樁基礎施工新技術專題講座（三十四） 孔內深層強夯法和孔內深層超強夯法

地基工程是建設工程中極其重要的組成部分，不論是“雜填”、“軟弱”、“濕陷”、“液化”及“膨脹”等問題的處理，還是具有“腐蝕介質”、“地下水”、“大厚度”建筑垃圾及塊石高填方等疑難地基的處理都在不同程度上存在著十分棘手的難題。往往由于地基工程的特殊性和處理方法存在缺陷性，不但給工程造成了巨大的經濟浪費，而且還給工程的安全帶來了隱患。

目前環保工程的無機固體污染物（土、碎磚瓦、石、砂、工業廢料、建筑垃圾以及它們的混合物粉塵等），都給社會造成嚴重的危害。隨著社會建設的發展，這個問題將越來越嚴重，污染江河海灣、城市農村、阻塞道路江河。西安長城巖土工程有限公司司炳文先生獨創的新型地基處理方法孔內深層強夯法（DDC）技術及孔內深層超強夯法（SDDC）技術等，巧妙地解決了這些“疑難雜癥”。陜西隆岳地基基礎公司司建波先生創建出DDC工法自動化施工技術和SDDC工法自動脫鉤新技術，大大地推動和發展孔內深層強夯地基處理工法的廣闊應用。

孔內深層強夯法

DDC工法基本原理

孔內深層強夯法（down-hole dynanic consolidation）是一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預定深度，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（以下簡稱DDC法）。

碴土樁復合地基是指用建筑垃圾、雜土、素土、石料、灰土、無毒工業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合地基。

DDC工法適用范圍

DDC法適用于素填土、雜填土、砂土、粉土、黏性土、濕陷性黃土、淤泥質土等地基的處理。

DDC法處理地基應采用素土、砂土、碎石、建筑固體垃圾、工業廢料、灰土、混凝土以及其他的非腐蝕性混合物，對地下水無污染的材料作為樁體填料。

DDC法處理各類軟弱地基時，以動力同結為手段，采用無機材料，如無機無毒的固體土、砂、石料、碎磚瓦、工業廢料以及它們的混合物等為填料，達到節約鋼材、水泥，降低成本，節約耕地、保護生態環境，具有綠色工程技術效應的特征。除了適用上述所列的應用范同外，對沙漠、垃圾場以及工業廢料堆場的處理都有明顯的效果。

DDC工法技術特點

DDC法是通過機具成孔（鉆孔或沖孔），然后通過孔道在地基處理的深層部位進行填料，用具有高動能的特制重力夯錘進行沖、砸、擠壓的高壓強、強擠密的夯擊作業，從而達到加固地基、消納垃圾、碴土的目的，使地基承載性顯著改善。這是一般地基處理技術都不具備的，具有顯著特色的建筑地基處理方法。

與強夯法相比，DDC法采用特制重錘進行夯擊作業，由于樁錘直徑小，能產生數干kN·m/m2高壓強動能，因此在具有相同夯錘重和落距條件下，DDC法的單位面積夯擊能量比強夯法大很多。施工時由深及淺在孔內分層填料，分層強夯擊或邊填邊夯，因此本法具有高動能、高壓強、強擠密作用。在深層直接加固軟弱下臥層，自下而上均勻加固地基，最深可達30m，而強夯法有效深度一般只有10m左右。此外，DDC法樁錘分為呈尖錐桿狀或呈橄欖形狀，夯擊時比平面錘優越得多。夯擊時，對下層填料是深層動力夯、砸、壓密，對上層新填料是動力夯、砸、劈裂和強制側向擠壓。通過樁錘的動力夯擊，在錘側面上，產生極大的的動態被動土壓力，錘推土迫使填料向周邊強制擠出，樁問土也被強力擠密加固。再則，DDC法處理的地基，自上而下都得到加固，呈均勻密實狀態。而強夯加固的地基上強下弱，有軟弱下臥層時，則達不到地皋加固的目的?？傊肈DC法處理地基的密實性和均勻性均好，夯擊能量高，加固深度大；而樁錘比強夯錘重量小，對機具要求條件低，所產生的公害也小，比強夯法有很大的優越性。

