DDC法處理濕陷性黃土地基的應用

晉 煒

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

0 引言

濕陷性黃土的典型特點是黃土受水浸濕狀況，在一定壓力下，土體結構迅速破壞并產生顯著下沉的特點。黃土作為濕陷性土的典型代表在世界范圍分布廣泛，據估計整個歐洲黃土的覆蓋面積約占10%，亞洲約占30%，以前蘇聯約占15%；中國黃土分布面積達60萬km2，黃土厚50 m～80 m，是世界上最大黃土覆蓋區，其中約為43萬km2具有濕陷性的。我國濕陷性黃土主要分布地為陜西、山西、甘肅的大部分地區、河南西部和寧夏、青海、河北的部分地區，此外，遼寧、山東、黑龍江及內蒙古自治區、新疆維吾爾自治區等局部地區亦分布有濕陷性黃土。根據GB 50025—2004濕陷性黃土地區建筑規范可知濕陷類型分非自重濕陷性和自重濕陷性；濕陷等級為：Ⅰ級～Ⅳ級。在濕陷性黃土場地進行基本建設，需根據工程要求和濕陷性黃土的特性，因地置宜，采取綜合治理措施，防止地基濕陷對建筑物產生危害。綜合治理包括地基處理、防水措施、結構措施三方面措施。其中地基處理措施是改善土體濕陷性根本性措施，是治理場地濕陷性的治本之策，它的目標是通過改善土的物理力學性質，減少或消除地基的濕陷變形。

1 工程概況

山西長治市區某地塊，建設大型居住小區，總建筑面積超60萬m2。建筑物基本為地下2層，地上12層～18層的小高層住宅。根據地勘報告，該場地濕陷深度在3.4 m～13.4 m，濕陷量為221.00 mm～32.40 mm，自重濕陷量小于70 mm，場地濕陷類型為Ⅱ級非自重濕陷；但部分地塊因第一層雜填土厚，無法人工挖掘探井，根據地區工程實踐經驗，該區塊場地為Ⅱ級自重濕陷。根據地勘可知，本項目地塊主要土層分布自上而下為：第①層為雜填土，厚度為0.7 m～9.2 m；第②層為濕陷性粉土，厚度為2.1 m～10.4 m，地基承載力特征值fak=120 kPa，Es=8.61 MPa；第③層為濕陷性粉質粘土，厚度為1.3 m～3.1 m，地基承載力特征值fak=150 kPa，Es=4.35 MPa；第④層及以下均為粉質粘土，僅土的受力性能略有差異，地基承載力特征值fak≥200 kPa。地基基礎設計等級為乙級。

2 方案的選擇

本工程中場地為濕陷性黃土，根據項目特點，本項目地基承載力按地基承載力特征值fak=200 kPa～280 kPa考慮；場地濕陷性處理深度最大處接近13 m。依地勘可知場地天然地基承載力不能滿足建筑的載荷要求，故地基處理時要求兼顧二者，既要消除建筑地基下土體的濕陷性，又要提高地基的承載力。

目前，墊層法、擠密樁法、多樁型復合地基法、強夯法及孔內深層強夯法(DDC法)是國內處理濕陷性黃土的一般方法。

墊層法，根據文獻[2]可知，對于多層建筑，當地基為Ⅱ級濕陷性時，對于非自重濕陷性黃土場地，要求未處理的下部濕陷性黃土層濕陷起始壓力值不小于100 kPa且地基處理厚度不小于2.0 m；對于自重濕陷性黃土場地，要求未處理的下部濕陷性黃土層剩余濕陷量不大于200 mm且地基處理厚度不小于2.5 m。該方法通常采用整片土換填法，換填土料包括素土墊層和灰土墊層，通過整片換土處理，將非濕陷性符合要求土料經分層回填、碾壓，變為壓縮性低、密實好的土層，且均勻性良好。經實踐證明，該方法能使黃土濕陷性消除，地基強度提高。土墊層承載力特征值，一般采用靜載荷試驗或輕型動力觸探法測定，對素土墊層不宜超過180 kPa，灰土墊層不宜超過250 kPa。結合本項目地基土特點，該場地濕陷性土層太厚，采用該方法消除濕陷性難以滿足規范要求，且地基承載力也不能滿足實際荷載要求。

