鉆孔夯擴擠密法地基處理技術(shù)分析

安云雷

(中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300)

1 概述

樁基礎(chǔ)在我國具有悠久的歷史，它以適應(yīng)性強，地基變形小，承載力高等一系列優(yōu)點而被廣泛采用[1］。而且樁的類型不斷增多，發(fā)展迅速，顯示出很強的生命力。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，許多高層、超高層、重型建(構(gòu))筑物大量興建，建筑工程用樁量成倍的增長，這就需要我們發(fā)展適用性更強，更安全，更合理，更經(jīng)濟的新型樁基礎(chǔ)。

鉆孔夯擴擠密法就是近十年來新興的一種綠色、環(huán)保的地基處理技術(shù)，先后在我國北方一些地區(qū)應(yīng)用于建筑工程地基處理，目前在國外尚無報道。這種方法在處理濕陷性黃土地基方面與傳統(tǒng)擠密法相比有很大優(yōu)勢，將隨著工程建設(shè)規(guī)模擴大而有廣闊的發(fā)展前景。

2 鉆孔夯擴擠密法的特征

鉆孔夯擴擠密法一般采用長螺旋鉆成孔，重錘在孔內(nèi)分層夯實填料，其錘尖角為30°左右，使填料向孔周側(cè)向擠壓，形成一種復(fù)合地基。與以往擠密樁相比，具有以下新特征[2，3］:

1)具有高動能、超壓強、強擠密的機理。

該方法處理地基是將超壓強E=5×103kN·m/m2～5×104kN·m/m2動能通過孔道潛入孔內(nèi)深層領(lǐng)域進行沖、砸、擠、壓、劈的強夯，使孔內(nèi)的填料和樁間土得到超壓強的動力固結(jié)和化學(xué)凝固。

2)處理地基范圍廣。

可廣泛處理大厚度、雜填、液化、濕陷、軟弱、膨脹以及具有酸、堿、鹽腐蝕和人防工事、硬夾層的各類特殊地基的處理，把擠密樁的使用范圍進一步擴展到含水量大于24%的土層，在高含水量或飽和土中使用磚碴等作為填料時[2，4］，樁體不僅可以吸收土中的水分，而且兼作超孔隙水壓力消散的通道，使高飽和度上的擠密成為可能。

3)處理深度深。

地基處理深度主要決定于機具成孔的深度，一般采用螺旋鉆成孔，深度可達30 m左右。

4)地基承載力高，壓縮變形小。

由此工法成樁，樁的承載力灰土樁可達3 000 kPa，土樁1 000 kPa～1 800 kPa，素土樁 400 kPa，其變形模量一般 E=40 MPa～100 MPa，減小了壓縮變形。

5)樁體呈不等徑串珠狀，地基剛度比較均勻。

在定值的夯擊能作用下，樁體直徑隨原土層密實度變化而變化。由于該工法側(cè)向沖擊擠壓力大，可使土層中“軟弱”部分產(chǎn)生更大的橫向擠密，從而達到樁身在豎向呈串珠(不等徑)狀，有利于與旁側(cè)的土層結(jié)合，改變了樁基傳力的機理，大大提高了樁基的承載力，減少了樁的計算長度，保證了樁的施工質(zhì)量和地基的剛度均勻。

6)樁徑大，擠密效果好。

在已成孔中進行強夯沖擊擠壓是該工法的主要特征，也是其精華所在，無論是何種方法成孔，大范圍的擠密作用在夯擊時完成，一般樁徑為600 mm～2 000 mm，最大樁徑可達3 600 mm。

7)用料廣泛，經(jīng)濟效益好，具有綠色工程技術(shù)特征。

該方法使用的填料很廣泛，如碎石、砂、土、工業(yè)廢料、建筑垃圾等各種無機材料或它們的混合物均可使用，從而消除了固體無機垃圾對社會環(huán)境的污染，且可就地取材，節(jié)約鋼筋水泥，降低工程造價。

8)施工速度快，生產(chǎn)效率高。

該方法機械化程度高，勞動強度低，可提高施工速度，縮短工期，在冬季、雨季均可施工。施工振動小、噪聲低，可適用于居民鬧市區(qū)的危房地基處理。

3 鉆孔夯擴擠密法在濕陷性黃土中的應(yīng)用

3.1 濕陷性黃土的工程特性

黃土是一種第四紀沉積物，我國的黃土和黃土狀土的分布面積為64萬km2，是國土面積的6.3%，在黃河中游地區(qū)，西起賀蘭山，東到太行山，北起長城，南到秦嶺幾乎全部被黃土覆蓋，這里黃土發(fā)育最好，地層全、厚度大、分布連續(xù)，是我國黃土主要分布地區(qū)[5，6］。

我國黃土工程性質(zhì)的研究自建國初期到現(xiàn)在已有五十多年的歷史，期間的主要成果有:

