孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用

段紅芳

摘要：文章通過對(duì)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理的地基工程的單樁復(fù)合地基荷試驗(yàn)和樁間土擠密效果的試驗(yàn)及其結(jié)果分析，表明孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法能消除濕陷性黃土地基的濕陷性，形成的復(fù)合地基能顯著地提高地基承載力、改善地基土的承載性狀，是一種有效的地基處理方法。

關(guān)鍵詞：孔內(nèi)深層強(qiáng)夯；黃土；濕陷性；承載力

中圖分類號(hào)：K826文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）14-0154-02

濕陷性黃土的孔隙比一般在1.0左右或更大，但由于在顆粒間具有較強(qiáng)的聯(lián)結(jié)作用，故在天然干燥的情況下可承受一定的荷重，承載力較高，變形量也較小。當(dāng)黃土浸水后，在自重或一定荷載作用下，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而產(chǎn)生顯著的附加下沉，以致其上的建筑物受損。為了保證濕陷性黃土地區(qū)建筑物的安全和正常使用，在絕大數(shù)情況下都必須采取處理措施。這些措施包括地基處理措施、防水措施和結(jié)構(gòu)措施。而消除地基的部分濕陷量或全部濕陷量，是從黃土的顆粒結(jié)構(gòu)改變其大孔隙，消除濕陷性，以防止建筑物的不均沉降，確保安全。濕陷性黃土地基處理方法有墊層法、強(qiáng)夯法、土或灰土擠密法、預(yù)浸水法和孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法等。

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法，又稱DDC（Down Hole Deep Compaction）法，是一種有效的地基處理方法，其主要特點(diǎn)是：先用長螺旋鉆頭在場(chǎng)地內(nèi)鉆成直徑一般為400 mm 的孔，然后在孔內(nèi)填入素土、灰土、建筑垃圾或其他材料，并用20～60 kN 的重錘夯實(shí)，由下而上重復(fù)操作，直至形成直徑為550～600 mm 的樁體，并使樁間土擠密，從而形成DDC樁復(fù)合地基。孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法在對(duì)孔內(nèi)填料強(qiáng)夯過程中，迫使孔內(nèi)填料側(cè)向擠出，使樁周一定范圍內(nèi)的土體受到擠壓、擾動(dòng)和重塑，同時(shí)，強(qiáng)夯產(chǎn)生的巨大的夯擊能量產(chǎn)生的波和動(dòng)應(yīng)力反復(fù)作用，迫使土骨架產(chǎn)生塑性變形能，從而提高土的密實(shí)度和抗剪強(qiáng)度，改善土的變形特性，所形成的復(fù)合地基在消除黃土濕陷性的同時(shí)，也大幅度提高了地基的承載力。較之土或灰土擠密樁，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理后的復(fù)合地基的承載力更高且均勻，處理深度更深（一般可達(dá) 25～30 m），處理黃土濕陷性的效果更為理想。因此孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法具有廣泛的應(yīng)用前景。作為一種有效的地基處理方法，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法的應(yīng)用已較為常見，但對(duì)其進(jìn)行深入研究的報(bào)道并不多見，理論研究明顯滯后于工程實(shí)踐。因此，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法在消除濕陷性黃土地基的濕陷性、提高地基承載力、改善地基承載性狀以及加固機(jī)理和效果，具有一定的理論及實(shí)際意義。

一、DDC技術(shù)在工程中的應(yīng)用

山西潞安容海煤矸石發(fā)電廠新建工程擬建場(chǎng)地地貌單元屬濁漳河沖洪積平原區(qū)，現(xiàn)為大面積的平坦耕地。建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地下水穩(wěn)定水位埋深19.0～23.0m，地下水對(duì)混凝土無結(jié)晶性腐蝕。地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性。工程樁樁長深度范圍內(nèi)的地層情況概述如下：

第①層黃土狀粉土（Q4al）：

黃褐色，稍濕，稍密，高壓縮性，見大孔隙，含煤屑、磚塊及植物根等，混少量礫石，松散結(jié)構(gòu)，頂部為耕植土。該層承載力特征值為130kPa。

第②層黃土狀粉質(zhì)黏土：（Q4al）

黃褐色，硬塑，中高壓縮性，見大孔隙，含鈣質(zhì)結(jié)核，混少量碎石。該層承載力特征值為130kPa。

第③1層黃土狀粉土（Q4al）

淺黃色～黃褐色，稍密～中密，中高壓縮性，孔隙發(fā)育，針孔發(fā)育，混有少量中細(xì)砂，見氧化鐵銹色斑紋，混有粉質(zhì)黏土團(tuán)塊，夾有粉砂及粉質(zhì)黏土的透鏡體，稍濕。該層承載力特征值為150kPa。

第③2層黃土狀粉質(zhì)黏土（Q4al）

褐黃色～棕黃色，可塑，中高壓縮性，含灰色黏土條帶和粉砂條帶，見氧化鐵條紋。該層承載力特征值為165kPa。

第④1層粉質(zhì)黏土：（Q4al）

灰褐色～灰黑色，可塑～軟塑，中等壓縮性，土質(zhì)不均勻，見氧化鐵條紋，層理構(gòu)造，局部地段為黏土和粉質(zhì)黏土互層，上部夾有灰黑色的淤泥，下部可見灰黑色腐爛的植物葉片，含有蝸牛殼，有臭味。該層在局部地段缺失。該層承載力特征值為140kPa。

第④2層粉土：（Q4al）

灰黃～灰褐色～黃褐色，稍濕，中密，中等壓縮性。層理構(gòu)造，見氧化鐵條紋，混有較多粉砂，夾有薄層粉細(xì)砂，該層上部土層較軟，局部地段夾有粉質(zhì)黏土的透鏡體。該層承載力特征值為160kPa。

