SDDC樁工藝處理濕陷性黃土的實踐

趙 燁

（中國鐵塔股份有限公司寧夏回族自治區(qū)分公司，寧夏 銀川 750002）

0 引言

國內黃土資源占比較高，大約為60%～70%，濕陷性黃土表現(xiàn)出一定地基特質，在本體自身重力及外部荷載作用下，會改變土體結構，極易出現(xiàn)土體結構變形、內部結構松散等問題，成為工程建設的首要難點。

孔內深層超強夯法（Super Down hole Dynamic Consolidation），簡稱SDDC樁法，該法對樁周土有良好的擠密效果，使樁周土的承載力提高，土壓縮性減小，處理深度深，消除濕陷性效果好。本文在研究案例工程所在區(qū)域濕陷性黃土的性能的基礎上，選擇SDDC樁法處理黃土地基，獲得較好的處理效果。

1 案例工程所在區(qū)域濕陷性黃土的性能研究

1.1 工程簡況

寧夏某項目施工區(qū)域內，黃土濕陷層不小于40m，部分區(qū)域的濕陷層介于35～40m之間，濕陷表現(xiàn)較為嚴重。工程范圍內的濕陷量介于1415.1～2156.3mm之間，工程自重形成的濕陷量達到1658.6～2754.6mm。

1.2 黃土特點

（1）含砂比例較高。寧夏地區(qū)有較多黃土，含砂比例不低于15%，部分區(qū)域高于50%。其中，銀川部分區(qū)域的含砂比例＞50%，土質濕陷性明顯。較高的含砂量，會降低寧夏黏粒占比，黃土黏粒占比僅有2%～10%。

（2）親水性強。較低的含水比例，黃土表現(xiàn)出較強的親水性。正常條件下，黃土強度較大，土質粘聚力能夠達到55～88kPa，土體結構內摩擦角分布在35°～45°之間。遇水后，土體粘聚力低于20kPa，結構強度近乎為0，內摩擦角大小不足59%。土質浸水后，會出現(xiàn)較快的濕陷作用，60s內會引起黃土結構出現(xiàn)破壞情況[1]。

（3）干密度較低。寧夏區(qū)域降水量不多，地表蒸發(fā)量等同于8倍的實際降水量。區(qū)域內的黃土結構，自上而下各層土質含水量逐級變小，各層含水比例平均值為5%～14%，液性指數(shù)未達到0，土質表現(xiàn)出堅硬、硬塑等特點。土體結構松散，干密度不大，土層孔隙較多。

（4）可溶鹽占比較大。寧夏區(qū)域土質中含有較多的可溶鹽，比如鈉鹽、鉀鹽等。

（5）濕陷量較大。同心縣內黃土厚度均大于50m，部分地區(qū)高于200m，濕陷程度為Ⅲ～Ⅳ級。多數(shù)地區(qū)的濕陷土層深達7m左右，形成的濕陷量最大值約為300mm。

1.3 土質問題

（1）建筑結構出現(xiàn)開裂、傾斜問題。寧夏區(qū)域內的黃土表現(xiàn)出高鹽特點，含有較多的SO42-、Cl-。在淋溶處理時，可溶性鹽會溶于水，改變結構的耐久性，引起鋼筋發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，無法保證建筑結構性能。

（2）鹽脹。寧夏位于國內西北地區(qū)，午間與夜間的溫差幅度較大。在高鹽區(qū)域內，低溫時，濕陷性黃土會表現(xiàn)出鹽脹現(xiàn)象。高溫時，鹽脹量明顯變小。當溫度多次變動后，積累一定鹽脹量。

（3）預浸水處理的耗水量較大。寧夏某項目采取預浸水處理方法，處理時間共用251d。處理至162d時，尚未達到浸水后5d的濕陷量要求，整體濕陷量均高于1mm/d。全部處理完成，耗水量達到12.4萬m3。寧夏區(qū)域降水較少，水資源并不充足。使用預浸水法進行黃土處理，會出現(xiàn)工期長、耗水量較多的工藝問題。

