浅谈DDC在地基处理中的应用

蔡冬华

摘要:DDC(孔内深层强夯法)在对孔内填料强夯过程中,使桩周一定范围内的土体受到挤压、扰动和重塑,产生的巨大的夯击能量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,是一种有效的地基处理方法。文章介绍了该方法在地基处理中的应用。

关键词:DDC技术;孔内深层强夯;地基处理

中图分类号:TU472文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0012-03

DDC(Down Hole Deep Compaction)又称孔内深层强夯法,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400mm的孔,然后在孔内填入素土、灰土、建筑垃圾或其他材料,并用20～60kN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,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25～30m),处理黄土湿陷性的效果更为理想。

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。

一、DDC技术在工程中的应用

某新建工程拟建在大面积的平坦耕地。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。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、施工方法

1.基础施工前,应将桩顶标高以上松土全部铲除。

2.平整场地,准确定出桩孔位置并进行编号。

3.成孔顺序应由外向里间隔分排进行,防止错孔或漏孔。

4.夯击时宜采用20kN重锤、大落距、多点次夯击。

5.成孔达到要求深度后,应及时回填夯实。回填填料前,应将场地清理干净,分层回填填料并夯实,要求夯击次数不少于8次;填料含水量若超过最佳含水量的±3 %时,应将填料晾干或洒水湿润。

四、注意事项

1.利用这种方法处理地基前,应进行小面积试桩,检测地基土湿陷性消除情况和承载能力,为设计和施工提供相关数据。

2.利用这种方法处理地基,应在基础底边以外留有一定排数的保护桩,在复合地基承载力标准值要求比较高时,宜比《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的要求高。

3.复合地基不宜直接作为基础的持力层,应根据基底压力做一定厚度的整片砂石或灰土垫层,要求压实系数不得小于0.97。

4.采用此法处理地基后,应使地基桩间土的平均挤密系数不得小于0.93,中心处的挤密系数不得小于0.88。

5.在湿陷性黄土地区,应做好建筑物四周的防水工作,以防四周土渗水下陷而对复合地基产生负摩阻。

6.基础施工完毕后,桩顶标高至少预留1m的虚桩头。

五、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,有待于进一步研究。

参考文献

[1]郑永晖.采用DDC桩处理湿陷性黄土地基[J].太原理工大学学报,2005,(S1).

[2]司炳文,唐业清.孔内深层强夯技术的机理与工程实践[J].施工技术,1999,(5).

[3]管清贤,熊耀湘.浅谈DDC和SDDC桩作用原理与特性[J].山西建筑,2006,(16).

[4]陈洪志,麻凤海.湿陷性黄土地基处理[J].辽宁工程技术大学学报,2005,(S1).

[5]吕秀杰,龚晓南,李建国.强夯法施工参数的分析研究[J].岩土力学,2006,(9).

[6]冯志焱,林在贯,郑翔.孔内深层强夯法处理湿陷性黄土地基的一个实例[J].岩土力学,2005,(11).

[7]胡清梅.某住宅楼湿陷性黄土地基及墓穴的处理[J].山西建筑,2000,(3).

[8]叶开智,廖正杰.强夯法处理湿陷性黄土地基的工程实践[J].路基工程,2005,(3).

[9]刘宇峰,陈开圣.强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用[J].山西建筑,2005,(1).

[10]包安源.关于湿陷性黄土地基的讨论[J].西安航空技术高等专科学校学报,1999,(3).