孔内深层强夯法在湿陷性黄土地基中的应用

段红芳

摘要：文章通过对孔内深层强夯法处理的地基工程的单桩复合地基荷试验和桩间土挤密效果的试验及其结果分析，表明孔内深层强夯法能消除湿陷性黄土地基的湿陷性，形成的复合地基能显著地提高地基承载力、改善地基土的承载性状，是一种有效的地基处理方法。

关键词：孔内深层强夯；黄土；湿陷性；承载力

中图分类号：K826文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）14-0154-02

湿陷性黄土的孔隙比一般在1.0左右或更大，但由于在颗粒间具有较强的联结作用，故在天然干燥的情况下可承受一定的荷重，承载力较高，变形量也较小。当黄土浸水后，在自重或一定荷载作用下，土的结构迅速破坏而产生显著的附加下沉，以致其上的建筑物受损。为了保证湿陷性黄土地区建筑物的安全和正常使用，在绝大数情况下都必须采取处理措施。这些措施包括地基处理措施、防水措施和结构措施。而消除地基的部分湿陷量或全部湿陷量，是从黄土的颗粒结构改变其大孔隙，消除湿陷性，以防止建筑物的不均沉降，确保安全。湿陷性黄土地基处理方法有垫层法、强夯法、土或灰土挤密法、预浸水法和孔内深层强夯法等。

孔内深层强夯法，又称DDC（Down Hole Deep Compaction）法，是一种有效的地基处理方法，其主要特点是：先用长螺旋钻头在场地内钻成直径一般为400 mm 的孔，然后在孔内填入素土、灰土、建筑垃圾或其他材料，并用20～60 kN 的重锤夯实，由下而上重复操作，直至形成直径为550～600 mm 的桩体，并使桩间土挤密，从而形成DDC桩复合地基。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，从而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。较之土或灰土挤密桩，孔内深层强夯法处理后的复合地基的承载力更高且均匀，处理深度更深（一般可达 25～30 m），处理黄土湿陷性的效果更为理想。因此孔内深层强夯法具有广泛的应用前景。作为一种有效的地基处理方法，孔内深层强夯法的应用已较为常见，但对其进行深入研究的报道并不多见，理论研究明显滞后于工程实践。因此，通过现场测试研究孔内深层强夯法在消除湿陷性黄土地基的湿陷性、提高地基承载力、改善地基承载性状以及加固机理和效果，具有一定的理论及实际意义。

一、DDC技术在工程中的应用

山西潞安容海煤矸石发电厂新建工程拟建场地地貌单元属浊漳河冲洪积平原区，现为大面积的平坦耕地。建筑场地类别为Ⅱ类，地下水稳定水位埋深19.0～23.0m，地下水对混凝土无结晶性腐蚀。地基土对混凝土结构具弱腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。工程桩桩长深度范围内的地层情况概述如下：

第①层黄土状粉土（Q4al）：

黄褐色，稍湿，稍密，高压缩性，见大孔隙，含煤屑、砖块及植物根等，混少量砾石，松散结构，顶部为耕植土。该层承载力特征值为130kPa。

第②层黄土状粉质黏土：（Q4al）

黄褐色，硬塑，中高压缩性，见大孔隙，含钙质结核，混少量碎石。该层承载力特征值为130kPa。

第③1层黄土状粉土（Q4al）

浅黄色～黄褐色，稍密～中密，中高压缩性，孔隙发育，针孔发育，混有少量中细砂，见氧化铁锈色斑纹，混有粉质黏土团块，夹有粉砂及粉质黏土的透镜体，稍湿。该层承载力特征值为150kPa。

第③2层黄土状粉质黏土（Q4al）

褐黄色～棕黄色，可塑，中高压缩性，含灰色黏土条带和粉砂条带，见氧化铁条纹。该层承载力特征值为165kPa。

第④1层粉质黏土：（Q4al）

灰褐色～灰黑色，可塑～软塑，中等压缩性，土质不均匀，见氧化铁条纹，层理构造，局部地段为黏土和粉质黏土互层，上部夹有灰黑色的淤泥，下部可见灰黑色腐烂的植物叶片，含有蜗牛壳，有臭味。该层在局部地段缺失。该层承载力特征值为140kPa。

第④2层粉土：（Q4al）

灰黄～灰褐色～黄褐色，稍湿，中密，中等压缩性。层理构造，见氧化铁条纹，混有较多粉砂，夹有薄层粉细砂，该层上部土层较软，局部地段夹有粉质黏土的透镜体。该层承载力特征值为160kPa。