2 案例工程所在區(qū)域黃土中可溶性鹽含量與濕陷表現(xiàn)之間的關系

黃土含有一定量的鹽，且不同的可溶性鹽含量，形成的黃土濕陷性具有一定差異性。只有充分了解濕陷性土體環(huán)境中可溶性鹽的分布情況，判定可溶性鹽在土質濕陷表現(xiàn)中的作用，才能給出更為合適的工藝處理方案。案例工程所在區(qū)域的土體成分中，含有多種可溶性鹽，其中，SO42-的含量較高，可作為土質改性研究的重點。

2.1 濕陷系數(shù)的算法

依照濕陷性黃土的相關規(guī)定，參看GB 5005的具體內容，依據(jù)式（1）獲取濕陷系數(shù)：

式中：

h1——在50～800kPa壓力作用下，土樣形變完成的高質值，mm；

h2——在50～800kPa壓力條件下，浸水濕陷形變完成的高度值，mm；

h0——土樣初期高度值，mm。

δs——目標被測土質的濕陷性系數(shù)。

2.2 Na2SO4含量與濕陷表現(xiàn)關系

在各級壓力條件下，Na2SO4的含量與濕陷表現(xiàn)之間的關系見表1所示。

表1 各級壓力條件下Na2SO4的含量與濕陷表現(xiàn)關系

表1中，P表示壓力，N表示Na2SO4的含量。當Na2SO4的含量高于2.4%時，其濕陷系數(shù)增長幅度有所減小。由此說明：Na2SO4的含量增加時，遇水飽和會降低Na2SO4的溶解能力，此時水分擴散形成較大的阻力。當干密度、土體壓力均等的條件下，Na2SO4含量較高時，土樣溶解需要較多時間，在土體飽和情況下，土體內的結晶鹽并未完全溶解，由此增加了Na2SO4的含量。案例工程區(qū)黃土內的Na2SO4含量較高，使用雙線法獲取其與濕陷表現(xiàn)關系中發(fā)現(xiàn)：Na2SO4的含量達到2.4%后，濕陷系數(shù)增長能力變小[2]。

2.3 NaCl含量與濕陷表現(xiàn)關系

各級壓力條件下NaCl的含量與濕陷表現(xiàn)關系見表2所示。

表2 各級壓力條件下NaCl的含量與濕陷表現(xiàn)關系

由表2分析發(fā)現(xiàn)：在100～500kPa壓力條件下，NaCl在黃土中的含量增加時，濕陷系數(shù)的增長能力較強。由此說明：黃土中含有較多的NaCl時，土體濕陷性表現(xiàn)會更明顯。在黃土內各可溶性鹽的單體中，NaCl組成的膠體結構會在濕陷作用下出現(xiàn)溶解，無法保持原有的膠結連接狀態(tài)。在分析期間，土樣干密度正常、含水量不高。因此，在浸水飽和狀態(tài)下，水分擴散形成的阻力不大，此時土體孔隙會融合較多的水，水分擴散用時不長，而NaCl表現(xiàn)出較強的易溶性，水內溶解能力較強。當土體含有較多的鹽量時，鹽類溶解形成更多的孔隙，使土體濕陷性更為明顯。在土體含水量處于飽和狀態(tài)時，NaCl能夠完全溶解，以離子形式分布在黃土中。為此，在外界荷載壓力不高的情況下，土體依然會出現(xiàn)較大的濕陷量[3]。

3 運用SDDC樁工藝處理濕陷性黃土

根據(jù)上述研究，項目選擇SDDC樁法處理案例工程的黃土地基。

3.1 工藝方案

前期運行旋挖鉆機，挖出黃土，建造樁孔。使用強夯法處理，施工出樁內填料孔位，分批次填入材料，配合擠密強夯方法，保證填料嚴實性，打造出具有較強承載能力、土料密實性較高的樁體結構，以此改善黃土地基問題，有效消除濕陷性威脅[4]。

3.2 參數(shù)設計

結合工程內的地基處理需求，給予必要的驗算分析，SDDC樁的工藝參數(shù)為：長度25.8m、內徑1588mm，樁間距2750mm。采取三角布樁形式，各樁外側等距設計5組注水點。基礎處理范圍約為7000m2，共設SDDC樁不少于1000根。設計中，SDDC單樁的整體抗壓系數(shù)應超過0.97，抗壓強度實測結果應處于180kPa左右，上下浮動不超過5kPa。各樁間擠密效果應符合地基強度要求，擠密系數(shù)最小值的參考標準為0.93。樁內材料的填土成分中，有機質占比應控制在5%以內。

