孔内深层强夯法(DDC)

孔内深层强夯法(DDC)［关键词］DDC技术湿陷性黄土渣土桩复合地基1DDC技术及其特点DDC技术，即孔内深层强夯法(down-oledynamiccompaction),是一种新型深层地基处理方法。该法先成孔至预定深度，然后自下而上分层填料强夯或边填料边强夯，形成高承载力的密实桩体和强力挤密的桩间土。DDC渣土桩复合地基(compositesubgradofslag-oilpile)是指用建筑垃圾、杂土、素土、石料、灰土、无毒工业废料及它们的混合物等为填料，以DDC法形成具有较高承载力的复合地基。与其它地基处理方法相比，该技术有以下优势：(1)使用范围广泛，可用于各类地基处理：如深厚层湿陷性黄土、液化土、软弱土、腐蚀性土、不均匀地基及回填垃圾地基等各种复杂建筑场地的处理。(2)用料标准低，就地取材:DDC技术的最大特之一就是对填料要求不严，可就地取材，凡是无机固体材料均可，如土、砂、碎石、建筑垃圾、碎砖块、混凝土块、粉煤灰等工业废料均可加以利用，而且不需要严格加工。具有咼动能、咼压强和强挤密效应：夯击能可达2000~3OOOkNm/m2,为一般强夯压能的5〜8倍，根据工程需要可进行调高或降低。地基承载力提高显著：渣土桩fk=1000〜1800kPa，复合地基fk=200〜800kPa，为原天然地基的3〜9倍。地基处理深度大：一般处理深度20m左右，最深可达30m。复合地基变形模量大，沉降变形小：变形模量显著提高，承载性状明显，地基变形量大为降低，E0值可达30〜40MPa以上。社会经济效益好：该技术具孔内深层强夯的特征，故震动小，噪音低；消除渣土污染；可大量节约钢材、水泥，降低工程造价，一般可降低造价25%〜80%以上。作为一项新技术，不仅新颖、独特、地基处理效果好，实用性强，更重要是具有环保意义，单项工程可消纳渣土上万立方米，是典型的绿色工程及经济适用技术。目前该技术在我国华北、华东、东北、西北以及中原地带的各类地基处理中得到应用。洛阳市宏伟世纪大厦采用该技术处理湿陷性黄土地基，亦取得了成功，为在洛阳市推广应用该项新技术积累了经验。本文结合本工程实例，就DDC法的技术特征、设计方法、施工工艺及处理效果等方面进行讨论。工程概况洛阳市宏伟世纪大厦位于洛阳市凯旋西路，平面呈矩形，55.7mxl5.9m，地上14层，地下1层，基底埋深-5m，框架结构，柱底最大轴力9500kN,安全等级为二级。工程地质条件地基土分为9层，1层为素填土，2层为第四系全新统新近冲洪积(Q42al+pl)形成的黄土状粉土，3层为第四系全新统冲洪积(Q42al+pl)黄土状粉质粘土，4〜9层为第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)黄土状土、砂性土及碎石土，地层结构具典型二元结构。2〜5层为湿陷性黄土，湿陷系数6s在0.026〜0.015之间，属丨级非自重湿陷性黄土场地，湿陷性土层的下限深度为6层顶面。场地土分层及主要物理力学指标见表。地下水情况：地下水属孔隙潜水，埋藏深度20〜21.3m，赋存于7层底部，8、9层中，以大气降水和洛河补给为主，水位年变幅1〜3m。地基处理方案的选择按照“经济可行，方案合理，处理效果好”的原则，设计了4种处理方案进行比较。方案一：人工挖孔灌注桩该方法是比较可靠的地基处理方法，第9层卵石是良好的桩端持力层，该层承载力高，变形小，桩径大小可选择，桩端可扩底，且该桩型在洛阳地区广泛使用，施工经验丰富；但卵石层在水位以下，施工时需采取降水措施，且人工挖孔易发生安全事故，近年来在洛阳地区限制使用。方案二：强夯方案采用8000kNm能量级重锤强夯。本工程湿陷性黄土厚度19m左右，深浅不均，强夯法处理厚度有限，且场地土多为粘性土层，含水量较高，饱和度在80%〜90%之间，易夯成橡皮土，影响施工质量，同时，施工区位于洛阳市繁华地带，强夯施工产生的振动对邻近建筑物产生有害影响，其噪音亦影响居民环境。