DDC-桩基础联合地基处理技术
李修波，李伟²，杨瑞祥²，梁福利”，崔祺²，胡长明 （1.西安建筑科技大学土水工程单院，陕西西安710055；2.陕西省交通建设集团公司西安绕城分公司，陕西百安710065）
[摘要】以某高层住宅楼地基处理工程为例，介绍了在深厚湿陷性黄土场地上采用DDC工法结合桩基础的地基处理方法.该方法首先采用DDC工法消除地基湿陷性，经检测满足设计要求后，在形成的复合地基上进行桩基础的设计与施工.室内试验结果表明，湿陷性黄土地基经DDC工法处理后其湿陷性基本消除；同时单桩竖向抗压静力载荷试验结果表明，桩基础的承载力与沉降量均达到设计要求，并表现出摩塞桩的特性.
[关键词】地基：湿陷性黄土；DDC工法：桩基础；承载力；沉降
[中图分类号】TU753.3 [文献标识码]A
[文章编号］1002-8498（2012）07-0024-04
Foundation Treatment Technology ofDDC Pile andPileFoundation
Li Xiubo' Li Wei² Yang Ruixiang² Liang Fuli² Cui Qi² Hu Changming'(1. School ef Cinil Engineering Xi* an Unisersty ef Architeture and Technology Xi* an Shaanxi 710055 Chins;2. Shanxi Prosineial Commanictions Construction Group Corporation Xi* an Branch Ring Xi* an Shanxi710065 Chine)
Abstraet Based on some high-rise residential building foundation project the authors introduce the effctthat pile foundation in conjunetion with DDC pile in collapsible loess ground on tbie first. First themethod uses DDC pile eliminating ground collapsible testing and meeting the design requirements. Pile foundation is designed and built on the formation of posite foundation. Laboratory test results indicatethat the collapsible has been almost eliminated after DDC pile while the bearing capacity and settlementof pile foundations meet design requirements and show characteristics of friction piles by results of staticloading test.
Key words: foundation; collapsible loess; down-hole dynamic paction method; piles; bearing capacity; setlement
湿陷性黄土在我国西北、华北地区分布广泛，固、预浸水.垫层法一般能消除基底以下1-3m黄随之产生了针对湿陷性黄土地基的处理问题.该土的湿陷性，处理深度较浅；重锤表层夯实法能消 问题通常包括低湿度湿陷性黄土以消除或减小湿除地下水位以上，基底以下1.0~1.5m湿陷性黄土层的湿陷性，处理深度较浅，若采用强夯法其有效处理深度应通过试夯或试验性施工确定，通常处理深度可达8-10m，但对周围环境的影响大：挤密桩法在成孔后采用素土或灰土为填料进行夯实，处理 深度可达20m，但该方法所用填料较为单一（在处理湿陷性黄土地基时一般采用灰土作为填料），且夯锤产生的夯击能较小，为得到理想的处理效果而导致桩位布置密集，使其经济性降低；预浸水法，浸洞，影响周围建筑物的安全，要求浸水坑边缘至既 水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿有建筑物的距离≥50m，所以该方法适用于空旷地区[1].
陷变形危害为主，同时需提高地基承载力的地基处理，以及高湿度软弱黄土（尤其是饱和黄土，多由湿陷性黄土饱水转化而成，饱和度S，>80%）以提高地基承载力、减少有害压缩变形为目的的地基处理两部分.由于后者的工程特性多与一般性土类 似，主要应考虑地基的压缩变形，故可按软弱黏性土对待，而前者则主要应考虑地基受水浸湿后的湿陷变形.
层、重锤表层夯实、强夯、挤密械、桩基础、化学加 传统的湿陷性黄土地基的处理方法主要有：垫
服负摩擦力带来的不利影响，规范规定：在湿陷 在采用桩基础法处理湿陷性黄土地基时，为克性黄土场地采用桩基础，桩端必须穿透湿陷性黄土
层，并应符合下列要求：①在非自重湿陷性黄土场地，桩端应支撑在压缩性较低的非湿陷性黄土层中：②在自重湿陷性黄土场地，桩端应支撑在可靠 的岩（或土）层中.但是在西北的深厚黄土地区可靠的持力层埋置深度通常较深，造成所需的桩长较长，使造价过高：化学加固法处理费用高昂，一般不予采用.