3.3 土料設計

案例工程區(qū)域內的含水量較少，參照建筑地基的相關規(guī)范要求（JGJ79），地基成孔施工期間，地基土應關注含水量，當土內含水比例不足12%時，需進行增濕處理。需對樁內使用的材料進行含水量測定，保證其含水量符合工程要求。在施工前期，進行抽樣檢測，獲取樁內材料含水情況。如果地基土含水比例達到最優(yōu)，可開始SDDC樁的各項工序。如果材料含水比例并未達到規(guī)范要求，需進行增濕處理，使其達到目標值，再行施工。工程現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)：土料含水比例的最佳值為14.39%。

3.4 增濕工藝

SDDC樁施工前，需有效檢查樁內填充材料的性能，給出必要的補水處理。調整土料含水量的過程中，可使用鉆孔砂樁工藝，聯(lián)合地表筑畦的方法，確保增濕質量。加水時，每個增濕區(qū)域的加水量最大值為50m2，增濕區(qū)域高度設計為40cm。深層加水的注水孔徑取110mm，孔內添加混合料，取1～3cm大小的碎石。各孔間隔設計為1.6m，采取等邊三角形的樣式，布設注水孔。注水孔深設計為11m。補水期間，使水位線高于邊緣位置，使用水管向注水區(qū)進行加水。在排水口位置，裝設水量測定儀器，準確顯示注水量。注水操作中，應有效控制加水速度，防止加水速度較快，造成注水口受到沖擊的影響。采取分次注水形式，記錄注水量。水滲完畢，再進行下一輪注水，多次注水操作，待注水量達到目標值，不再加水。停水目標值為：土層含水比例≈14.39%。一般情況下，需進行7d左右的注水，方可達到含水比例的最佳值。土質含水量達標后，進行SDDC樁施工。經實踐匯總：工程設有注水孔共有2018個，實際注水量約為1.281萬m3。土料增濕處理后，各處土料含水比例在最佳值附近浮動，上下變化不超過2%。

3.5 成樁過程

施工期間，采取間隔施工法。首次施工時，留出三個施工點位，便于后三次打孔、成樁操作。鉆挖操作時，保持樁體豎直、無傾倒情況，合理控制成孔深度，給出必要的參數(shù)標識，準確觀測施工數(shù)據(jù)，記錄樁體位置。運行裝載設備，進行土方運輸。利用小規(guī)模裝載設備，將土料送入孔內。填料厚度應介于2～3m3之間，填料高度維持在1～1.5m左右。填料前期，需空夯處理孔底，保持提錘夯實的充分性。工程夯擊實踐中，多數(shù)位置為3次，少數(shù)位置為2次。夯擊成樁處理時，需選定樁孔中位，保持夯擊設備的平穩(wěn)性，要求提錘高度、落錘間距、擊打次數(shù)均符合施工要求，防止出現(xiàn)偏錘施工問題，保證工藝質量。

4 工藝效益

初期擬定灌注樁方案，解決濕陷性黃土問題的工藝成本約為800.56萬元。通過采用SDDC樁工藝處理案例項目的黃土問題，成本總計430.12萬元，工藝成本大約節(jié)省了370萬元。由此發(fā)現(xiàn)：采用SDDC樁工藝，具有較高的經濟性[5]。

5 結束語

綜上所述，寧夏黃土含水量不多，黃土具有較強的融水能力；土體中的NaCl較高時，會引起黃土濕陷性表現(xiàn)更明顯，直接削弱了地基性能。為此，結合實例工程，參照預浸水耗時、耗水的特點，整合強夯、擠密樁多個工藝，創(chuàng)建出SDDC樁工藝，以此解決黃土濕陷性風險。經過SDDC樁處理后，寧夏案例工程的黃土問題得以改善，地基承載能力有所增強。工藝用時不長，相比預浸水法具有高效、工期短的特點。對回收的黃土進行資源化處理，以此減少工程支出。實踐證明：SDDC樁工藝可用于處理寧夏黃土問題，處理后地基性能較好，該方法具有一定的推廣意義。