兩階段成孔工藝DDC 法在高層地基中的應(yīng)用

溫江紅

1 簡介

孔內(nèi)深層強夯法(簡稱DDC法)是一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預(yù)定深度，然后自下而上分層填料強夯或邊填料邊強夯，形成高承載力的密實樁體和強力擠密的樁間土。DDC法處理地基的深度一般不宜大于30 m，承載力可達到600 kPa;并且具有很大的適用性，可用于素填土、雜填土、砂土、粉土、粘性土、濕陷性黃土、淤泥質(zhì)土等地基處理。

在實際施工過程中單一成孔工藝在深厚濕陷性黃土中處理效果不佳。當采用重錘夯擴成孔工藝時受夯擊能局限處理深度有限;而采用機械掏孔成孔時雖然處理深度較深，但淺層樁間土擠密效果不好。本文結(jié)合兩種工藝優(yōu)點合二為一，用于同一工程地基處理中，取得了較好的效果。

2 工程概況

太原市東山某小區(qū)住宅地上24層，地下1層，結(jié)構(gòu)總高度73.65 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)勘察報告:本工程場地地勢東高西低，具Ⅲ級濕陷。濕陷土層為第②層，③層，濕陷土層深度約為3.3 m～22 m。

3 地基處理方案及參數(shù)設(shè)計

初步設(shè)計:孔內(nèi)深層強夯樁樁徑400，正三角形布樁，樁距1.05 m，有效樁長18 m，樁端持力層為第④層粉土層，要求有效的樁長深度內(nèi)場地土濕陷全部消除，單樁承載力特征值不小于310 kN。

4 復(fù)合地基試樁實驗

4.1 試樁布置

為驗證地基處理方案的合理性和可靠性，檢驗復(fù)合地基設(shè)計和施工參數(shù)，為工程樁設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進行了兩組試樁實驗。實驗?zāi)康?1)評價樁間土濕陷性;2)測定樁間土擠密系數(shù);3)量測樁體直徑。

第一組試樁，樁長19.5 m，樁間距1.05 m;第二組試樁，樁長19.5 m，樁間距1.20 m，每組試樁均10根。采用機械洛陽鏟掏孔，孔徑400mm，孔內(nèi)填料為1∶3水泥土，每填入一定量的水泥土后，用重量為2.5 t的夯錘夯擊6次，夯錘落距為3.0 m。

對第一、二組試樁進行了檢測，布置探井2個:T1(第一組試樁區(qū))，T2(第二組試樁區(qū))。探井采用人工挖掘，人工刻取樁間土不擾動樣，取樣位置位于3根樁圍成的三角形形心，自打樁地表下 1.1 m 開始，取樣間隔1.0 m，另在 T1 探井3.0 m，10.0 m，17.0 m取樁間土擾動樣，所有不擾動土樣均進行了常規(guī)試驗，另進行了雙線法壓縮試驗，基底標高下10.0 m以內(nèi)最大加載壓力為400 kPa，10.0 m以下最大加載壓力為600 kPa;擾動樣進行了輕型擊實試驗。

4.2 檢測數(shù)據(jù)分析評價

根據(jù)探井描述并結(jié)合土工試驗成果，將試樁處地基分為如下3層:第①層濕陷性粉土:黃褐色，含菌絲、姜結(jié)石等，含水率介于8.9%～17.4%，層底埋深 6.4 m ～9.3 m。第②層濕陷性粉質(zhì)粘土:紅褐色，含菌絲、姜結(jié)石等，含水率介于16.1%～19.3%，層底埋深8.6 m～11.2 m。第③層濕陷性粉土:黃褐色，含菌絲、姜結(jié)石等，含水率介于13.3%～17.9%，該底本次檢測未穿透。根據(jù)土工試驗成果，樁間土的濕陷程度:第①層為中等～強烈;第②層為中等;第③層為輕微～中等。

4.2.1 樁間土濕陷性評價

T1探井第①層濕陷量的計算值為492mm，占總濕陷量計算值的55.1%，T2探井第①層濕陷量的計算值為480mm，占總濕陷量計算值的73.1%。根據(jù)計算結(jié)果，樁間土濕陷類型為非自重，濕陷等級為Ⅱ(中等)。

4.2.2 樁間土擠密系數(shù)

根據(jù)實測，T1探井的平均擠密系數(shù)隨深度不同為0.8～0.87，T2 探井的平均擠密系數(shù)隨深度不同為 0.79 ～0.87。

4.2.3 樁體直徑

根據(jù)實測，樁直徑隨深度不同自上而下為470mm～560mm。

4.2.4 T1，T2探井樁間土含水率

根據(jù)實測，T1探井的含水率為13.6～16.6，T2探井的含水率為 15.0 ～17.9。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析:第①層地基土濕陷性強，應(yīng)作為重點處理對象;T2探井處處理深度內(nèi)含水率普遍大于T1探井處，使雖然T2探井處樁間距大但濕陷量的計算值反而小得以合理解釋。樁間土濕陷類型為非自重，濕陷等級為Ⅱ(中等)。為消除濕陷性將樁間距調(diào)整為0.9 m，加大夯錘錘擊數(shù)及夯錘落距。