1)提出了黃土濕陷系數(shù)、擠密系數(shù)等一系列重要概念。

2)黃土的本構(gòu)關(guān)系及本構(gòu)模型研究。

3)黃土動力特性及動本構(gòu)模型的研究。

4)非飽和黃土力學(xué)的研究。

5)濕陷性黃土增濕、減濕特性的研究等。

6)厚層黃土的濕陷性評價及濕陷性黃土地基處理新技術(shù)的發(fā)展。

3.2 鉆孔夯擴擠密法應(yīng)用實例

鉆孔夯擴擠密法首先在北方一些地區(qū)應(yīng)用，經(jīng)具體工程驗證只要保證施工質(zhì)量，其復(fù)合地基均能滿足要求，與以往的方法如灌注樁、擠密樁等相比節(jié)約造價，縮短工期。如北京團結(jié)湖公寓北樓為3棟22層塔樓[7］，原計劃地基處理方案為CFG樁需工期50 d，費用136萬元，而采用鉆孔夯密樁施工，工期為35 d，總費用為76萬元，節(jié)約費用60萬元，縮短工期15 d，而且承載力及沉降均滿足要求?！笆婪胶劳ァ钡裙こ桃沧C明此方法高效低價。由于黃土遇水濕陷的特殊性質(zhì)，其地基處理的主要目的[8］:

1)消除其全部濕陷量，使處理后的地基為非濕陷性黃土地基，或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層;

2)消除地基的部分濕陷量，控制下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量或濕陷起始壓力以符合黃土規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

故而鉆孔夯密法引入黃土地區(qū)，不僅要求處理后地基滿足承載力要求，而且要求滿足濕陷性要求，西安、蘭州、太原等地已成功使用該方法進行濕陷性黃土地基處理，其處理效果明顯，建筑物使用情況良好。

蘭州某化工公司住宅樓，采用鉆孔夯密樁處理濕陷性黃土，原地基屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅲ級～Ⅵ級，經(jīng)處理后消除了處理深度范圍內(nèi)地基土的濕陷性，復(fù)合地基承載力可達300 kPa以上。地基濕陷性及承載力均滿足要求，建成后使用情況良好。寶雞第二發(fā)電廠是甲類構(gòu)筑物，建于大厚度嚴重濕陷性黃土，天然地基承載力100 kPa，濕陷系數(shù) δs＞0.06 ～0.08，采用孔內(nèi)深層強夯(DDC工法)技術(shù)處理后，達到了提高地基承載力，消除濕陷性且地基剛度均勻的目的，通過幾年的使用，總沉降量小于國家規(guī)范標準，且該工程節(jié)約投資1 300萬元，消納土方33萬m3。西安新興大廈建于飽和黃土的軟弱層上，其承載力僅有100 kPa，地下水位8 m，采用DDC工法碴土樁處理地基取得了很好的技術(shù)效果，復(fù)合地基承載力500 kPa，地基剛度均勻，在地基處理范圍內(nèi)地下水全部擠出。此工程不僅沒有使用鋼材水泥，而且將6 000多立方米無機固體垃圾變廢為寶用于地基處理，節(jié)約了成本，竣工后經(jīng)多年使用其沉降量遠小于國家規(guī)范標準。

4 鉆孔夯擴擠密法在使用中存在的問題

鉆孔夯擴擠密法是新開發(fā)的地基處理技術(shù)，沒有形成統(tǒng)一的標準，所以在使用中難免存在許多問題，有待進一步研究解決[2］。

4.1 樁體填料

對填料的顆粒成分及含量粒徑大小、級配沒有明確的規(guī)定。由于地基土的性質(zhì)，含水量的不同所填的材料也應(yīng)不同。如高含水量地層中，細粒填料如粘性土吸水軟化影響樁體的承載力和變形模量，且影響樁間土的排水固結(jié);填料中的有機質(zhì)含量及污染、輻射等也應(yīng)作出限制。

4.2 有關(guān)參數(shù)的確定

現(xiàn)鉆孔夯密樁的樁間距一般采用黃土規(guī)范公式:

4.3 復(fù)合地基質(zhì)量的檢測標準

由于鉆孔夯密法處理后的復(fù)合地基的評價仍采用沉管法的標準且許多規(guī)范、手冊等的研究成果矛盾甚多，對此工法處理后的樁體、樁間土及復(fù)合地基的評價不夠準確，需經(jīng)研究提出合理的檢驗標準。

5 結(jié)語

1)鉆孔夯擴擠密法在使用中所顯示出的優(yōu)勢如質(zhì)量可靠、節(jié)約造價、消除污染等決定此工法在黃土地基中的應(yīng)用更加廣泛。

2)鉆孔夯擴擠密法在使用中存在的一系列問題有待進一步研究解決。

3)通過試驗研究，解決鉆孔夯擴擠密法在地基處理設(shè)計、施工、檢測等方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，編制合理、標準、科學(xué)的使用手冊、規(guī)范勢在必行。

[1]趙 杰.西安地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁承載力的試驗研究[D］.西安:長安大學(xué)碩士論文，2001.

[2]劉明振，鄭廣文.夯擴擠密法在黃土地區(qū)應(yīng)用中存在的一些問題[J］.工程勘察，2000(5):26-27.

[3]司炳文.濕陷性黃土地基處理的新技術(shù)[A］.全國黃土學(xué)術(shù)會議論文集[C］.烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社，1994.

[4]李世煒.灰土夯擴擠密樁在大荔師范電教綜合樓地基處理中的應(yīng)用 濕陷性黃土地基處理工程實錄[M］.北京:中國建筑出版社，2003.

[5]錢鴻縉，羅宇生.濕陷性黃土地基[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[6]劉祖典.黃土力學(xué)與工程[M］.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[7]譚劉華，張 超.鉆孔夯擴擠密樁復(fù)合地基處理技術(shù)[J］.建筑技術(shù)，2003(3):36-38.

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