第⑤1层粉土：（Q3al）

褐色～红褐色，稍湿，中密，中等压缩性。含有钙质结核，见有氧化铁斑点，局部地段夹有粉质黏土透镜体。该层承载力特征值为140kPa。

拟建综合服务楼采用条形基础，基础埋深为3.0m（+0.000相当于绝对标高884.85m），第④1层粉质黏土以上土层承载力均较低，且具有湿陷性，不能满足设计要求，地基处理采用孔内深层强夯（DDC）技术。本工程共布桩3556根，DDC灰土桩的参数为：设计成桩直径为600mm，有效桩长10.0m，等边三角形布桩，桩的中心间距为1.20m。桩体材料采用3∶7灰土，压实系数不小于0.96，设计要求处理后桩间土的平均挤密系数不小于0.90，处理后的复合地基承载力特征值≥240kPa，同时消除地基土湿陷性。

二、试验及结果分析

为了确定经过孔内深层强夯法处理后复合地基的承载力、湿陷性消除情况等能否满足工程要求，工程结束后进行了单桩复合地基载荷试验、桩体及桩间土探井取样试验。

（一）静载荷试验

本次检测共随机抽取了14组单桩复合地基载荷试验，采用直径1.26m的圆形压板，承压板的面积为一根桩承担的处理面积。承压板底面标高与桩顶设计标高相适应。承压板底面下铺设中砂垫层，垫层厚50mm。试验标高处的试坑长度和宽度满足大于承压板直径的3倍。采用分级加载、慢速维持法进行。

根据本次单桩复合地基载荷试验沉降观测结果,试验加荷初期，复合地基的变形较均匀，一般持荷2.5小时左右沉降变形可趋于稳定，随着荷载的增大，每级荷载作用下的沉降量和达到相对稳定标准所需要的持荷时间渐趋增长。通过对上述14组单桩复合地基载荷试验的荷载-沉降（P-s）及沉降-时间（s-lgt）曲线进行分析：各试验点在最终加载值达到500kPa压力下，均没有达到极限破坏状态，且荷载-沉降（P-s）曲线大致为平缓光滑曲线，拐点不明显，沉降-时间s-lgt曲线尾部也没有明显的陡降段，因此，其承载力特征值按相对变形s/d=0.008所对应的压力8加载压力的一半时，按最大加载压力的一半确定。

可见，经过孔内深层强夯法处理后的复合地基承载力较之处理前天然土层有很大提高，可以满足工程的要求。

（二）桩间土挤密效果

本次检测工作按照随机抽样的原则，共布设取土探井13个。取样探井布置在相邻两桩之间，进行桩间土湿陷性消除效果和常规物理力学性质试验的取样从桩顶标高下0.5m处开始，每间隔1.0m取样一件，直至达到桩底，桩间土平均干密度的取样自桩顶向下0.5m起，每1.0m不应少于2点（1组），即桩孔外100mm处1点，桩孔之间1/2处1

点。

所取桩体土试样送实验室测定其含水量、密度、干密度，桩间土试样除进行常规项目试验外，还进行了湿陷性试验，浸水压力为200kPa。另对现场所取的桩间土土样进行了轻型标准击实试验，确定其最大干密度和最优含水量，本次检测室内土工试验均按《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）的有关要求进行操作和试验。

本次检测共布设探井13个，共取得原状土样260件，其中桩顶标高下6.0m深度范围内的土样进行了湿陷性试验，根据土工试验结果，所取桩间土土样的湿陷系数δs均小于0.015；根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）经地基处理后地基处理深度范围内湿陷土层的湿陷性已消除。经统计地基处理后桩身长度范围

内地基土的干密度、压缩模量等都较处理前有所提高，挤密效果明显。

三、结论

孔内深层强夯法可以有效消除地基湿陷性、提高地基承载力和压缩模量。值得注意的是，桩的承载力发挥程度因场地土的性质不同而异，主要与土的渗透系数有关。另外，施工时的压桩速度对承载力的时间效应也有较大影响，有待进一步研究。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准．湿陷性黄土地区建筑规范（GB 50025-2004）[S]．

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[5]陈方明，等．大厚度自重湿陷性黄土场地孔内深层强夯法的应用[J]．建筑科学，2007，（5）．