DDC法处理湿陷性黄土地基的应用

晋 炜

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

0 引言

湿陷性黄土的典型特点是黄土受水浸湿状况，在一定压力下，土体结构迅速破坏并产生显著下沉的特点。黄土作为湿陷性土的典型代表在世界范围分布广泛，据估计整个欧洲黄土的覆盖面积约占10%，亚洲约占30%，以前苏联约占15%；中国黄土分布面积达60万km2，黄土厚50 m～80 m，是世界上最大黄土覆盖区，其中约为43万km2具有湿陷性的。我国湿陷性黄土主要分布地为陕西、山西、甘肃的大部分地区、河南西部和宁夏、青海、河北的部分地区，此外，辽宁、山东、黑龙江及内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区等局部地区亦分布有湿陷性黄土。根据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范可知湿陷类型分非自重湿陷性和自重湿陷性；湿陷等级为：Ⅰ级～Ⅳ级。在湿陷性黄土场地进行基本建设，需根据工程要求和湿陷性黄土的特性，因地置宜，采取综合治理措施，防止地基湿陷对建筑物产生危害。综合治理包括地基处理、防水措施、结构措施三方面措施。其中地基处理措施是改善土体湿陷性根本性措施，是治理场地湿陷性的治本之策，它的目标是通过改善土的物理力学性质，减少或消除地基的湿陷变形。

1 工程概况

山西长治市区某地块，建设大型居住小区，总建筑面积超60万m2。建筑物基本为地下2层，地上12层～18层的小高层住宅。根据地勘报告，该场地湿陷深度在3.4 m～13.4 m，湿陷量为221.00 mm～32.40 mm，自重湿陷量小于70 mm，场地湿陷类型为Ⅱ级非自重湿陷；但部分地块因第一层杂填土厚，无法人工挖掘探井，根据地区工程实践经验，该区块场地为Ⅱ级自重湿陷。根据地勘可知，本项目地块主要土层分布自上而下为：第①层为杂填土，厚度为0.7 m～9.2 m；第②层为湿陷性粉土，厚度为2.1 m～10.4 m，地基承载力特征值fak=120 kPa，Es=8.61 MPa；第③层为湿陷性粉质粘土，厚度为1.3 m～3.1 m，地基承载力特征值fak=150 kPa，Es=4.35 MPa；第④层及以下均为粉质粘土，仅土的受力性能略有差异，地基承载力特征值fak≥200 kPa。地基基础设计等级为乙级。

2 方案的选择

本工程中场地为湿陷性黄土，根据项目特点，本项目地基承载力按地基承载力特征值fak=200 kPa～280 kPa考虑；场地湿陷性处理深度最大处接近13 m。依地勘可知场地天然地基承载力不能满足建筑的载荷要求，故地基处理时要求兼顾二者，既要消除建筑地基下土体的湿陷性，又要提高地基的承载力。

目前，垫层法、挤密桩法、多桩型复合地基法、强夯法及孔内深层强夯法(DDC法)是国内处理湿陷性黄土的一般方法。

垫层法，根据文献[2]可知，对于多层建筑，当地基为Ⅱ级湿陷性时，对于非自重湿陷性黄土场地，要求未处理的下部湿陷性黄土层湿陷起始压力值不小于100 kPa且地基处理厚度不小于2.0 m；对于自重湿陷性黄土场地，要求未处理的下部湿陷性黄土层剩余湿陷量不大于200 mm且地基处理厚度不小于2.5 m。该方法通常采用整片土换填法，换填土料包括素土垫层和灰土垫层，通过整片换土处理，将非湿陷性符合要求土料经分层回填、碾压，变为压缩性低、密实好的土层，且均匀性良好。经实践证明，该方法能使黄土湿陷性消除，地基强度提高。土垫层承载力特征值，一般采用静载荷试验或轻型动力触探法测定，对素土垫层不宜超过180 kPa，灰土垫层不宜超过250 kPa。结合本项目地基土特点，该场地湿陷性土层太厚，采用该方法消除湿陷性难以满足规范要求，且地基承载力也不能满足实际荷载要求。