5 工程樁設(shè)計與復(fù)合地基檢測

5.1 工程樁設(shè)計

根據(jù)試樁實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果將地基處理方案更改為:孔內(nèi)深層強夯樁樁徑400，正三角形布樁，樁距0.9 m，有效樁長18 m，樁端持力層為第④層粉土層;孔內(nèi)填料為水泥土:7.0 m以上水泥:土為 1∶3，以下為 1∶5;要求 8.0 m 以上為重錘夯擴成孔，8.0 m 以下方可采用機械掏孔。要求復(fù)合地基承載力不小于360 kPa，樁身水泥土強度不小于4.0MPa。

5.2 復(fù)合地基檢測

工程樁施工完畢后，為檢測經(jīng)DDC法處理后的復(fù)合地基是否滿足設(shè)計要求，進行了復(fù)合地基承載力特征值、樁間土濕陷性評價和樁身水泥土強度的檢測。

經(jīng)檢測:1)復(fù)合地基承載力特征值為446 kPa，達到設(shè)計要求。2)樁間土濕陷性已消除。3)第①層粉土樁間土的最小擠密系數(shù)介于0.91～0.97之間，第②層粉質(zhì)粘土樁間土的最小擠密系數(shù)介于0.90～0.94之間，第③層粉土樁間土的最小擠密系數(shù)0.88，達到 GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范第6.4.4條要求。4)水泥土樁芯試件抗壓強度為4.6MPa～10.0MPa之間，達到設(shè)計要求。

5.3 沉降觀測

本工程從2010年10月15日開始觀測至2011年5月11日施工至23層(主體24層)，總沉降量最大值為8.9mm，最小值為7.7mm，滿足規(guī)范要求。沉降觀測記錄見表1。

表1 沉降觀測記錄

6 結(jié)語

本工程成功實施，為我國黃土地區(qū)中在深厚濕陷性黃土層上施工高層建筑及類似重載項目提供了很好的借鑒作用。采用兩階段成孔工藝DDC法有以下優(yōu)點:1)處理深度不受限制。常見高層建筑多為甲類建筑，規(guī)范要求全部消除地基濕陷性，兩階段成孔工藝DDC法中深層成孔采用機械掏孔，突破了重錘夯擴工藝對處理深度的限制。對設(shè)備能力要求不高(機械洛陽鏟即可)，可穿透全部濕陷土層，不留隱患。2)沿樁長范圍內(nèi)消除濕陷效果明顯。兩階段成孔工藝DDC法中淺層成孔采用重錘夯擴后，利用成孔的擠密性和成樁的擠密性，很好的消除了淺層土體的濕陷性(當采用全長均為機械掏孔施工工藝時，由于淺層部分夯錘行程短，夯擊能小，加之表層土體含水率低，很難完全消除淺層土體的濕陷性)。3)復(fù)合地基承載力提高明顯。淺層成孔采用重錘夯擴后由于不取土進行填料強夯，成樁后樁體直徑較小，深層成孔采用機械掏孔先取土后進行填料強夯，成樁后樁體直徑較大。結(jié)合上述特點，通過調(diào)整填料水泥土配合比:淺層采用1∶3配合比水泥土，深層采用1∶5配合比水泥土，保證樁體變徑處及樁長范圍內(nèi)樁身強度與樁承載力匹配，沿樁全長均能很好傳力，從而保證了復(fù)合地基承載力提高。4)復(fù)合地基壓縮模量小，建筑物沉降變形較小。使得在濕陷性黃土上利用復(fù)合地基蓋更高的高層建筑成為可能。5)經(jīng)濟社會效益明顯。相比在濕陷性黃土地區(qū)高層建筑中常用的鋼筋混凝土灌注樁，本文所用兩階段成孔工藝DDC法作用機理不同:DDC法通過擠密消除土體濕陷性和增設(shè)豎向加筋體，改良土體，變廢為寶，樁長較短，復(fù)合地基承載力提高明顯;而灌注樁由于必須要有一定長度樁長平衡濕陷土層段負摩阻力，樁長會很長，樁基部分造價遠高于DDC法。同時DDC法設(shè)備簡便，成樁速度快，可縮短施工周期。6)結(jié)合本工程經(jīng)驗，建議類似場地中采用兩階段成孔工藝DDC法試樁時，宜采用正三角形布樁，樁距根據(jù)濕陷等級取0.9 m～1.1 m之間，水泥土配合比:淺層采用 1∶3，深層采用 1∶5。

［1］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ CECS 197∶2006，孔內(nèi)深層強夯法技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］ GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準［S］.