深孔強夯地基處理論述

閻小茹

（咸陽市水利水電規劃勘測設計研究院 陜西 咸陽 712000）

隨著工業、民用建筑事業的發展，實際工程中不可避免遭遇深層濕陷性黃土和自然深層淤泥地基，深孔強夯，又稱D.D.C人工地基處理，就是針對軟弱地基加強處理的需要而產生的一種新型工藝。該技術在1990年由北京瑞力通地基公司提出并申請專利，其原理借助近年來國內外長螺桿鉆機造孔，在孔內填料，再用重錘夯實，使填料在錘擊下，不但向下而且向孔周壁擠壓，成為以填料向孔內周壁擠壓擴大夯實體，由孔深到地基面，提高承載力2倍～3倍。該工藝簡便、可靠、造價低廉，因此，自上世紀90年代起就在北京、上海、廣東、天津、河南、陜西、甘肅等省地多處使用，特別是在大型工業、民用建筑中應用廣泛。

1 深孔強夯地基處理工藝

1.1 成孔

用長桿螺旋鉆機，孔徑一般40cm～60cm，孔深以濕陷性和液化軟土層厚度而定，一般20 m～28 m。孔的垂直度控制在孔深的0.1%，孔徑誤差控制在2cm以內，并用驗孔器進行驗收。

1.2 填料

一般以工程地質和水文地質條件選用。水上多用3∶7或2∶8灰土、素土、砂、礫、磚礫、工業廢渣、粉煤渣等；水下除了素土和灰土不能使用外，其他材料均可使用。

1.3 強力夯實

分層填料，分層夯實。一般常用的錘重為1.8 t～2 t，每層填料約0.1m3～0.15m3。每次提錘高度以設計強夯能量選定，普通起夯提錘高度為10 m，連續強夯5次，隨著填料升高提錘高度減少，夯實次數增加。當孔內填料升高無法提高重錘落距時，增加強夯次數以達到夯擊能量。

2 深孔強夯處理地基的理論效應

深孔強夯處理地基一般成樁直徑大，且基土自然密度越低，成樁直徑越大。其特點：夯錘重、落距大、夯擊力大；圓錐體錘尖成40°～60°夾角，把夯擊力以錐面法線方向向孔壁傳遞擠壓，迫使樁間土和填料向外擠壓。每夯一錘，向外擠壓移動一次；連續數次夯擊，擠壓數次，夯擊力遠在100m外可感到較強振動。其橫向剖樁截面成樹木年輪狀，夯實效果較強。

2.1 夯錘構造

深孔強夯除夯錘重量大外，更重要的是錘尖成60°夾角，夯擊中除向下方擊實外，在錘尖法線方向產生向外下方強大的壓實力P分（夯錘構造如圖1）。

圖1 夯錘構造

圖2 深孔強夯樁體及側向壓實體

2.2 深孔強夯作用效果

強夯時錘擊能量沿孔壁周自下而上分布：

其中：S1為深孔強夯側向影響線；S2表示豎向影響線；R為錘重，取2t；H為落距，取10 m；μ1為機具摩擦系數，取值0.7。

夯擊中沿孔壁自下而上，樁徑D+2 S1（D為樁徑）和樁深H+S2的土柱體全部被強夯擊實并向外擠壓，所以深孔強夯的作用效果比一般地面強夯大，深孔強夯樁體及側向壓實體如圖2。

另外，由于夯錘產生強大的側向擠壓應力，可使比錘體直徑大8倍～10倍的坑洞在不移動夯錘位置下得到充分的夯實。

2.3 深孔強夯和一般灰土擠密樁比較

灰土擠密樁一般采用柴油打樁機將設計同直徑的鋼管樁打入土中，拔管成孔后回填2∶8或3∶7灰土加以夯實而成。樁身直徑300mm～450mm，深度4 m～10 m，夯錘重1 kg，夯錘直徑38cm，夯錘落距1 m～2 m，錘底平或略凸。用灰土夯填只有填料夯實，幾乎無側向擠壓力，其造孔擠壓力為成孔體積（以每米計）：πR2=π0.22=0.126m3，即每米擠入土內0.126m3夯實體。

深孔強夯夯錘重2 T，錘尖成60°角的圓錐體，成樁長度可達30 m，是灰土擠密樁的近3倍。施工中填料前對孔內原土空夯3次～5次，實際成樁還要加深4 m左右，夯實后成樁直徑一般60cm～100cm。樁間土和填料中的80%～90%以上空隙水分和空氣被夯擊力排出，土的結構框架在強力擠壓下重新組合，密實度增加，透水性和空隙度減小，承載力增大，全部改變了基土的結構力學性能。

夯擊能量：Q=1/2 m v2μ=275kN·m（m=2 kg，v=，h=20 m，μ 為機具和孔壁的磨擦系數0.7）。

若平均以成樁直徑80cm計，則夯實體體積為（以每米計）：π0.42=0.502m3，即深孔強夯較灰土擠密樁每米樁長多擠出0.376m3土體，比灰土擠密樁提高了3倍。