2工程概况
本工程为高层住宅楼，位于西安市长安南路以西、南三环以南，地上31层，建筑总高度98.4m，地 下1层，埋深6.5m.剪力墙结构，采用墙下布桩方案，地基基础设计等级为乙级.本工程场地原为一垃圾填埋场，地势东南高、西北低.地面标高介于435.19-440.45m，无不良地质作用，地貌单元属黄土梁洼.经勘察判定该场地属自重湿陷性黄土场 地，地基湿陷等级为二级（中等），自重湿陷性黄土的分布深度为11.5-18.0m，相应地层为②.③.④，，层，勘察期间为枯水期，稳定水位埋深17.2~19.7m，相应标高介于417.18-419.94m，属潜水类型.地基土物理力学性质指标如表1所示.
效果和显著的经济效益，近年来在处理湿陷黄土场 DDC工法以其对湿陷性黄土场地良好的处理地的工程中得到推广.但是采用DDC工法处理场地湿陷性的工程，多为构筑物工程，如粮库[”、大型储油罐等，该类构筑物高度较低，风、地震等复杂荷载作用下产生的倾覆力矩相对于高层建筑物要小.而在已有建筑物周围的自重湿陷性黄土场地 尚缺少经济有效的地基处理方法使天然地基经处理后，满足高层建筑物在复杂荷载作用下对沉降量、承载力和稳定性方面的要求.文献[5]介绍了桩基础结合DDC工法在处理深厚湿陷性黄土场地 的一个应用实例.经检测经这一方法处理过的湿陷性黄土地基满足了规范和设计中提出的要求.
3地基基础设计方案
该高层住宅楼属甲类建筑，规范规定当建筑物为甲类建筑时，应消除地基的全部湿陷量或采用桩基穿透全部湿陷性黄土层.
载大，且对倾斜十分敏感，在风和地震水平荷载作 地基处理方案的确定：①该高层住宅楼上部荷用下会产生巨大的倾覆力矩，故对基础的稳定性和差异性沉降要求很高，因此本工程选择承载潜力巨大能抵御复杂荷载的桩基础：②由于该场地自重湿陷性黄土层较深厚，需要对此湿陷性黄土层进行处 理，以消除其湿陷性，否则若发生意外浸水事故，导致上部湿陷性黄土层产生湿陷变形后，会在桩侧产生巨大的负摩擦力，为克服地基因意外浸水事故而造成的桩侧负摩擦力的不利影响，需要增加桩的尺寸，其经济性会大幅降低.所以应采取首先对湿陷 性黄土地基进行处理，消除地基湿陷性，然后在形成的复合地基上采用桩基础的方案.
1DDC工法处理湿陷性黄土地基的作用机理
孔内深层强夯法（即DDC工法），通过对孔内围内的土体受到挤压、扰动和重塑，同时夯击产生 填料进行强夯，迫使填料侧向挤出，使桩周一定范的巨大振动能量所带来的波和动应力反复作用，迫使土骨架产生塑性变形，从而提高土的密实度和抗剪强度，改善土的变形特性.在湿陷性黄土地区，够有效消除湿陷性黄土场地的湿陷性”，加固深度 采用DDC工法在改善地基土体物理性状的同时能可达30m（）.
