湿陷性黄土地区孔内深层强夯地基加固地质论文

　　青海西部水电有限公司150kt/a铝基合金大板锭工程位于青海省民和县下川口工业园区，其建筑地基土质为西北湿陷性黄土，地基处理难度很大。本工程的地基处理设计采用孔内深层强夯处理，又叫DDC法，该工艺可提高企业的经济效益，又可缩短施工周期，提高施工质量，取得了较好的经济效益和社会效益;本文重点介绍该法的施工应用。

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　　0引言

　　湿陷性黄土遇水浸湿时，土的强度会显著降低，在附加压力和土的自重压力下会产生下沉、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害极大。建造在厚自重湿陷性黄土场地的建筑物由于上部结构荷载大，采用单一的消除湿陷性地基处理方案已难以满足其对地基强度和变形要求;而采用单一的桩基方案时，由于负摩擦阻力的存在导致桩基承载力降低、桩长增加。因此DDC桩基处理方案是最经济的方案。

　　1湿陷性黄土对工程建筑的危害

　　1.1对工程建筑的危害

　　湿陷性黄土地基在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度则会显著降低，在附加压力作用下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形。当建筑物在作用期间，各种原因的漏水或地下水位上升往往会引起湿陷事故，造成财产损失。

　　1.2常用的处理方法

　　常用的处理方法表1-1

　　名称 适用范围 一般处理基础下的湿陷性黄土的厚度(m)

　　夯实法 强夯 Sr≤60%的湿陷性黄土，局部或整片处理 3~9

　　重夯 1~2

　　挤密法 成孔挤密 ω≤24%，Sr≤70%的湿陷性黄土，局部或整片处理 5~13

　　孔内夯实挤密 5~20

　　化学加固法 单液硅化法 一般用于加固地下水位以上的既有建筑物地基 ≤20

　　碱液加固法 ≤10

　　由上表可以看出，每一种单一的方法，不管在处理深度，还是施工操作上都存在一定的局限性。采用DDC孔内深层强夯挤密法进行地基处理，解决了这一难题。

　　2DDC挤密桩的工艺特点及适用范围

　　2.1DDC桩的原理及工艺特点

　　2.1.1施工原理

　　先采用机械成成孔(一般为400mm的孔径)，然后在孔内填入素土、灰土、建筑垃圾等材料，并用1.2～2.0t的重锤夯实，由下而上重复操作，直至形成直径为550～600mm的桩体，并使桩间土挤密，形成复合地基。孔内深层强夯法在对孔内填料强夯过程中，迫使孔内填料侧向挤出，使桩周一定范围内的土体受到挤压、扰动和重塑，同时，强夯产生的巨大的夯击能量产生的波和动应力反复作用，迫使土骨架产生塑性变形能，提高土的密实度和抗剪强度，改善土的变形特性，所形成的复合地基在消除黄土湿陷性的同时，也大幅度提高了地基的承载力。

　　2.1.2工艺特点

　　该工艺具有高动能、高压强、强挤密作用，处理深度大，复合地基的承载力提高显著，特别是对西北湿陷性黄土等软基处理的效果要比原地面强夯的效果要好的多;因地制宜、就地取材、以土治土、原位处理、速度快、造价低、技术效果好、经济效益、社会效益显著特点。

　　2.2适用范围

　　适用于西北黄土地区的厂房、住宅、高速公路等工程;适用于公路、市政工程、大中城市的高层住宅、办公、工业厂房等工程。适用于处理基底下10~15m，最大深度可达20m的湿陷性黄土地基。

　　3DDC桩施工方法流程

　　3.1机械成孔

　　DDC桩的成孔方法应该根据土质条件而定，宜选用钻孔、掏孔等方法。当场地土为含块石松散土层时，可采用冲击成孔或机械挖孔，对于冲击困难的特殊土层，改为机械挖孔方法控制成孔深度。成孔机械应保持垂直稳定，垂直度不应大于孔深的2.5%，成孔中心偏差不应超过桩径的1/4。

　　成桩次序：采用先外排后里排，隔行、隔列、间隔跳打的方法四遍戍孔、成桩。成孔、成桩顺序如下图所示：(o为第一遍成孔、成桩，◎为第二遍成孔、成桩，⊙为第三遍成孔、成桩，●为第四遍成孔、成桩)

