DDC法處理濕陷性黃土地基的應(yīng)用

晉 煒

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

0 引言

濕陷性黃土的典型特點(diǎn)是黃土受水浸濕狀況，在一定壓力下，土體結(jié)構(gòu)迅速破壞并產(chǎn)生顯著下沉的特點(diǎn)。黃土作為濕陷性土的典型代表在世界范圍分布廣泛，據(jù)估計(jì)整個(gè)歐洲黃土的覆蓋面積約占10%，亞洲約占30%，以前蘇聯(lián)約占15%；中國(guó)黃土分布面積達(dá)60萬km2，黃土厚50 m～80 m，是世界上最大黃土覆蓋區(qū)，其中約為43萬km2具有濕陷性的。我國(guó)濕陷性黃土主要分布地為陜西、山西、甘肅的大部分地區(qū)、河南西部和寧夏、青海、河北的部分地區(qū)，此外，遼寧、山東、黑龍江及內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)等局部地區(qū)亦分布有濕陷性黃土。根據(jù)GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范可知濕陷類型分非自重濕陷性和自重濕陷性；濕陷等級(jí)為：Ⅰ級(jí)～Ⅳ級(jí)。在濕陷性黃土場(chǎng)地進(jìn)行基本建設(shè)，需根據(jù)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(duì)建筑物產(chǎn)生危害。綜合治理包括地基處理、防水措施、結(jié)構(gòu)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(chǎng)地濕陷性的治本之策，它的目標(biāo)是通過改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，減少或消除地基的濕陷變形。

1 工程概況

山西長(zhǎng)治市區(qū)某地塊，建設(shè)大型居住小區(qū)，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(jù)地勘報(bào)告，該場(chǎng)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(chǎng)地濕陷類型為Ⅱ級(jí)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(jù)地區(qū)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該區(qū)塊場(chǎng)地為Ⅱ級(jí)自重濕陷。根據(jù)地勘可知，本項(xiàng)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(zhì)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(zhì)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(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。

2 方案的選擇

本工程中場(chǎng)地為濕陷性黃土，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，本項(xiàng)目地基承載力按地基承載力特征值fak=200 kPa～280 kPa考慮；場(chǎng)地濕陷性處理深度最大處接近13 m。依地勘可知場(chǎng)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(shí)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(fù)合地基法、強(qiáng)夯法及孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法)是國(guó)內(nèi)處理濕陷性黃土的一般方法。

墊層法，根據(jù)文獻(xiàn)[2]可知，對(duì)于多層建筑，當(dāng)?shù)鼗鶠棰蚣?jí)濕陷性時(shí)，對(duì)于非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，要求未處理的下部濕陷性黃土層濕陷起始?jí)毫χ挡恍∮?00 kPa且地基處理厚度不小于2.0 m；對(duì)于自重濕陷性黃土場(chǎng)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(jīng)分層回填、碾壓，變?yōu)閴嚎s性低、密實(shí)好的土層，且均勻性良好。經(jīng)實(shí)踐證明，該方法能使黃土濕陷性消除，地基強(qiáng)度提高。土墊層承載力特征值，一般采用靜載荷試驗(yàn)或輕型動(dòng)力觸探法測(cè)定，對(duì)素土墊層不宜超過180 kPa，灰土墊層不宜超過250 kPa。結(jié)合本項(xiàng)目地基土特點(diǎn)，該場(chǎng)地濕陷性土層太厚，采用該方法消除濕陷性難以滿足規(guī)范要求，且地基承載力也不能滿足實(shí)際荷載要求。

擠密樁法是一種柔性樁復(fù)合地基，它通過樁身的夯實(shí)和樁間土的擠密達(dá)到提高地基強(qiáng)度的目的，又通過擠密樁間土達(dá)到消除濕陷性的目的，是處理濕陷性黃土地區(qū)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(nèi)，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(nèi)，且不宜大于處理前天然地基承載力特征值1.4倍。根據(jù)本項(xiàng)目地基特點(diǎn)，采用本方法處理地基承載力僅僅最大達(dá)240 kPa，考慮本項(xiàng)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(shí)現(xiàn)工程要求。

多樁型復(fù)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(fù)合地基。該方法能較好的實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目既消除濕陷性又提高地基承載力的雙重目標(biāo)。但該方法分兩次施工，工序多，工期長(zhǎng)，濕陷性土層處理厚度受擠密法限制，且施工造價(jià)較大，綜合考慮，該方法并不是本項(xiàng)目的最理性地基處理方法。

強(qiáng)夯法是一種最經(jīng)濟(jì)的處理方法，強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、節(jié)約材料、適用范圍廣和地基加固效果顯著等。強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基，有效處理深度可達(dá)起夯面以下10 m左右。但強(qiáng)夯法所引起的灰塵、噪聲及震動(dòng)會(huì)對(duì)周邊居民造成極大的影響，而本項(xiàng)目場(chǎng)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(xiàng)目中不宜采用。

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法)，該方法先采用機(jī)械成孔至預(yù)定深度(小直徑孔)，然后自下而上分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯(夯擴(kuò)后樁徑較孔徑大)，夯擴(kuò)后形成強(qiáng)力擠密的樁間土和高承載力的密實(shí)樁體。該方法處理后復(fù)合地基的整體剛度均勻，除提高地基承載力外，同時(shí)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(xiàn)[3]可知，DDC法最大處理深度可達(dá)30 m左右，處理后復(fù)合地基承載力可達(dá)600 kPa，樁體直徑可達(dá)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(yè)廢料及其混合物均可作為樁體填料，是一種綠色施工技術(shù)，且其造價(jià)低，施工方便，噪聲小，對(duì)周圍環(huán)境影響小。依本項(xiàng)目地基特點(diǎn)及結(jié)合項(xiàng)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(yīng)用實(shí)例

根據(jù)不同地基處理方法的特點(diǎn)及地勘提供的地質(zhì)資料，綜合考慮，山西長(zhǎng)治市區(qū)某地塊大型居住小區(qū)建筑物地基處理均采用DDC法。地基處理設(shè)計(jì)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(yù)鉆孔方法；有效樁長(zhǎng)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(jié)果顯示復(fù)合地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)800 kPa～880 kPa，試驗(yàn)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(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示：地基承載力特征值滿足設(shè)計(jì)不小于280 kPa要求，試驗(yàn)過程試驗(yàn)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(cè)數(shù)據(jù)顯示，建筑總體沉降均勻，最大沉降量滿足規(guī)范限值要求，就單個(gè)單體為例，A區(qū)2號(hào)樓，建筑周圈設(shè)15個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，最大平均沉降量區(qū)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(jié)語

1)地基處理方法眾多，應(yīng)對(duì)每一種地基處理方法的優(yōu)、缺點(diǎn)深入掌握，根據(jù)每種處理地基方法的特點(diǎn)及處理效果并結(jié)合綜合造價(jià)的考慮，做出符合項(xiàng)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(chǎng)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(xiàng)目地方便取材的填料，施工快捷，造價(jià)合理可控。同時(shí)DDC法地基處理深度深，地基承載力提高幅度大，是其他復(fù)合地基處理方法都難以實(shí)現(xiàn)的。

3)結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步驗(yàn)證了孔內(nèi)深層強(qiáng)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(qū)推廣DDC法提供一次實(shí)例驗(yàn)證。

[1] JGJ 79—2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

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

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