表1土层物理力学性质指标
Table 1 Indicstors of soll physical and mechanical properties
压缩模量土层名称 层厚/ （kN-=-2) 重度y/ 含水率 u/% 孔陈比 . E√ 整性指数 自重湿陷 系数8 极限桩端 阻力标准 极限核侧 阻力标准①.索填上 1.6 2.9 14.5 19.5 1. 200 MPa 4.2 12.5 0.024 值/kPa " -30（66） 值/kPa③黄士 ②黄土 1.5 ~6.5 2.3-4.9 15.4 16.3 22.1 22.4 1.132 1.007 5.75 7.55 13.0 13. 3 0.051 0. 040 - - 30(66) -30(66)④古土壤 ③黄土 2.8~4.6 17.3 21.6 0. 880 7.85 13.3 CE0°0 30(66)③黄土 0.6 -6.6 1.3 ~8.7 16.8 18.4 22.1 27.9 0. 937 0. 852 8.64 6.95 14.1 13.5 0.030 -30(66) 60古土壤 ②黄土 3.1-5.6 4.1 ~6.1 18.9 19.3 26.8 24.9 0. 791 0. 727 8.42 7.33 13.6 13.7 - 1100 - 62 72③古土壤 2.7-4.2 19.1 25.9 0.758 6. 74 13.8 - 1 100 68③古土壤 2.0 -5.2 2.3-4.2 19.1 18.9 25.5 26.8 0.783 0.735 6.84 - 13.8 13.9 - 1 300 900 66 70古土壤 ①黄土 4.1 -7.3 2.8~4.9 18.9 19.4 26.8 24.6 0. 783 0.710 6. 85 9.22 13.7 13.7 - 1 400 900 66 74
注：“（）”内为全部湿陷性消除后侧摩阻力标准重
4施工工艺
4.1DDC工法施工工艺
1）材料准备
2）成孔工艺
万方数据
因湿陷性土层厚度较大，所以采用处理深度大且经济效益好的DDC工法，填料选用素土.由于DDC工法处理方法尚未列人相关规范，所以有关 DDC工法的设计没有相关的依据可循.但根据其加固机理，在DDC桩设计时，可参照挤土桩的设计方法执行.
参考规范中对挤密法的相关规定和相关文献对DDC工法在湿陷性黄土地区应用时提出的 建议设计该工程的DDC桩，确定DDC工法的相关参数.DDC桩成孔孔径400mm，成桩直径要求>550mm，桩心距l=900mm，有效桩长13m，共布桩5192根，布桩方式为正三角形满堂布桩，咸桩材料采用素土，桩身素土压实系数≥0.97，桩间土挤密系 数≥0.93，螺旋钻成孔.DDC工法桩桩位平面布置如图1所示.
图1DDC桩桩位平面布置Fig.1 DDC piles layout
在采用DDC工法消除湿陷性黄土地基的湿陷性后，进行桩基础的设计与施工.由于场地内分布的④古土壤层底部钙质结核局部相对富集，若采用无良好桩端持力层，所以不宜选用预制桩，因面采用钢筋混凝土钻孔灌注桩.按规范设计该工程的钢筋混凝土钻孔灌注桩基础，设计桩径为600mm，桩长36m，单桩竖向极限承载力标准值 5500kN，建筑物允许沉降量为50mm，采用境下布桩的方式，旋挖钻成孔，并依据《建筑桩基技术规范）JGJ94-2008对钻孔灌注桩基础进行检测验收.
预制桩或PHC管桩时可能发生沉桩困难，且地基内地基处理后的剖面如图2所示.
功能电动击实仪和101-1A型电热鼓风干燥箱）知桩位定位采用全站仪，利用指定的轴线交点作控制所采用素土的最优含水率为17%，最大干密度为点，采用极坐标法进行放样，灌注桩的桩位方向距1.72g/cm²，现场控制最优含水率为16%~18%.
图2地基处理后剖面示意Fig.2 The cross-setion diagram after ground treatment
用机械洛阳铲成直径为400mm的桩孔，有效深度13m，孔底空夯3击，落距5m，测孔深达标后，分层填料夯实；否则再夯，直至达标.
3）夯实工艺
每层填料（素土）约0.12m²/车；用1800kg的圆柱形子弹头重锤（直径300mm）进行夯实施工；夯击次数为下部8击，落距5m，上部10击，落距3m，以1/2设计桩长为界划分上、下部.
4.2DDC工法及桩间土检测结果
取桩间土（两桩连线中心处和距桩外侧10cm处）442件环刀试样，桩身素土试样662件，土工试验结果表明，桩间土平均挤密系数均>0.93，桩身素土平均压实系数>0.97，均满足设计要求.