即由于強夯錘在和填料擊實接觸時在孔壁產生了強大的側向擠壓的能量，迫使樁徑擴大，壓實側向土層，這是深孔強夯具有的功能。

3 深孔強夯處理地基效果檢測實例

筆者曾參與寶雞第二發電廠冷卻塔地基處理，方案比選時檢測單位用多種方法對深孔強夯處理的地基進行了檢測，結果均滿足設計要求，以下結合該實例詳細介紹。

寶雞第二發電廠選址在寶雞鳳翔縣石頭坡村，地基為二類30 m深濕陷性黃土，容重為1.54 g/m3。原西北電力設計院設計地基承載力250kN/m2，3∶7灰土填料D.D.C方法施工，樁距1.5 m，樁深25 m，設計成孔直徑400mm。

深孔強夯地基處理后檢測結果為：

（1）用輕便觸探檢查，樁頂擊數達300次/m～350次/m，而且探桿無法拔出，后樁項免于檢驗。樁間土用輕便觸探，擊數40擊/m～50擊/m，推算承載量35 t/m2左右。

（2）中型觸探：65 kg錘重，樁間20擊/m～28擊/m,推算承載量32 t/m2～35 t/m2。

（3）靜壓荷載測驗：35 t/m2～40 t/m2，沉降量為0.01 m～0.015 m。極限破損測驗：50 t/m2，仍未破損，沉降量為0.02 m。

（4）濕陷性檢驗：系數為0.018＜0.02，基本上消除濕陷。

（5）自地面到樁底解剖試驗，即挖去樁間土，驗樁體形狀。由于基底土層軟硬不均，弱層樁徑達100cm,硬層65cm～70cm，樁體成大小不同的葫蘆形，填料和基土緊密壓成一體。

（6）在剖面內基層樁間取原狀土測密實度、壓縮量等全在95%以上，較原壓縮量減少了三倍，抗剪力提高了2.5倍。

（7）切樁測驗：由于多次重錘強夯，用具切平后，光滑面成樹木年輪狀，刀取一塊很困難。

多項檢測結果業主和專家都很滿意，樁及樁間土復合地基承載力達到320kN，比原基土承載力提高了近3倍，濕陷性完全消除，同樣深度下比擠密樁夯入灰土量多2.52倍以上。

4 深孔強夯施工技術的發展

深孔強夯地基處理技術使用近二十年有余，從理論上還需充分論證，施工規范仍參照擠密樁規范，機械設備、檢測方法等也還有待進一步提高、完善。

（1）機械設備還需進一步提高。現有的長桿鉆機施工中螺桿磨損快也易于扭斷。夯機原用蘇武烏卡斯改裝，放錘時反轉速大，機件容易損壞，后改為卷揚式夯機，操作簡便了，反轉時機械仍易損壞。

（2）吊錘距離計算時工人以卷揚機圈數計夯錘落距，不精確；擊實次數也由機手自數，易出差錯，此兩項有待更換為電子計數。

（3）夯機操作時工人塵土污染嚴重，工作條件很惡劣，亟待改進。

（4）由于吊錘和落錘都由機械操作，不但機械易損落錘，機械還降低了夯實效果，35%～40%夯擊力損失。

（5）原深孔強夯施工工藝要求錘體和孔壁間周側空隙為1cm，實際上此要求可放寬5cm～10cm，這樣可減少落錘時錘身和孔壁間產生的摩擦力，提高錘下降速度和提高夯實效果等。

圖3 水庫壩體加固平面示意圖

5 深孔強夯施工工藝在水利工程中的運用

由于深孔強夯錘尖有60°夾角，擊實中產生強大的側向壓應力，它在軟弱地基中使基土強化，因此推而廣之，在水利工程、公路工程中一些軟弱土層，需要清除換填的，可以采用深孔強夯加固，克服了傳統的挖、填等龐大工序，施工簡單、工程量小、工期短、造價低。例如小型水壩清基、堤防加固、隧道等松軟結構不良土層，若預先深孔強夯后可免除洞周壁大量滲漏及施工中的塌陷等事故，使之安全施工，減少工程造價和便于管理。

深孔強夯對土壩、土堤的加固施工見圖3～圖5所示。

圖4 水庫壩體加固Ⅰ-Ⅰ剖面示意圖

圖5 水庫壩體加固Ⅱ-Ⅱ剖面示意圖

6 結語

我國北方地區，中小型水庫多數是以土料作壩攔水，現在已有相當多水庫在使用過程中因壩體深層填土施工質量問題成為多年難以治愈的病險水庫，壩體多處出現坍塌、裂縫和漏水，嚴重的還局部出現滲出渾水，有管涌危險。由于這些都在壩填土深層部位，過去都用灌漿法，將稠糊狀可流動泥漿壓入病壩堤土深層填充補強，而實際在壩、堤內留存的干物質有限，需多次填補才能達到效果，若選用深孔強夯法，直接向壩、堤深處夯填土料加固，可提高壩堤隱患處土料密實度，消除塌陷、不均勻沉陷、裂縫、漏水等質量缺陷。如果隱患處是松軟土層，采取此法還可更大地提高密實度，有效消除土體密實度差所產生的病弊隱患。