1、1DDC 桩处理变电站厚层湿陷性黄土地基的研究 刘丽萍 1 ，王胜利 2（1.西安工业大学 建筑工程学院，西安 710032；2.陕西省电力设计院 土建室，西安 710054）摘 要：对于变电站厚层湿陷性黄土地基，采用常规处理方法遇到施工上的困 难，且沉降控制指标难以保证。孔内深层强夯挤密桩(DDC 桩)具有自身的特点和优势，对 330kV 变电站而言又是首次采用，通过现场三个试桩区的试验表明，孔内深层强夯法 经合理设计各参数后，能消除厚层湿陷性黄土地基的湿陷性，同时又提高了地基的承载力，是一种经济有效的地基处理方法。关键词： 孔内深层强夯；黄土；湿陷性；变电站Study on Treatin
2、g Thick-bedded Collapsible Loess of Converting Station by Down Hole Deep Compaction LIU Li-ping1 ，WANG Sheng-li 2 （1. Department of Civil Engineering，Xian Technological University， Xian 710032，China ；2. Civil Office, Shaanxi electric power design institute, Xian 710054）Abstract：For thick-bedded coll
3、apsible loess of converting station，conventional treatment technique is difficult during construction，and settlement controlled index is not easy to achieve. Down hole deep compaction（DDC pile）is dominant，and is used for 330kV converting station first time. The three test piles results indicate：afte
4、r rational parameter design，down hole deep compaction can eliminate collapsibility of thick-bedded collapsible loess，and increase ground load capacity at the same time. It is an economical and actual ground treatment technique. Key words: down hole deep compaction; loess; collapsibility; converting
5、station1 引言现行规范规定对于湿陷性黄土场地，特别是严重湿陷性黄土场地的建构筑物，其地基处理通常采用灰土挤密桩，但因成孔施工工艺的限制，大于 12 米桩长的施工很困难。因此，对于厚层湿陷性黄土的处理，灰土挤密桩显得力不从心。变电站建构筑物对地基沉降甚为敏感，严格的工后沉降控制对厚层湿陷性黄土地基的处理提出了更高的要求，为了确保工程中建构筑物的安全，有效消除湿陷性及提高地基承载力，拟采用孔内深层强夯挤密桩（简称 DDC 桩）处理地基，其在建筑基础、大型油罐基础等领域均有成功应用的先例，但在变电站中尚属首次。因此，对于变电站而言，DDC 桩是一种新型的地基处理方法，有关其使用性能及受力特性
6、方面的研究，比较缺乏。目前，设计桩间距等指标均参考地基处理规范中关于灰土挤密桩的计算方法并结合工程试验确定。为此，本文主要针对 DDC 桩的设计参数，处理效果进行分析和研究，从而为变电站地基处理设计提供参考。2 工程概况330kV 东塬变电站位于陕西省铜川市，属于陕北黄土高原南缘黄土残塬区，其主控通信楼为两层钢筋混凝土框架结构，布置在站区东侧，330kV 构支架布置在站区东南侧，110kV 构支架布置在站区的西北侧，主变架构（钢管柱及基础）、45 米高独立避雷针等布置在 110kV 构支架和330kV 构支架之间。330kV 架构为钢管柱联合架构。110kV 架构为钢管柱品字型联合架构。根据地