與柔性加固樁相比，DDC法在加固地基時，采用較重夯錘，孔內加固料單位面積受到高動能、強夯擊，使地基土受到很高的預壓應力，處理后的地基浸水或加載都不會產生明顯的壓縮變形，地基承載力可提高3～9倍。最大處理深度可達30m。而且樁間土也受很大側向擠壓力，同樣也被擠密加固。樁周土被擠密形成了強制擠密區、擠密區以及擠密影響區、復合地叢的整體剛度均勻，這是一股柔性樁加固地本難以取得的效果。已廣泛使用的雙灰樁、灰土樁、砂樁、碎石樁等柔性加同樁，其最大缺欠是加固施工用的樁錘小，成樁的樁徑小，夯擊能量小，加固料要有選擇性，壓密效果低，對樁側土擠密的側壓力小，樁間土被加固的效果較差。加固后的復合地基，其承載性狀雖有改善，但加載后都會發生變形或浸水有濕陷量。用這類柔性樁加固的復合地基，其地基承載力一般不超過原地基的2倍左右或接近于天然地基。且由于施工機具的限制，其處理深度也是有限的。

與混凝土灌注樁相比，DDC法由于施工時不斷對側向土產生強制擠壓作用，以至成樁后樁側土對樁體產生很好的“抱緊”、“咬合”作用，增大了樁與樁間土的密實性，形成良好整體受力的復合地基。而混凝土灌注樁在成孔施工時，對周邊土的擾動，未起到側向擠壓加固作用，混凝土硬化時收縮，使樁體混凝土與樁側土間出現縫隙，造成樁側摩阻力下降，尤其對以摩阻力為主要承載能力的長樁，其承載力損失較大。

DDC法技術的獨特之處，在于不受任何復雜地質的制約，機械化施工程度高，施工質量容易控制，又能就地取材，如建筑碴土、工業無毒廢料、素土、砂、砂卵石、毛石、粉煤灰、土夾石、灰土、混凝土等等都是DDC法各種樁體的材料。它的成本之低，是鋼筋混凝土樁無法相比的。DDC樁在施工中噪音低，又不受氣候條件影響。

DDC法可夯成各種樁體，根據孔內填料，如土樁、砂樁、碎石樁、灰土樁、三合土樁、水泥土樁、生石灰樁、粉煤灰樁、碴土樁等。表1對各種樁型的用料、含水量、粒徑、配比等僅作了原則的限定。還應根據設計和施工中地基處理的目的、巖土工程的特征、材料的供應、雨水的影響而定。

DDC法既可夯造單組分的素土樁，也可夯造兩種混合材料、三種或三種以上的混合材料的多組分的樁種。

DDC工法優缺點

優點DDC法適用范圍較廣，特別是采用無機、無毒固體的土、砂、石料、碎磚瓦、灰土、混凝土塊、工業廢料以及它們的混合物等處理地基，不僅變廢為寶，而且節約材料，降低工程造價，保護了生態環境。這是DDC法的一大特點。

具體而言，有如下優點：①適用范圍廣泛，可用于各類地基處理。②用料標準低，就地取材。③具有高動能、高壓強和強擠密效應。④夯擊處理后地基承載力提高顯著。⑤地基加固處理深度大。⑥成樁直徑大，擠密加固范圍大，樁呈串樁狀。⑦復合地基壓縮模量高，承載性狀好，沉降變形小。⑧技術、經濟、社會效益好。

缺點①設備自身沒有持續改進，自動化程度低。②質量不穩定，主要原因是人為因素影響較大，受操作者技術熟練程度、質量意識影響較大。③受成孔垂直度、場地平整度影響夯錘不能達到在孔內自由落體的程度。

DDC工法設計要點

DDC法地基處理的技術效果與成孔條件有密切關系。根據場地的工程性質、環境條件，可優先采用長螺旋鉆機成孔、掏孔，還可采用柴油錘、振動錘沖擊孔，其核心是達到引孔將重錘放入孔中，以便填料強夯，進行深層的地基處理。

DDC法的樁端與一般樁基礎一樣，應置于密實層或卵石層等承載性狀好的土層上。該技術成樁時采用孔內強夯擠擴，對樁端土層有擠密加固的作用。當樁端沒有較好的土層時，可采用DDC法加固改良樁端土層，如置入干硬性混凝土、碎石、建筑垃圾等材料，通過夯擊形成樁端加固土層作為樁端持力層。設計時應通過試夯和檢測確定加固技術效果。

