DDC桩技术.doc

1、DDC 技 术 作 为 一 项 新 型 技 术 ， 近 年 来 在 大 量 工 程 实 践 中 得 到应 用 ， 其 技 术 经 济 效 益 显 著 。 本 文 结 合 工 程 实 例 ， 对 其 技 术 特点 、 设 计 计 算 及 质 量 检 测 等 进 行 了 论 述 。 关 键 词 DDC 技 术 湿 陷 性 黄 土 渣 土 桩 复 合 地 基1 DDC 技 术 及 其 特 点DDC 技 术 ， 即 孔 内 深 层 强 夯 法 （ down-ole dynamic compaction） ,是 一 种 新 型 深 层 地 基 处 理 方 法 。 该 法 先 成 孔 至预 定 深 度 ，

2、 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 （ composite subgrad of slag-oil pile） 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

3、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

4、 要 严 格 加 工 。（ 3） 具 有 高 动 能 、 高 压 强 和 强 挤 密 效 应 ： 夯 击 能 可 达 2 000 3 000kNm/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 。（ 4） 地 基 承 载 力 提 高 显 著 ： 渣 土 桩 fk 1 000 1 800kPa， 复 合 地 基 fk 200 800kPa， 为 原 天 然 地 基 的3 9 倍 。（ 5） 地 基 处 理 深 度 大 ： 一 般 处 理 深 度 20m 左 右 ， 最 深 可达 30m。（ 6） 复 合 地 基 变 形 模 量 大 ，

5、 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 。（ 7） 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

6、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

7、 理 效 果 等 方 面 进 行 讨 论 。2 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 ，55.7m15.9m， 地 上 14 层 ， 地 下 1 层 ， 基 底 埋 深 -5m， 框 架结 构 ， 柱 底 最 大 轴 力 9 500kN， 安 全 等 级 为 二 级 。3 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 （ Q42a

8、l+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 s 在 0.026 0.015 之 间 ， 属 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

9、 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。4 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

10、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 8 000kNm 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

11、 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

12、 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

13、 、 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 ： 复 合 地 基 承 载 力 fk 350kPa； 消 除 地 基 土 的 湿 陷 性 。 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

14、 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 。5.2 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

15、 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=mfpk+（ 1-m） fsk （ 2）m=0.9069d /s （ 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

16、 ；d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。5.3 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

17、 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

18、 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

19、 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 （ a1-2 0.5MPa-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

20、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 ： Esp复 合 地 基 加 固 层 复 合 压 缩 模 量 ；Ep桩 体 变 形 模 量 ；Es桩 间 土 变 形 模 量 。本 工 程 以 处 理 湿 陷 性 和 提 高 地 基 承 载 力 为 主 要 目 的 ， 桩 长 穿透 湿 陷 性 黄 土 层 ， 至 第 7 层 砾 砂 顶 面 ， 桩 长 按 20m 考 虑 。5.5 桩

21、孔 填 料 的 选 用本 工 程 填 料 采 用 建 筑 垃 圾 、 碎 石 及 少 量 生 石 灰 ， 以 附 近 旧 房拆 除 的 废 料 为 主 。本 工 程 共 布 置 DDC 渣 土 桩 1 132 根 ， 实 际 有 效 施 工 期62d。6 地 基 施 工6.1 机 械 成 孔成 孔 方 法 有 钻 孔 法 、 沉 管 法 、 洛 阳 铲 掏 孔 法 等 。 本 工 程 采 用机 械 洛 阳 铲 成 孔 。6.2 桩 孔 夯 填孔 内 深 层 强 夯 机 （ 夯 实 机 ） 实 施 桩 孔 夯 填 。（ 1） 夯 实 机 就 位 后 应 保 持 平 整 稳 定 ， 夯 锤 对 准