擠密樁法是一種柔性樁復合地基，它通過樁身的夯實和樁間土的擠密達到提高地基強度的目的，又通過擠密樁間土達到消除濕陷性的目的，是處理濕陷性黃土地區地基的重要方法之一。該方法可處理的濕陷性黃土層厚度5 m～15 m，其地基承載力特征值灰土擠密樁法多在200 kPa～250 kPa范圍內，且不宜大于處理前天然地基承載力特征值2.0倍；素土擠密樁法多在150 kPa～180 kPa范圍內，且不宜大于處理前天然地基承載力特征值1.4倍。根據本項目地基特點，采用本方法處理地基承載力僅僅最大達240 kPa，考慮本項目地下水位偏高，可能影響擠密效果，綜合考慮本方法難以實現工程要求。

多樁型復合地基法是先采用擠密法將黃土層濕陷性消除，再采用剛性樁提高地基承載力的多樁型復合地基。該方法能較好的實現本項目既消除濕陷性又提高地基承載力的雙重目標。但該方法分兩次施工，工序多，工期長，濕陷性土層處理厚度受擠密法限制，且施工造價較大，綜合考慮，該方法并不是本項目的最理性地基處理方法。

強夯法是一種最經濟的處理方法，強夯法的優點表現為施工工藝簡單、工期短、節約材料、適用范圍廣和地基加固效果顯著等。強夯法處理濕陷性黃土地基，有效處理深度可達起夯面以下10 m左右。但強夯法所引起的灰塵、噪聲及震動會對周邊居民造成極大的影響，而本項目場地所處四周均近距離有居民建筑和其他建筑物，故該方法在本項目中不宜采用。

孔內深層強夯法(DDC法)，該方法先采用機械成孔至預定深度(小直徑孔)，然后自下而上分層填料強夯或邊填料邊強夯(夯擴后樁徑較孔徑大)，夯擴后形成強力擠密的樁間土和高承載力的密實樁體。該方法處理后復合地基的整體剛度均勻，除提高地基承載力外，同時消除地基深層的濕陷性，一次施工解決消除濕陷性和提高地基承載力的問題。依文獻[3]可知，DDC法最大處理深度可達30 m左右，處理后復合地基承載力可達600 kPa，樁體直徑可達0.6 m～3.0 m，基本可以滿足一般高層建筑承載力要求。該方法填料選擇多樣化，其中建筑固體垃圾、雜土、無毒工業廢料及其混合物均可作為樁體填料，是一種綠色施工技術，且其造價低，施工方便，噪聲小，對周圍環境影響小。依本項目地基特點及結合項目地采料的方便性，采用碎石作為填料的DDC法。

3 DDC法工程應用實例

根據不同地基處理方法的特點及地勘提供的地質資料，綜合考慮，山西長治市區某地塊大型居住小區建筑物地基處理均采用DDC法。地基處理設計DDC樁孔直徑400 mm(夯后樁徑≥550)，樁呈正三角形布置，樁間距為900 mm。成孔方式可采用預鉆孔方法；有效樁長均為12 m，樁體填充材料為天然砂卵石摻不小于5%水泥(體積比)，樁基布置圖如圖1，圖2所示。

在大面積開展地基處理前，選擇合適地塊先做試樁，試樁結果顯示復合地基極限承載力標準值達800 kPa～880 kPa，試驗過程中最大沉降為53.11 mm，處理后的地基土濕陷性全部消除。工程樁施工完成后按要求做復合地基載荷試驗，試驗結果顯示：地基承載力特征值滿足設計不小于280 kPa要求，試驗過程試驗沉降量為23.69 mm～25.83 mm，處理后地基土濕陷性全部消除。主體施工完成，建筑沉降觀測數據顯示，建筑總體沉降均勻，最大沉降量滿足規范限值要求，就單個單體為例，A區2號樓，建筑周圈設15個觀測點，最大平均沉降量區間值為31.36 mm～41.64 mm(≤200 mm)，整體傾斜值為0.000 325(≤0.003)，滿足建筑變形要求。

4 結語

1)地基處理方法眾多，應對每一種地基處理方法的優、缺點深入掌握，根據每種處理地基方法的特點及處理效果并結合綜合造價的考慮，做出符合項目地基最有效的地基處理方法。

2)DDC法可以一次性既消除場地黃土層濕陷性又提高地基承載力，且可以利用固體廢料或項目地方便取材的填料，施工快捷，造價合理可控。同時DDC法地基處理深度深，地基承載力提高幅度大，是其他復合地基處理方法都難以實現的。

3)結合工程實例進一步驗證了孔內深層強夯法(DDC法)在處理濕陷性黃土地基的效果,為濕陷性黃土地區推廣DDC法提供一次實例驗證。

[1] JGJ 79—2012,建筑地基處理技術規范[S].

[2] GB 50025—2004,濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[3] CECS 197∶2006，孔內深層強夯法技術規程[S].