DDC法處理地基深度不宜大于30m。處理后的復合地基承載力特征值不宜大于600kPa。

DDC工法施工

DDC工法在工程中應用時，大多采用成孔直徑400mm，成樁直徑550mm。

施工準備要點①DDC法處理地基范圍廣，用料易得，技術含量高。為了工程的安全和質量，實施單位必須取得專利技術培訓。未取得資質證書的單位，不得進入該項技術的實施。②由于DDC法采用預鉆孔、掏孔和重錘沖擊成孔等工藝，故應根據施工工藝的不同、現場設備的數量、場地條件等，制定最佳作業流水線保證施工安全。③樁體填料必須按設計要求在現場配制，尤其對摻有活性材料的填料應由專人進行監督配制。填料可就地選用各種無機固體材料及其混合物等。其中有機物含量不超過10%～15%。填料的標準必須按表1控制，根據該技術的特征，其配比及均勻性用裝載機拌和。④樁體填料粒徑的限量是根據一般設備動能壓強所定。在特殊條件下，只要孔徑能放入所需的粒徑，超壓強動能錘可將其在孔內予以粉碎，砸入孔底，擠入樁周。配比的限定是根據工藝設備和成樁的技術特征而定，對活性材料是以裝載機斗容量配合攪拌，只要按其配比，裝載機幾次翻倒攪拌和高動能的壓強擠擴即可將材料粉碎攪拌均勻。含水量限定是達到活性材料膠化的一個重要因素，DDC法對其低位和高位都作了限定。對于素土樁含水量應越低越好，碴土樁的含水量無論高低均可能使用。

機械成孔要點①根據土層物理力學性能，優先采用鉆孔、掏孔的成孔方法，還可采用柴油錘、振動錘沖擊成孔，如土層內含有塊石或松散土層是，可采用沖擊成孔或機械挖孔。對特殊土層（如沖孔困難）以兩錘落距不大于150mm的方法控制成孔深度，即可達到處理深度的要求。②場地應平整，承載力不應低于120kPa。成孔機械應保持垂直穩定，垂直度偏差不應大于孔深的2.5%。成孔中心偏差不應超過樁徑的1/4。③成孔深度應滿足設計要求。根據土質情況也可在孔底預留一定厚度的原土層，以重錘夯沖至地基處理設計深度，強夯樁底影響深度應為1～2m。根據設計要求，可在孔底做一人工持力層或擴大頭。

強夯作業要點①強夯前必須按成孔質量標準要求對已成孔的直徑、垂直度、標高、孔內的沉碴情況以及有無積水等進行檢查，凡不符合成孔質量標準者，均須進行處理。如出現未達到設計標高的情況，應在孔內達到兩錘落距不大于150ram時，方可進行填料強夯施工。②DDC法施工過程中，應按規定的填料標準、質量、數量、夯錘擊數和落距等有關設計參數進行作業。③DDC法作業時，強夯重錘應與樁孔中心對中，下落時呈自由落體狀態，其深度允許偏差應為±500mm。④DDC法施工時，當遇到縮孔時，可用硬骨料夯填消除塌孔影響。DDC法在強夯中，克服縮徑是很重要的一個環節，如在實施中不能克服這一難題，將無法達到設計要求。因此，必須處理后方可施工。⑤DDC法施工時，樁頂應高出設計標高500～1000mm，當按設計要求挖鑿至設計標高，填完褥墊層后，應對場地實施低能量滿夯一遍。⑥強夯分輕夯（夯錘質量為數百公斤）或重夯（夯錘質量為1000～5000kg）。

DDC工法自動化施工技術

由前所知，DDC工法在北方黃土層或其他土層中加固地基時，常用的方式是先用鉆孔或用柴油錘、振動錘沖出一個孔，再向孔中填土，用輕夯（夯錘質量為百kg級）或重夯（夯錘質量為1000～5000kg）夯實。一股成孔速度數倍于夯實速度。一臺成孔機往往要配數臺夯實設備。迄今為止，所有重夯機都南人工操作手動施工，勞動強度很高。如果實現重夯機自動化，即自動提錘，自動送料，同時按孔徑大小使送料與夯擊速度相配合，便能實現全自動化施工。這將減少用工人數，降低工人勞動強度，提高施工效率并確保施工質量。

全自動重夯機結構圖如圖1所示。

圖1為自動送料自動夯實的自動重夯機。用兩個電液推桿代替人工操作溜放式卷揚機的剎車和離合器，立柱頂端有個常閉型壓力開關，卷揚機的行星離合器端部電液推桿的電路中串聯有時間繼電器，傳送帶電路中并聯有時間繼電器。離合器電路的時間繼電器控制提錘高度，使重錘在預定的高度落下。重錘落地后壓力開關啟動卷揚機自動提錘。傳送帶電路中的時間繼電器調整送料量，使之與錘擊頻率相匹配。

