兩階段成孔工藝DDC 法在高層地基中的應(yīng)用

溫江紅

1 簡介

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(簡稱DDC法)是一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預(yù)定深度，然后自下而上分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯，形成高承載力的密實(shí)樁體和強(qiáng)力擠密的樁間土。DDC法處理地基的深度一般不宜大于30 m，承載力可達(dá)到600 kPa;并且具有很大的適用性，可用于素填土、雜填土、砂土、粉土、粘性土、濕陷性黃土、淤泥質(zhì)土等地基處理。

在實(shí)際施工過程中單一成孔工藝在深厚濕陷性黃土中處理效果不佳。當(dāng)采用重錘夯擴(kuò)成孔工藝時受夯擊能局限處理深度有限;而采用機(jī)械掏孔成孔時雖然處理深度較深，但淺層樁間土擠密效果不好。本文結(jié)合兩種工藝優(yōu)點(diǎn)合二為一，用于同一工程地基處理中，取得了較好的效果。

2 工程概況

太原市東山某小區(qū)住宅地上24層，地下1層，結(jié)構(gòu)總高度73.65 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)勘察報告:本工程場地地勢東高西低，具Ⅲ級濕陷。濕陷土層為第②層，③層，濕陷土層深度約為3.3 m～22 m。

3 地基處理方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì):孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁樁徑400，正三角形布樁，樁距1.05 m，有效樁長18 m，樁端持力層為第④層粉土層，要求有效的樁長深度內(nèi)場地土濕陷全部消除，單樁承載力特征值不小于310 kN。

4 復(fù)合地基試樁實(shí)驗(yàn)

4.1 試樁布置

為驗(yàn)證地基處理方案的合理性和可靠性，檢驗(yàn)復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，為工程樁設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了兩組試樁實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)評價樁間土濕陷性;2)測定樁間土擠密系數(shù);3)量測樁體直徑。

第一組試樁，樁長19.5 m，樁間距1.05 m;第二組試樁，樁長19.5 m，樁間距1.20 m，每組試樁均10根。采用機(jī)械洛陽鏟掏孔，孔徑400mm，孔內(nèi)填料為1∶3水泥土，每填入一定量的水泥土后，用重量為2.5 t的夯錘夯擊6次，夯錘落距為3.0 m。

對第一、二組試樁進(jìn)行了檢測，布置探井2個:T1(第一組試樁區(qū))，T2(第二組試樁區(qū))。探井采用人工挖掘，人工刻取樁間土不擾動樣，取樣位置位于3根樁圍成的三角形形心，自打樁地表下 1.1 m 開始，取樣間隔1.0 m，另在 T1 探井3.0 m，10.0 m，17.0 m取樁間土擾動樣，所有不擾動土樣均進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)，另進(jìn)行了雙線法壓縮試驗(yàn)，基底標(biāo)高下10.0 m以內(nèi)最大加載壓力為400 kPa，10.0 m以下最大加載壓力為600 kPa;擾動樣進(jìn)行了輕型擊實(shí)試驗(yàn)。

4.2 檢測數(shù)據(jù)分析評價

根據(jù)探井描述并結(jié)合土工試驗(yàn)成果，將試樁處地基分為如下3層:第①層濕陷性粉土:黃褐色，含菌絲、姜結(jié)石等，含水率介于8.9%～17.4%，層底埋深 6.4 m ～9.3 m。第②層濕陷性粉質(zhì)粘土:紅褐色，含菌絲、姜結(jié)石等，含水率介于16.1%～19.3%，層底埋深8.6 m～11.2 m。第③層濕陷性粉土:黃褐色，含菌絲、姜結(jié)石等，含水率介于13.3%～17.9%，該底本次檢測未穿透。根據(jù)土工試驗(yàn)成果，樁間土的濕陷程度:第①層為中等～強(qiáng)烈;第②層為中等;第③層為輕微～中等。

4.2.1 樁間土濕陷性評價

T1探井第①層濕陷量的計(jì)算值為492mm，占總濕陷量計(jì)算值的55.1%，T2探井第①層濕陷量的計(jì)算值為480mm，占總濕陷量計(jì)算值的73.1%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，樁間土濕陷類型為非自重，濕陷等級為Ⅱ(中等)。

4.2.2 樁間土擠密系數(shù)

根據(jù)實(shí)測，T1探井的平均擠密系數(shù)隨深度不同為0.8～0.87，T2 探井的平均擠密系數(shù)隨深度不同為 0.79 ～0.87。

4.2.3 樁體直徑

根據(jù)實(shí)測，樁直徑隨深度不同自上而下為470mm～560mm。

4.2.4 T1，T2探井樁間土含水率

根據(jù)實(shí)測，T1探井的含水率為13.6～16.6，T2探井的含水率為 15.0 ～17.9。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析:第①層地基土濕陷性強(qiáng)，應(yīng)作為重點(diǎn)處理對象;T2探井處處理深度內(nèi)含水率普遍大于T1探井處，使雖然T2探井處樁間距大但濕陷量的計(jì)算值反而小得以合理解釋。樁間土濕陷類型為非自重，濕陷等級為Ⅱ(中等)。為消除濕陷性將樁間距調(diào)整為0.9 m，加大夯錘錘擊數(shù)及夯錘落距。