22、 桩 孔 中 心 ，并 能 自 由 下 落 至 孔 底 。（ 2） 夯 实 前 先 检 查 孔 底 ， 不 得 掉 进 杂 物 ， 不 得 有 积 水 和 回淤 现 象 ， 否 则 应 予 以 清 除 ， 填 料 前 先 夯 实 孔 底 。（ 3） 填 料 时 应 按 试 验 确 定 的 填 料 量 进 行 ， 每 次 填 料 后 ， 必须 夯 够 规 定 的 锤 击 数 后 方 能 进 行 下 次 填 料 。6.3 施 工 顺 序DDC 桩 施 工 时 一 般 应 采 用 隔 行 隔 列 、 间 隔 跳 打 的 方 法 四 遍 成孔 、 成 桩 ， 以 避 免 后 打 孔 施 工 时 对 已

23、 打 孔 的 影 响 。7 质 量 检 测7.1 质 量 检 测 的 方 法质 量 检 测 视 加 固 目 的 不 同 而 有 所 不 同 ， 以 消 除 湿 陷 性 为 目 的 ，可 侧 重 挤 密 和 消 除 湿 陷 性 检 测 ， 以 提 高 承 载 力 为 主 可 采 用 静 载荷 试 验 进 行 检 测 。挤 密 效 果 检 测 可 通 过 现 场 对 不 同 桩 间 距 的 挤 密 土 分 层 取 样 ，测 其 干 密 度 和 压 实 系 数 。 对 湿 陷 性 黄 土 ， 当 c 0.93 时 ，可 认 为 已 达 到 消 除 湿 陷 性 的 目 的 。 消 除 湿 陷 性 的

24、检 测 也 可 采 取原 状 土 样 进 行 室 内 试 验 测 定 s 值 。7.2 检 测 结 果（ 1） 土 工 物 理 试 验 探 井对 桩 间 土 共 作 6 个 土 工 物 理 检 测 探 井 ， 采 取 60 组 原 状 土样 进 行 室 内 试 验 ， 主 要 测 定 d 和 s 值 。 结 果 表 明 ， DDC法 处 理 后 的 桩 间 土 d 在 1.59 1.78 g/cm3 之 间 ， s 值均 小 于 0.007， 湿 陷 性 全 部 消 除 。（ 2） 静 载 荷 试 验本 次 静 载 荷 试 验 使 用 全 自 动 设 备 ， 通 过 100T 液 压 千 斤

25、顶施 加 荷 载 ， 共 进 行 了 6 组 试 验 。 其 荷 载 位 移 关 系（ p ） 曲 线 见 图 。根 据 各 试 验 点 静 荷 载 试 验 实 测 资 料 绘 制 的 p 曲 线 可以 看 出 :本 次 静 载 试 验 6 个 试 验 点 在 荷 载 作 用 下 均 未 达 到极 限 状 态 ,比 例 极 限 点 不 易 确 定 ,也 未 出 现 明 显 的 极 限 荷 载 点 ,按 相 对 变 形 法 取 s/d=0.012 可 判 定 出 各 试 验 点 的 地 基 承 载 力特 征 值 ， 但 判 定 出 的 地 基 承 载 力 特 征 值 均 大 于 最 大 加 载

26、量 的 一半 ， 故 各 试 验 点 的 地 基 承 载 力 特 征 值 均 按 最 大 加 载 量 的 一 半 判定 。最 大 加 载 量 均 为 704kPa， 即 复 合 地 基 承 载 力 特 征 值 均 为352kPa 350kPa， 满 足 设 计 要 求 。综 合 两 种 检 测 结 果 ， DDC 渣 土 桩 复 合 地 基 满 足 设 计 要 求 ，达 到 了 预 期 的 效 果 。8 结 束 语DDC 技 术 具 有 适 用 范 围 广 、 用 料 标 准 低 、 处 理 效 果 佳 、 绿 色环 保 、 工 程 造 价 低 、 施 工 工 期 短 等 优 势 ， 具 有 较 好 的 推 广 价 值和 应 用 前 景 。 作 为 一 项 新 技 术 ， 目 前 尚 缺 乏 成 熟 的 理 论 指 导 ，应 该 在 实 践 中 不 断 总 结 施 工 经 验 ， 推 进 该 项 技 术 的 快 速 发 展 。在 设 计 时 可 参 考 中 国 工 程 建 设 标 准 CECS197： 2006 孔 内 深层 强 夯 法 技 术 规 程 有 关 规 定 进 行 。