第⑤1層粉土：（Q3al）

褐色～紅褐色，稍濕，中密，中等壓縮性。含有鈣質(zhì)結(jié)核，見有氧化鐵斑點(diǎn)，局部地段夾有粉質(zhì)黏土透鏡體。該層承載力特征值為140kPa。

擬建綜合服務(wù)樓采用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為3.0m（+0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高884.85m），第④1層粉質(zhì)黏土以上土層承載力均較低，且具有濕陷性，不能滿足設(shè)計(jì)要求，地基處理采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（DDC）技術(shù)。本工程共布樁3556根，DDC灰土樁的參數(shù)為：設(shè)計(jì)成樁直徑為600mm，有效樁長10.0m，等邊三角形布樁，樁的中心間距為1.20m。樁體材料采用3∶7灰土，壓實(shí)系數(shù)不小于0.96，設(shè)計(jì)要求處理后樁間土的平均擠密系數(shù)不小于0.90，處理后的復(fù)合地基承載力特征值≥240kPa，同時(shí)消除地基土濕陷性。

二、試驗(yàn)及結(jié)果分析

為了確定經(jīng)過孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理后復(fù)合地基的承載力、濕陷性消除情況等能否滿足工程要求，工程結(jié)束后進(jìn)行了單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)、樁體及樁間土探井取樣試驗(yàn)。

（一）靜載荷試驗(yàn)

本次檢測(cè)共隨機(jī)抽取了14組單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，采用直徑1.26m的圓形壓板，承壓板的面積為一根樁承擔(dān)的處理面積。承壓板底面標(biāo)高與樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高相適應(yīng)。承壓板底面下鋪設(shè)中砂墊層，墊層厚50mm。試驗(yàn)標(biāo)高處的試坑長度和寬度滿足大于承壓板直徑的3倍。采用分級(jí)加載、慢速維持法進(jìn)行。

根據(jù)本次單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)沉降觀測(cè)結(jié)果,試驗(yàn)加荷初期，復(fù)合地基的變形較均勻，一般持荷2.5小時(shí)左右沉降變形可趨于穩(wěn)定，隨著荷載的增大，每級(jí)荷載作用下的沉降量和達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)所需要的持荷時(shí)間漸趨增長。通過對(duì)上述14組單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的荷載-沉降（P-s）及沉降-時(shí)間（s-lgt）曲線進(jìn)行分析：各試驗(yàn)點(diǎn)在最終加載值達(dá)到500kPa壓力下，均沒有達(dá)到極限破壞狀態(tài)，且荷載-沉降（P-s）曲線大致為平緩光滑曲線，拐點(diǎn)不明顯，沉降-時(shí)間s-lgt曲線尾部也沒有明顯的陡降段，因此，其承載力特征值按相對(duì)變形s/d=0.008所對(duì)應(yīng)的壓力8加載壓力的一半時(shí)，按最大加載壓力的一半確定。

可見，經(jīng)過孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理后的復(fù)合地基承載力較之處理前天然土層有很大提高，可以滿足工程的要求。

（二）樁間土擠密效果

本次檢測(cè)工作按照隨機(jī)抽樣的原則，共布設(shè)取土探井13個(gè)。取樣探井布置在相鄰兩樁之間，進(jìn)行樁間土濕陷性消除效果和常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的取樣從樁頂標(biāo)高下0.5m處開始，每間隔1.0m取樣一件，直至達(dá)到樁底，樁間土平均干密度的取樣自樁頂向下0.5m起，每1.0m不應(yīng)少于2點(diǎn)（1組），即樁孔外100mm處1點(diǎn)，樁孔之間1/2處1

點(diǎn)。

所取樁體土試樣送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其含水量、密度、干密度，樁間土試樣除進(jìn)行常規(guī)項(xiàng)目試驗(yàn)外，還進(jìn)行了濕陷性試驗(yàn)，浸水壓力為200kPa。另對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取的樁間土土樣進(jìn)行了輕型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定其最大干密度和最優(yōu)含水量，本次檢測(cè)室內(nèi)土工試驗(yàn)均按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）的有關(guān)要求進(jìn)行操作和試驗(yàn)。

本次檢測(cè)共布設(shè)探井13個(gè)，共取得原狀土樣260件，其中樁頂標(biāo)高下6.0m深度范圍內(nèi)的土樣進(jìn)行了濕陷性試驗(yàn)，根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果，所取樁間土土樣的濕陷系數(shù)δs均小于0.015；根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）經(jīng)地基處理后地基處理深度范圍內(nèi)濕陷土層的濕陷性已消除。經(jīng)統(tǒng)計(jì)地基處理后樁身長度范圍

內(nèi)地基土的干密度、壓縮模量等都較處理前有所提高，擠密效果明顯。

三、結(jié)論

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法可以有效消除地基濕陷性、提高地基承載力和壓縮模量。值得注意的是，樁的承載力發(fā)揮程度因場(chǎng)地土的性質(zhì)不同而異，主要與土的滲透系數(shù)有關(guān)。另外，施工時(shí)的壓樁速度對(duì)承載力的時(shí)間效應(yīng)也有較大影響，有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)．濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB 50025-2004）[S]．

[2]孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程（CECS197:2006）[S]．北京：中國計(jì)劃出版社，2006．

[3]高新文．濕陷性黃土地基處理技術(shù)研究[J]．山西交通科技，2008，（1）．

[4]馮志焱，等．孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的一個(gè)實(shí)例[J]．巖土力學(xué)，2005，（11）．

[5]陳方明，等．大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法的應(yīng)用[J]．建筑科學(xué)，2007，（5）．