5 工程樁設(shè)計(jì)與復(fù)合地基檢測

5.1 工程樁設(shè)計(jì)

根據(jù)試樁實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果將地基處理方案更改為:孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁樁徑400，正三角形布樁，樁距0.9 m，有效樁長18 m，樁端持力層為第④層粉土層;孔內(nèi)填料為水泥土:7.0 m以上水泥:土為 1∶3，以下為 1∶5;要求 8.0 m 以上為重錘夯擴(kuò)成孔，8.0 m 以下方可采用機(jī)械掏孔。要求復(fù)合地基承載力不小于360 kPa，樁身水泥土強(qiáng)度不小于4.0MPa。

5.2 復(fù)合地基檢測

工程樁施工完畢后，為檢測經(jīng)DDC法處理后的復(fù)合地基是否滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了復(fù)合地基承載力特征值、樁間土濕陷性評價和樁身水泥土強(qiáng)度的檢測。

經(jīng)檢測:1)復(fù)合地基承載力特征值為446 kPa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2)樁間土濕陷性已消除。3)第①層粉土樁間土的最小擠密系數(shù)介于0.91～0.97之間，第②層粉質(zhì)粘土樁間土的最小擠密系數(shù)介于0.90～0.94之間，第③層粉土樁間土的最小擠密系數(shù)0.88，達(dá)到 GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范第6.4.4條要求。4)水泥土樁芯試件抗壓強(qiáng)度為4.6MPa～10.0MPa之間，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.3 沉降觀測

本工程從2010年10月15日開始觀測至2011年5月11日施工至23層(主體24層)，總沉降量最大值為8.9mm，最小值為7.7mm，滿足規(guī)范要求。沉降觀測記錄見表1。

表1 沉降觀測記錄

6 結(jié)語

本工程成功實(shí)施，為我國黃土地區(qū)中在深厚濕陷性黃土層上施工高層建筑及類似重載項(xiàng)目提供了很好的借鑒作用。采用兩階段成孔工藝DDC法有以下優(yōu)點(diǎn):1)處理深度不受限制。常見高層建筑多為甲類建筑，規(guī)范要求全部消除地基濕陷性，兩階段成孔工藝DDC法中深層成孔采用機(jī)械掏孔，突破了重錘夯擴(kuò)工藝對處理深度的限制。對設(shè)備能力要求不高(機(jī)械洛陽鏟即可)，可穿透全部濕陷土層，不留隱患。2)沿樁長范圍內(nèi)消除濕陷效果明顯。兩階段成孔工藝DDC法中淺層成孔采用重錘夯擴(kuò)后，利用成孔的擠密性和成樁的擠密性，很好的消除了淺層土體的濕陷性(當(dāng)采用全長均為機(jī)械掏孔施工工藝時，由于淺層部分夯錘行程短，夯擊能小，加之表層土體含水率低，很難完全消除淺層土體的濕陷性)。3)復(fù)合地基承載力提高明顯。淺層成孔采用重錘夯擴(kuò)后由于不取土進(jìn)行填料強(qiáng)夯，成樁后樁體直徑較小，深層成孔采用機(jī)械掏孔先取土后進(jìn)行填料強(qiáng)夯，成樁后樁體直徑較大。結(jié)合上述特點(diǎn)，通過調(diào)整填料水泥土配合比:淺層采用1∶3配合比水泥土，深層采用1∶5配合比水泥土，保證樁體變徑處及樁長范圍內(nèi)樁身強(qiáng)度與樁承載力匹配，沿樁全長均能很好傳力，從而保證了復(fù)合地基承載力提高。4)復(fù)合地基壓縮模量小，建筑物沉降變形較小。使得在濕陷性黃土上利用復(fù)合地基蓋更高的高層建筑成為可能。5)經(jīng)濟(jì)社會效益明顯。相比在濕陷性黃土地區(qū)高層建筑中常用的鋼筋混凝土灌注樁，本文所用兩階段成孔工藝DDC法作用機(jī)理不同:DDC法通過擠密消除土體濕陷性和增設(shè)豎向加筋體，改良土體，變廢為寶，樁長較短，復(fù)合地基承載力提高明顯;而灌注樁由于必須要有一定長度樁長平衡濕陷土層段負(fù)摩阻力，樁長會很長，樁基部分造價遠(yuǎn)高于DDC法。同時DDC法設(shè)備簡便，成樁速度快，可縮短施工周期。6)結(jié)合本工程經(jīng)驗(yàn)，建議類似場地中采用兩階段成孔工藝DDC法試樁時，宜采用正三角形布樁，樁距根據(jù)濕陷等級取0.9 m～1.1 m之間，水泥土配合比:淺層采用 1∶3，深層采用 1∶5。

［1］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ CECS 197∶2006，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］ GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.