DDS樁在高速鐵路復合地基工程中的適用性

趙治冶

（山東鐵路投資控股集團有限公司，濟南 250102）

全螺紋灌注擠土樁（Drilled Displacement Piles with a Screw-shaped Shaft，DDS）是在Atlas樁、SVB樁施工技術基礎上發展而來的，具有一定的擠密和螺紋增效作用。理論上DDS 樁在提高復合地基承載力方面優于常用的水泥粉煤灰碎石（Cement Fly-ash Gravel，CFG）樁。在房屋建筑等領域DDS樁逐漸得到應用［1］，相關部門頒布了其專用的行業標準［2］。在鐵路領域，因缺乏系統的設計標準和施工規程，且對不同地質條件下豎向承載特性和群樁效應機理研究不足［3-5］，往往簡單地認為DDS 樁的復合地基承載力一定優于同條件的CFG 樁。由于沒有專用于DDS 樁的施工工裝和工藝要求，在部分高速鐵路建設項目中采取與CFG 樁相同的設計方案，對利用DDS 樁進行復合地基處理的適用性缺乏認識。

本文結合魯南高速鐵路日曲段的實際情況，選擇不同地質條件的施工區段，以CFG 樁為對比，通過復合地基載荷試驗研究DDS 樁在鐵路復合地基處理工程中的適用性。

1 試驗方案

1.1 地質概況

為探明DDS 樁在不同地質條件下的適用性，選擇曲阜東站NDK010+600.00—NDK010+813.35 加固區段（簡稱QFD 區段）和臨沂北站DK126+300—DK127+100加固區段（簡稱LYB區段）開展試驗。

1）QFD區段地層巖性概況

2）LYB區段地層巖性概況

1.2 樁型結構及施工方法

在2 區段各澆筑4 根DDS 和CFG 試驗樁，均為正方形布置，QFD 區段和LYB 區段樁間距分別為1.6，1.9 m。樁頂設1.10 m×1.10 m×0.35 m 的C40 鋼筋混凝土樁帽，上鋪0.6 m 厚碎石墊層，墊層上下各鋪設1層抗拉強度大于80 kN 的雙向格柵。DDS 樁外徑為500 mm，內徑為400 mm，螺牙高50 mm，螺紋間距300 mm，內外側螺牙厚度分別為100，50 mm。CFG 樁樁徑為500 mm。

QFD 區段設計樁長30.0 m，承載力以長樁摩擦力為主，設計承載力300 kPa；LYB 區段設計樁長6.9 m，承載力以短樁端承力為主，設計承載力250 kPa。

試驗中DDS 樁采用非可棄樁尖的全螺紋樁機施工，工藝要求：提鉆過程保持勻速、連續；嚴格控制提升速度與旋轉速度，使二者匹配；鉆桿反向旋轉一圈時上升距離滿足設計螺紋間距要求。CFG 樁采用振動沉管法施工。

1.3 試驗方法

滿足規定的28 d 齡期后，在2 試驗區段的DDS 樁和CFG樁中各選1根，根據TB 10106—2010《鐵路工程地基處理技術規程》［6］進行復合地基載荷試驗，并采用局部開挖和取芯法對DDS樁的實體質量進行檢驗。

2 試驗結果及分析

2.1 復合地基載荷試驗

對2 試驗區段的DDS 樁和CFG 樁施加荷載至最大荷載（QFD 區段、LYB 區段的最大荷載分別為600，500 kPa），得到復合地基載荷試驗的荷載-位移曲線見圖1。逐漸卸載到0，測量位移的回彈量并計算復合地基承載力，結果見表1。

圖1 復合地基載荷試驗荷載-位移曲線

表1 復合地基載荷試驗結果

從圖1 和表1 可知：在承載力以長樁摩擦力為主的QFD區段，2種樁型的復合地基承載力差異不大；在承載力以短樁端承力為主的LYB 區段，DDS 樁的最大累計位移遠大于CFG 樁，其復合地基承載力僅為CFG樁的69%。排除加載過程、樁間土的回填質量、樁頭處理、荷載板剛度、砂墊層厚度等影響因素后，再次進行試驗，結果類似。DDS 樁并未在增加承載力方面體現出優勢，與設計預期存在較大偏差。

