以有效消除地基濕陷性、提高地基承載力和壓縮模量。值得注意的是，樁的承載力發揮程度因場地土的性質不同而異，主要與土的滲透系數有關。另外，施工時的壓樁速度對承載力的時間效應也有較大影響，有待進一步研究。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家標準．濕陷性黃土地區建筑規范（GB 50025-2004）[S]．

[2]孔內深層強夯法技術規程（CECS197:2006）[S]．北京：中國計劃出版社，2006．

[3]高新文．濕陷性黃土地基處理技術研究[J]．山西交通科技，2008，（1）．

[4]馮志焱，等．孔內深層強夯法處理濕陷性黃土地基的一個實例[J]．巖土力學，2005，（11）．

[5]陳方明，等．大厚度自重濕陷性黃土場地孔內深層強夯法的應用[J]．建筑科學，2007，（5）．