　　成孔、成桩顺序示意图图1.1

　　3.2DDC桩施工工艺流程

　　DDC桩施工工艺流程图1.2

　　3.3DDC桩地基质量检验标准

　　质量检验标准表1.2

　　项 序 检查项目 允许偏差或允许值

　　单位 数值

　　主控

　　项目 1 桩体及桩间土干密度 设计要求

　　2 桩长 mm +500

　　3 地基承载力 设计要求

　　4 桩径 mm -20

　　一般

　　项目 1 土料有机质含量 % ≤5

　　2 石灰粒径 mm ≤5

　　3 桩位偏差 满堂布桩≤0.04D条基布桩≤0.25D

　　4 垂直度 % ≤1.5

　　5 桩径 mm -20

　　4DDC桩工程应用实例

　　青海西部水电有限公司150kt/a铝基合金大板锭工程，其建筑物地基土质多为西北湿陷性黄土，其中电解办公楼、铝锭装车场等主要工程采用DDC法施工。

　　4.1工程设计参数

　　拟建场地地质条件表1-3

　　地层

　　编号 岩性描述 层底深度(m) 天然重度

　　(kN/m3) 粘聚力c(kPa) 内摩擦角

　　φ(°)

　　Qpd 耕(表)土： 0.5 16 20 16

　　②-1 黄土状土：黄褐色，大孔及虫孔发育，含植物根系;该层遍布场地，具自重湿陷性 1.5

　　～

　　13.6 16.2 20 16

　　②-2 黄土状土：黄褐色～浅褐色，大孔及虫孔发育，层中夹厚度0.30m左右的砂卵石透镜体;该层遍布场地，具自重湿陷性 1.3

　　～

　　21.0 16.9 21 18

　　桩设计参数表1-4

　　布置形式 等边三角形 总桩数(根) 48974

　　桩间距(mm) 820 桩排距(mm) 950

　　成孔直径(mm) 400 桩径(mm) 550

　　设计桩长(m) 10.7 桩身填料 2：8灰土

　　桩间土 ②-1、②-2 桩端土 ②-2

　　桩身压实系数 ≥0.96 复合地基承载力 ≥350kPa

　　4.2施工设备选择

　　施工机设备表1-5

　　序号 设备名称 型号 数量 备注

　　1 装载机 1m³ 5台 填料

　　3 装载机 5m3 1台 搅拌送料

　　4 DDCC成孔机械 20台

　　5 测量仪器 电子经纬、水准仪 各1

　　6 土工检测仪器 1套

　　4.3检测方法及标准

　　根据环刀试验、探井取样及静载试验，处理后的复合地基承载力特征值f0k=350kpa，剩余湿陷量≤150mm，桩间土挤密系数≥0.96，均满足设计要求。

　　4.4处理效果

　　部分探井桩身土ω和λc统计值及代表值表1-6

　　ω(%) λc

　　n Min Max φm n Min Max φm

　　井1 1-A 10 17.5 19.2 18.3 10 0.96 0.98 0.97

　　1-B 10 17.8 19.3 18.4 10 0.96 0.98 0.97

　　1-C 10 17.8 19.5 18.4 10 0.96 0.99 0.97

　　井2 2-A 10 17.4 19.1 18.2 10 0.96 0.97 0.97

　　2-B 10 17.4 19.2 18.2 10 0.95 0.98 0.97

　　2-C 10 17.4 19.2 18.3 10 0.96 0.98 0.97

　　如表所示，λc=0.97~~0.99，桩身压实系数平均值λc=0.97，满足设计要求。

　　载荷试验结果汇总表1-7

　　最终载荷为P=700kPa P=350kPa时沉降量s(mm)

　　沉降量s(mm) 回弹量(mm)

　　T1 20.55 1.75 8.49

　　T2 18.47 2.90 5.53

　　T3 18.63 2.82 5.59

　　T4 20.88 2.91 5.94

　　如表所示，按规范《CECS197：2006》附录B确定。复合地基承载力特征徝fspk为350kPa，满足设计要求。

　　注：上述两表来自于“西有色勘测有限责任公司”关于DDC桩复合地基质量检测报告。

　　5结语

　　地基处理后，土的压缩性降低，变形模量、湿陷性消除，提高了建筑物地基承载力;既能将渣土变废为宝，消除污染，又能处理给类复杂地基。

　　参考文献：

　　[1]《孔内深层强夯法技术规程》(中国工程建设标准协会标准CECS197：2006)

　　[2]《湿陷性黄土地基处理》(罗宇生著)

　　[3]《青海西部水电工程DDC复合地基检测报告》(2010.11)