該裝置提高了施工效率，減少了用工人數，降低了勞動強度。能夠自動記錄填料量和夯擊次數，便于監督，從而確保施工質量。不送料時，該裝置可作全自動強夯機使用。

孔內深層超強夯法

SDDC工法基本原理

孔內深層超強夯法（super down-holedynamic consolidation）與DDC工法一樣，亦屬一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預定深度，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體，簡稱SDDC法。

該法對樁間土能夠實現兩次擠密，具有錘體自重大、成孔和成樁直徑大、樁體和樁間土密實度大（樁體壓實系數0.97～1.00；樁間土擠密系數0.93-0.97）、復合地基承載力高（3：7灰土300～350kPa；2：8灰土250～300kPa；素土200～250kPa）且施工可靠度大的特點。

SDDC工法與DDC工法的差別

SDDC工法是在DDC工法的基礎上，從“方法”和“動能壓強”方面對地基土層和填料進行“超動能高壓強”的強夯，從而使地基處理和碴土消納獲得更新換代的技術效果。兩者的差別見表2。

SDDC工法加固機理

SDDC樁在成孔過程中，迫使孔內原狀土側向擠出，使樁周一定范圍內的土體受到擠壓、擾動和重塑，在填料時，迫使孔內填料再次側向擠壓孔壁，使樁周更大范圍內的土體再次受到擠壓、擾動和重塑，強夯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，從而提高土的密實度和抗剪強度，改善土的變形特性，形成的串珠狀樁體與樁間土相互咬合（見圖2），承載力高，消除黃土濕陷性效果顯著。

加固機理可歸納為：①成孔及成樁過程中對原土的動力擠密作用；②樁體充填置換作用（包括樁身及擠入樁間土的骨料）；③生石灰的水化和膠凝作用（化學置換）。

SDDC工法施工

現以位于西安南郊某建筑物為例，加以說明。

擬建建筑物設計SDDC樁353根，樁長以穿透所有濕陷性土層進入不具濕陷性的層黃土1m為準，長約12m，根據設計的需求，成樁直徑分別為1500mm、1800mm兩種，地基采用SDDC樁樁基礎，柱下布樁的形式處理，樁間距2.5～2.7m，局部加樁。單樁極限承載力對應上述樁徑設計分別要求達3000kN、3600kN，樁體回填料采用3：7灰土，灰土壓實系數不小于0.96。

施放樁位 施工前根據設計圖紙，確定建筑物控制軸線，將樁的準確位置施放到樁基施工作業面上，做好明顯標志。

沖擊成孔 采用帶樁架起重機，起吊重錘（直徑約1.4m，重約15t的橄欖形錘）沖擊成孔。在樁機就位，對正、調平后，起吊重錘到一定高度，一般可提升15～18m，相當于2000～2500kN·m的夯擊能量，使錘自動脫鉤，借助其動能沖入土中。反復進行上述操作，直至孔深達到設計要求。

強夯成樁 孔深達到設計深度后，先對孔底進行空夯，在樁端形成擴大頭，再用裝載機將拌合好的填料分層填入樁孔夯實。每次填料2m3，采用4～6擊（以1/2樁長為界，成下部樁采用4擊，成上部樁由于錘落距變短，采用6擊）控制成樁質量。夯擊時務必保證錘做自由落體運動，防止錘擊能量損失。