7、质勘察报告，场地出露的主要地层以第四纪上更新统风积黄土层为主，场地地层结构以黄土状土夹多层古土壤层为特征，黄土状土一2般为黄褐色或灰黄色，呈硬塑、中密状，土质较均匀，混少量钙质结核，虫孔及大孔隙发育，站址内的湿陷性黄土层厚度约 17.228.0 米不等，湿陷等级为 级（很严重） 。地基土承载力特征值 fak在 150180kPa 之间。设计采用孔内深层强夯挤密（DDC 工法）桩地基处理方案，机动洛阳铲成孔，隔排跳打施工工艺，机械拌合 3:7 灰土。填料前用 1820kN重锤对孔底进行 3 击预夯，每次填料 0.10m3,并用重锤夯实，落距4.50m。其中，桩顶至10.0m 深度段夯 8 击；1
8、0.0m20.0m 深度段夯10 击。 3 试验及结果分析3.1 试验方案站内共分 3 个试桩区，具体参数如表 1 所示，其中，试桩区 1 位于主控通讯楼避雷针区（图1） ，试桩区 2 位于 330kV 架构区（图 2） ，试桩区 3 位于 110kV 架构区（图 3） 。试桩内容包括：（1）评价桩身夯填质量。（2）对比评价桩间土湿陷性消除程度及挤密效果。（3）确定复合地基承载力特征值。（4）推荐最佳工程桩施工设计参数。检验采用井探（洛阳铲成孔） 、复合地基静载荷试验、室内土工试验及轻型击实试验等综合手段。其中，井探用于采取桩身、桩间土试样，并直观查验桩身灰土拌和均匀性；复合地基静载荷试验用以
9、确定地基承载力特征值；室内土工试验进行桩身含水量、干密度测试及桩间土常规项目和湿陷性试验。轻型击实试验用以评定桩间土挤密效果及桩身灰土夯填质量。检测时间在成桩后 14 天。表 1 试桩区初定参数设计参数 试桩区 1 试桩区 2 试桩区 3布桩型式 正三角形 正三角形 正三角形桩距（m） 0.85 0.90 0.95桩长（m） 14.5 15.0 19.0桩径（mm）600 600 600桩数（根） 94 60 33ABCN#2#34T12图 1 试 桩 区 1 检 测 点 平 面 布 置 图ABCNACT123#4图 2 试 桩 区 2 检 测 点 平 面 布 置 图ABCN#34T1图 3
10、试 桩 区 3 检 测 点 平 面 布 置 图3T2#13.2 试验结果分析与评价（1）桩间土的湿陷性消除程度及挤密效果根据桩间土土工试验成果，计算求得相应的最小挤密系数列于表 2。由表 2 可知：试桩区一桩间土最小挤密系数为 0.880.92，试桩区二桩间土最小挤密系数为 0.880.91，试桩区三桩间土最小挤密系数为 0.890.90，三个试桩区整体满足设计要求（大于等于 0.88） 。表 2 桩间土最小挤密系数（ min）计算结果黄土状土 古土壤 黄土类土 d（g/cm 3）1.54 1.60 1.50试桩区一 min 0.91 0.92 0.88 d（g/cm 3）1.52 1.58
11、1.49试桩区二 min 0.89 0.91 0.88 d（g/cm 3）1.52 1.57 1.53试桩区三 min 0.89 0.90 0.90击实试验：黄土 dmax1.70g/cm 3,古土壤 dmax1.74g/cm 3试桩区一抽检的 42 件土样中自重湿陷系数 zs均小于 0.015，说明自重湿陷性消除，这 42件 土 样 中 有 4 件 土 的 湿 陷 系 数 s 0.015(占抽 检 量 的 9.5 )。 分 布 在 2#探 井8m( s2.0=0.025)、14m( s3.0=0.043)深度段；3#探井 13m( s3.0=0.016)和 4#探井14m( s3.0=0.0
12、15)深度段,分析认为非自重湿陷性未充分消除。试桩区二自重湿陷性和非自重湿陷性消除，其挤密效果最好。试 桩 区 三 抽 检 的 54 件 土 样 zs0.015， 自重 湿 陷 性 消 除 。 有 5 件 土 s2.0（ 3.0） 0.015(占 抽 检 量 的 9.3 )。 分 布 在 2#探 井1m( s2.0=0.048)、 2m( s2.0=0.025)、7m( s2.0=0.017)； 4#探 井 1m( s2.0=0.021)和11m( s2.0=0.016)深 度 段 。 分 析 认 为 非 自重湿陷 性 未 充 分 消 除 。（2）桩身夯填质量井探剖桩宏观显示：桩身夯填连续、完