挤密桩法是一种柔性桩复合地基，它通过桩身的夯实和桩间土的挤密达到提高地基强度的目的，又通过挤密桩间土达到消除湿陷性的目的，是处理湿陷性黄土地区地基的重要方法之一。该方法可处理的湿陷性黄土层厚度5 m～15 m，其地基承载力特征值灰土挤密桩法多在200 kPa～250 kPa范围内，且不宜大于处理前天然地基承载力特征值2.0倍；素土挤密桩法多在150 kPa～180 kPa范围内，且不宜大于处理前天然地基承载力特征值1.4倍。根据本项目地基特点，采用本方法处理地基承载力仅仅最大达240 kPa，考虑本项目地下水位偏高，可能影响挤密效果，综合考虑本方法难以实现工程要求。

多桩型复合地基法是先采用挤密法将黄土层湿陷性消除，再采用刚性桩提高地基承载力的多桩型复合地基。该方法能较好的实现本项目既消除湿陷性又提高地基承载力的双重目标。但该方法分两次施工，工序多，工期长，湿陷性土层处理厚度受挤密法限制，且施工造价较大，综合考虑，该方法并不是本项目的最理性地基处理方法。

强夯法是一种最经济的处理方法，强夯法的优点表现为施工工艺简单、工期短、节约材料、适用范围广和地基加固效果显著等。强夯法处理湿陷性黄土地基，有效处理深度可达起夯面以下10 m左右。但强夯法所引起的灰尘、噪声及震动会对周边居民造成极大的影响，而本项目场地所处四周均近距离有居民建筑和其他建筑物，故该方法在本项目中不宜采用。

孔内深层强夯法(DDC法)，该方法先采用机械成孔至预定深度(小直径孔)，然后自下而上分层填料强夯或边填料边强夯(夯扩后桩径较孔径大)，夯扩后形成强力挤密的桩间土和高承载力的密实桩体。该方法处理后复合地基的整体刚度均匀，除提高地基承载力外，同时消除地基深层的湿陷性，一次施工解决消除湿陷性和提高地基承载力的问题。依文献[3]可知，DDC法最大处理深度可达30 m左右，处理后复合地基承载力可达600 kPa，桩体直径可达0.6 m～3.0 m，基本可以满足一般高层建筑承载力要求。该方法填料选择多样化，其中建筑固体垃圾、杂土、无毒工业废料及其混合物均可作为桩体填料，是一种绿色施工技术，且其造价低，施工方便，噪声小，对周围环境影响小。依本项目地基特点及结合项目地采料的方便性，采用碎石作为填料的DDC法。

3 DDC法工程应用实例

根据不同地基处理方法的特点及地勘提供的地质资料，综合考虑，山西长治市区某地块大型居住小区建筑物地基处理均采用DDC法。地基处理设计DDC桩孔直径400 mm(夯后桩径≥550)，桩呈正三角形布置，桩间距为900 mm。成孔方式可采用预钻孔方法；有效桩长均为12 m，桩体填充材料为天然砂卵石掺不小于5%水泥(体积比)，桩基布置图如图1，图2所示。

在大面积开展地基处理前，选择合适地块先做试桩，试桩结果显示复合地基极限承载力标准值达800 kPa～880 kPa，试验过程中最大沉降为53.11 mm，处理后的地基土湿陷性全部消除。工程桩施工完成后按要求做复合地基载荷试验，试验结果显示：地基承载力特征值满足设计不小于280 kPa要求，试验过程试验沉降量为23.69 mm～25.83 mm，处理后地基土湿陷性全部消除。主体施工完成，建筑沉降观测数据显示，建筑总体沉降均匀，最大沉降量满足规范限值要求，就单个单体为例，A区2号楼，建筑周圈设15个观测点，最大平均沉降量区间值为31.36 mm～41.64 mm(≤200 mm)，整体倾斜值为0.000 325(≤0.003)，满足建筑变形要求。

4 结语

1)地基处理方法众多，应对每一种地基处理方法的优、缺点深入掌握，根据每种处理地基方法的特点及处理效果并结合综合造价的考虑，做出符合项目地基最有效的地基处理方法。

2)DDC法可以一次性既消除场地黄土层湿陷性又提高地基承载力，且可以利用固体废料或项目地方便取材的填料，施工快捷，造价合理可控。同时DDC法地基处理深度深，地基承载力提高幅度大，是其他复合地基处理方法都难以实现的。

3)结合工程实例进一步验证了孔内深层强夯法(DDC法)在处理湿陷性黄土地基的效果,为湿陷性黄土地区推广DDC法提供一次实例验证。

[1] JGJ 79—2012,建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB 50025—2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[3] CECS 197∶2006，孔内深层强夯法技术规程[S].