在濕陷性黃土地區，SDDC樁省料、工期短、造價低，經濟效益明顯，特別在處理小高層，多層，人防以及別墅等工程中，經濟優勢更加突出。

SDDC工法與常規鋼筋混凝土灌注樁施工方法的聯合使用 現以位于西安市北郊5棟33層高層建筑物為例，加以說明。該場地原為磚瓦場取土坑，雜填土厚度大部分為10.0m，最深處達24.3m。相差懸殊。雜填土以建筑垃圾為主，含較多磚瓦塊及灰渣，局部含有大塊的水泥塊、樓板、破樁頭。雜填土以下為黃土和古土壤，均具濕陷性，層底埋深9.00～22.10m；鋼筋混凝土樁長度為37.5m，樁端位于可塑、中等壓縮性的粉質黏土中。成孔以旋挖鉆機為主、沖抓錐為副，對大塊混凝土塊則用SDDC大錘夯擴。圍繞灌注樁樁位布置SDDC樁位。采用SDDC法預處理，壓密大厚度雜填土、提高樁間土的密實度、消除樁側負摩阻力，為樁基成孔和提高單樁承載力創造條件，在鋼筋混凝土灌注樁的點位，回填夯實時采用素土，其余滿堂布SDDC樁則使用渣土。SDDC樁的直徑1400～1800mm樁間距1600～2800mm。鉆孔灌注樁孔，經擠密夯實的壓實系數大于0.97，擠密系數大于0.93，SDDC樁長10.0m～17.5m。鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機成孔，成孔直徑600～800mm，樁長37.5m。在這樣的背景下進行混凝土灌注樁施工，成孔比較容易，樁側阻有一定程度的提高，而且樁身周邊回填土層穩定、均一，回避了渣土區樁側阻變化無常這一弊端，其結果是鋼筋混凝土灌注樁的承載力提高與相對穩定。5棟建筑物鋼筋混凝土灌注樁的單豎向極限承載力的實測值均大于設計值（6600kN），滿足設計要求。

SDDC工法優缺點

優點①可處理各類疑難地基。②具有超動能高壓強的特征。③處理后的地基“承載力高”。④消除“濕陷”、“液化”性能好。⑤采用橄欖形錘沖擊成孔，成孔速度快，效率高。⑥處理地基深度大。⑦可以就地取材，凡是無機固體材料如土、砂石、碎磚、混凝土塊、建筑垃圾、工業廢料及其混合物均可采用。⑧成孔時無需取上，與鉆孔灌注樁等其它方法桐比，該方法可節約鋼材、水泥、減少成孔時的土和泥漿外運，降低工程造價。⑨可與常規鋼筋混凝土灌注樁施工方法聯合使用，提高單樁承載力，用于高層建筑基礎。⑩施工現場干凈，無泥漿污染，對周圍環境的影響小，施工公害小。⑩可大量消耗廢料和垃圾。

缺點 由于設備大，夯錘重，在一些噪聲、振動敏感區域施工會受影響。

SDDC法施工自動脫鉤新技術

為了消除人工拉繩使重錳脫鉤這一既笨重又小安全技術的隱患，現已開發出一種操作便捷、安全可靠、成本相對較低的自動脫鉤新技術。

圖3為自動脫鉤裝置結構圖。圖4為自動脫鉤裝置液壓原理圖。

圖3為使用遙控器操作的重錘自動掛（脫）鉤裝置，該裝置主要由配重、油缸、彈簧和四連桿組成，其特點是雙伸型油缸兩腔和一個兩位電磁閥通過油管構成閉合的油路，兩位電磁閥由遙控接收器接通電源換位，配重壓在四連桿上方，彈簧一端固定于四連桿下方，另一端固定在油缸外壁上，四連桿上部沿油缸軸線上下移動，下部固定在油缸的活塞桿上。

由圖4液壓原理圖可知：閉合的油路中，當電磁閥處于接通位置時，油缸的上下兩腔相接通，液壓油可從一腔自由流到另一腔。當電磁閥處于切斷位置時，上下腔間的油路被切斷，上下腔互不相通。當上下腔間油路接通時，活塞桿可以在外力作用下，移動或伸長或收縮；當上下腔間油路切斷時，即使有外力，活塞桿也保持原有的伸長或收縮位置不變。

由圖3可知，活塞桿的位置決定四連桿的狀態：雙伸活塞桿下端伸長時，四連桿縱向伸長，橫向收縮；活塞桿下端收縮時，四連桿縱向收縮，橫向伸展。

使用時，該裝置插入重錘的內錐型掛桶內，通過裝置自重，四連桿將配重頂起，插入后在配重的重力作用下，四連桿橫向伸長，鉤住掛桶，提起重錘。當提升重錘到預定高度后，操縱電磁閥接通油路，油路一旦接通，四連桿在重錘的強大重力作用下克服彈簧的拉力，使活塞桿下端伸長，四連桿隨之縱向伸長，橫向收縮，重錘隨即落下，彈簧將活塞桿復位，由此實現了自動掛鉤脫鉤。

自動脫鉤新技術的特點和優勢：①遙控操作，自動脫鉤落錘砸孔夯實。②夯擊動能加大，成孔成柱質量保證。③單體工效提高，有效縮短工期。④勞動強度降低，施工人員安全得到保障。⑤自動脫鉤裝置結構簡單可靠耐用。