2.2 實體取芯及局部開挖

針對復合地基載荷試驗反映出的問題，在LYB 區段開展了地質鉆探復核、局部開挖和實體取芯檢驗（圖2）。經地質鉆探復核，該區段地質情況與設計資料基本吻合，但因時處雨季，表層松軟土及中砂層含水率接近飽和，表層土為淤泥狀，中砂層接近流態。

圖2 LYB區段DDS樁局部開挖和實體取芯情況

從圖2（a）可以看出，DDS 樁螺紋成型情況并不理想。結合地質鉆探復核結果，樁周土層接近流態，不利于樁身螺紋的成型。另外，因無特定工裝和工藝措施，試驗過程中很難保證DDS樁的成樁質量。

圖2（b）中從上至下為從樁頂至樁底，可以看出樁底呈錐體狀，且混凝土疏松、不密實，直接影響樁端承載力。由于利用全螺紋樁機施工時采用了非可棄式樁尖，且樁底地質為風化巖，受工藝特性限制，成樁時無法進行清底，樁底存在一定量的破碎巖體，致使樁底混凝土不密實。

3 技術改進措施

地質條件、螺紋質量、樁底質量直接決定了DDS樁復合地基加固技術的使用效果，進鉆、出鉆的高度同步性和樁底質量保證措施是實現DDS 樁加固效果的關鍵［7-9］。

LYB 區段不宜采用DDS 樁，應選用CFG 樁進行地基加固，采用振動沉管法施工。對于QFD 區段，可采用DDS 樁進行地基加固，但須采取一些改進措施。為提高樁底混凝土密實度，施工時改用可棄樁尖，并在鉆孔到位后靜壓20 s。同時，采用數控同步技術，確保進鉆、出鉆的同步性。

將DDS 樁外徑由500 mm 調整為400 mm，相應的內徑調整為300 mm，其余參數不變，結合改進措施再次進行復合地基載荷試驗。結果表明，調整后的DDS樁的最大累計位移為8.16 mm，最大回彈位移為1.93 mm，回彈率19.5%，復合地基承載力為392 kPa，與樁徑500 mm CFG 樁的復合地基處理效果相當。由于調整后的DDS 樁樁徑小，降低了工程成本，優勢較為明顯。

結合改進措施，將400 mm 外徑的DDS 樁應用在與QFD 區段地質條件類似的曲阜東NDK08+364—NDK010+810 區段。其中，對樁長小于20 m 的特殊區段，采取噴漿加固的方式進行樁底處理。結果顯示，工后沉降滿足設計要求，見圖3。

圖3 曲阜東NDK08+364—NDK010+810區段工后沉降

4 結論

為研究DDS 樁在鐵路復合地基處理的適用性，本文選擇不同地質條件的施工區段，以CFG 樁為對比，進行了復合地基載荷試驗。結論如下：

1）地質條件、工裝設備和工藝直接影響DDS 樁的成樁質量和加固效果。在缺乏清晰認知的前提下，不能取得預期的復合地基處理效果。

2）樁底和樁身螺紋質量是實現復合地基處理效果的關鍵。

3）在承載力以短樁端承力為主的加固區段，不宜采用DDS樁技術進行復合地基處理。

4）在承載力以長樁摩擦力為主的加固區段，可采用DDS 樁技術，但須采取改進措施，包括：施工時選用可棄樁尖，并在鉆孔到位后靜壓20 s；采用數控同步技術，確保進鉆、出鉆的同步性；對樁長小于20 m 的特殊區段，采取噴漿加固的方式進行樁底處理。采取改進措施后，外徑400 mm 的DDS 樁與樁徑500 mm 的CFG樁對復合地基處理效果相當。