方案三：灰土挤密桩与CFG桩联合处理方案采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土，CFG桩提高地基承载力，此法在洛阳地区应用较多，是处理湿陷性黄土地基的很好方法，但场地土含水量较高，饱和度较高，挤密效果差，且该法施工周期较长。方案四：DDC法（孔内深层强夯法）方案该法既可以解决强夯影响深度不够的问题，又可以避免橡皮土的出现，还可以解决湿陷性及承载力低的问题，同时可以消纳建筑垃圾。由于DDC桩体自下而上的超压强固结桩体及桩间土，所以它的桩径随地基土的软硬而变，一般呈串珠状，地基土越软桩径越大，技术效果越好。采用此法处理后的地基承载力高、变形模量大、刚度均匀，可大幅度降低工程造价，缩短施工工期，且对环境污染非常小。地基处理要求：①复合地基承载力fkM350kPa；②消除地基土的湿陷性。③复合地基刚度均匀。综合以上四种地基处理方案，对其优缺点及经济效益进行分析，最终确定采用DDC渣土桩复合地基处理方案。5设计计算5.1桩孔直径设计根据成孔机械、施工工艺和场地地质情况确定桩孔直径，一般以350〜450mm为宜。土质较软孔径宜偏小，土质较硬孔径宜偏大。本工程采用450mm桩孔直径。桩孔中心距设计桩孔中心距设计从消除土的湿陷性和提高地基土的承载力两方面考虑。（1）为消除土的湿陷性，挤密后桩间土的平均挤密系数不应小于0.93，当按等边三角形布孔时，桩孔中心距可按下式计算：经上式估算桩孔之间的中心距s=1.05m。（2）从提高地基土的承载力考虑，可由复合地基承载力公式得到桩孔中心距表达式，复合地基承载力表达式为:fspk二mfpk+（1-m）fsk（2）m=0.9069d2/s2（等边三角形布桩时）（3）式中：fspk复合地基承载力特征值（kPa）;fsk天然地基承载力特征值（kPa）；fpk渣土桩桩体承载力特征值（kPa）；m桩土面积置换率；d一桩身平均直径（m）；s桩孔中心距（m）。实际桩孔中心距由以上两方面综合考虑，并取二者的小值。本工程采用桩孔中心距为1.05m。布桩范围的确定DDC法属夯扩挤密处理方法，处理范围应大于基础底面宽度，以保证地基的稳定性。局部处理通常不考虑防渗隔水作用。工程实践经验表明:对于非自重湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，处理范围每边超出基底边缘的宽度不小于0.25b（b为基础短边宽度），并不小于0.5m。对于自重湿陷性黄土场地，地基处理范围每边超出基底边缘的宽度不小于0.75b,并不小于1m。这样可使基底下被处理的土层不致产生不良的侧向变形。整片处理通常要求具有防渗作用。每边超出建筑物外墙基础边沿的处理宽度应不小于基础局部处理的宽度，通常按压力扩散角或按处理土层厚度的1/2确定，并不应小于2m。本工程采用整片处理，处理范围为每边超出基础边缘4m。5.4桩长设计桩长的设计原则如下：DDC桩由于采用钻孔成孔或用洛阳铲掏孔，因此桩长不受条件限制，考虑到4m以内一般采用较为简便的换填法等处理，故一般大于4m以上均可采用DDC技术进行处理，处理深度一般为4〜30m。当以消除地基湿陷性为主要目的时，对非自重湿陷性黄土地基，一般处理至地基压缩层下限，或处理至附加应力与自重应力之和大于湿陷起始压力的全部土层止。当以提高地基承载力为主要目的时，应对基底下持力层范围内的高压缩性(a1-2M0.5MPa-1)土层进行处理，下卧层顶面的承载力应满足设计要求。当以减少沉降量为主要目的时，可用沉降量控制。沉降的计算按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)复合地基沉降计算部分执行。加固区复合模量可用下式计算：Esp=mEp+(1-m)Es(4)式中：Es