13、整，灰土拌和较均匀。其中，试桩区一：桩身灰土平均含水量为 15.6%17.1%，单桩桩身灰土压实系数 c为 1.041.07；试桩区二：桩身灰土平均含水量为 15.8%17.1%，单桩桩身灰土压实系数 c为 1.051.09；试桩区三：桩身灰土平均含水量为 15.8%17.1%，单桩桩身灰土压实系数 c为 1.061.08。由此可见，三个试桩区桩身灰土平均含水量较最优含水量( op23.1%)低，而桩身灰土 c数值满足设计要求，整体较高，均不小于1.00，主要原因是由于夯击能量较高所致。（3）各试桩区复合地基承载力为 300kPa。（4）对三个试桩区各项检验参数综合对比分析认为：330kV 架
14、构区地基处理效果最好；110kV 架构区和避雷针区地基处理效果次之。分析认为造成该结果的原因，主要是由于桩距不同，导致挤密效果存在差异。（5）为确定未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量，根据工程要求，在各试桩区附近布置了 1 个勘察探井。结合土工试验成果，根据规范计算各个试桩区的剩余湿陷量分别为：试桩区一，地基土剩余湿陷量为 321mm；试桩区二，地基土剩余湿陷量为 141mm；试桩区三，地基土剩余湿陷量为 185mm。计算结果表明：330kV 架构试桩区剩余湿陷量满足规范要求，110kV 架构试桩区和避雷针试桩区剩余湿陷量未满足规范要求，其桩长应在原试桩设计桩长的基础上分别增加 2.0m 和 4m
15、。（6）根据本次试验结果，各区域桩间距及桩长拟采用表 3 所示的参数。表 3 试桩区拟采用参数设计参数 试桩区 1 试桩区 2 试桩区 3布桩型式 正三角形 正三角形 正三角形桩距（m） 0.90 0.90 0.90桩长（m） 18.5 15.0 21.0桩径（mm）600 600 6004 DDC桩的沉降控制机理（1）黄土的强结构性及大孔隙性是产生工后沉降的主要原因。DDC 技术在施工过程中因冲击振动而对桩周土体充分扰动，使大孔隙性黄土的原有结构受到破坏，且变得结构紧密，从而消除湿陷，减小了工后沉降。（2）桩周土体挤密、模量提高。在成桩过程中，桩间土也受很大侧向挤压力，同样也被挤密加固，形成
16、了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区，提高了桩周土体模量，减小地基整体压缩变4形。（3）桩体强度高、模量大。由于采用较重夯锤，孔内加固料单位面积受到高动能、强夯击，使地基土受到很高的预压应力，桩体强度高、模量大。已有工程处理表明，处理后的地基浸水或加载都不会产生明显的压缩变形。（4）地基整体刚度较均匀。DDC 技术处理湿陷性黄土地基，由于桩体及桩间土均得到了有效加固，复合地基的整体刚度较均匀，对倾斜控制有利。5 结 语（1）工后运营两年观测表明，330kV 变电站内场地稳定，未发现变形。（2）DDC 技术处理湿陷性地基深度可达2030m，且处理后的复合地基承载力较高，可高达 300800kPa，
17、满足变电站深厚湿陷性黄土地基处理的要求。（3）与灰土挤密桩（处理深度 515m，地基承载力 180kPa）相比，采用 DDC 桩处理地基深度大，复合地基承载力高，且剩余湿陷量及沉降量指标也具有明显优势。（4）与强夯法相比（处理深度 10m） ，DDC技术动能大，振动小，噪音低。（5）DDC 桩体直径灵活，可在 0.62.5m 内自由选择，从而满足不同加固要求。DDC 桩体用料广泛，凡是无机固体材料、建筑渣土等均可使用。在降低造价的同时利于环保。参 考 文 献1 GB50025-2004 湿陷性黄土地区建筑规范S 中国建筑工业出版社，20042 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，2005，26（11）：1834-18363 苏谦,刘昌清,李安洪等.郑西客运专线深厚湿陷黄土地基 DDC 桩法分析及沉降计算研究J 铁道标准设计，2006（5）：23-244陕西省电力设计院，中国有色金属工业西安岩土工程公司.孔内深层强夯挤密桩在厚层湿陷性黄土地区的应用研究Z,2007作者简介：刘丽萍（1974-） ，女，西安工业大学副教授，博士，主要研究方向为公路及岩土工程联系地址：西安市雁翔路 99 号陕西省电力设计院,王胜利转刘丽萍邮编：710054联系电话： 13571497643E-Mail：