湿陷性评价时，在场地上开挖探井采集三桩形心处桩间土不扰动土试样（共开挖17个探井），进行室内常规土工试验，根据室内试验结果，湿陷系数>0.015的试样有28件，占总试样的23%，且分布较分散，经综合分析认为该场地桩间土湿陷性已 基本消除.因此，可以进行钢筋混凝土钻孔灌注桩的施工.
4.3钻孔灌注桩施工工艺
施工工艺流程如下：硬化施工场地→放线定位（钢筋笼绑扎）→安放导管一水下浇筑混凝土（混凝 一钻机就位一钻孔→清孔一移钻机一安放锅筋笼土试块制作）一完成.
1）材料准备钢筋笼所采用主筋为HRB14，筋为HPB8.用C30商品混土，坍落度为（200±20)mm.
2）硬化施工场地并放线定位在进行灌注桩施工之前，采用100mm厚C15混凝土对已进行由素土夯实试验（试验仪器采用YDT一Ⅱ型多DDC桩施工的地面进行硬化处理.钻孔灌注桩的离误差≤5mm，并用长钉对桩位进行标记.
3）钻孔机就位钻孔机就位时，必须保持平
稳，不发生倾斜、位移.
载系统由1台6300kN级液压千斤顶组成，竖向位移观测系统由百分表、基准梁及连接件组成.
4）钻孔、清孔调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈）、开动机器钻进、出土，达到控制深度后停钻.过程中散落在地面上的土，必须随时清除运走.
然后，必须在孔底处进行空转清土，最后停止转动，沉降（Q-s）关系曲线如图3所示.由图3可知，4根 单桩竖向抗压静载荷试验共进行4组，其荷载-提钻杆（不得曲转钻杆）.孔底的虚土厚度超过质桩桩顶均加载至5500kN，桩顶最大沉降量为量标准时，要分析原因，采取措施进行处理.进钻17.18mm.单桩承载力与沉降量均满足规范规定和5）检查成孔质量①钻深测定用测深绳[9]的试验结果对比可得，本次试验得到的Q-s关系 设计要求.Q-关系曲线无明显的转折点，与文献（锤）测孔深及虚土厚度，虚土厚度不应超过曲线具有明显的长摩擦桩特性，并且这4组Q-关系曲线比较平直，这说明桩顶的荷载主要由桩身承担，桩、土界面处未发生较大的相对滑移，桩间土仍处于弹性状态.
100mm.②孔径控制由地质勘察报告知该场地有含水量较大的软塑黏土层，必须防止钻杆晃动引起孔径扩大，致使孔壁附着土和孔底增加回落土.
6）移动钻机到下一桩位经过成孔质量检查后，填好桩孔施工记录.然后用钻机将吊敢钢筋笼的三脚架吊装定位于已钻好的孔位处.最后再移走钻机到下一桩位.
前应先绑好砂浆垫块（或塑料卡），吊放钢筋笼时， 7）浇筑混凝土①吊放钢筋笼钢笼放人要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁.钢筋笼放到设计位置时，应立即固定.两段钢筋笼连接处，应采取焊接以确保钢筋的位置正确，保证保护层厚度符合要求.②放淄筒浇筑混凝土在 放润简前应再次检查和测量钻孔内虚土的厚度.混凝土浇筑应连续进行.③混凝土浇筑到桩顶时，应适当超过桩顶设计标高，保证凿除浮浆后，桩顶块，每班不得少于1组. 标高符合设计要求.同时，制作同一配合比的试
图3单桩竖向抗压静力载荷试验荷载沉降（Q-）关系曲线Fig.3 The Q-s curve of static load test of pile
本工程设计要求最终累计沉降量≤50mm，面工程建设和竣工后，沉降观测表明，该建筑最大累计匀、相邻观测点差异沉降不大，满足设计要求. 沉降量10.5mm，最小累计沉降量8.1mm，且沉降均
8）冬、雨期施工注意事项①当温度低于0℃的温度按冬期施工方案规定执行，在被顶未达到设计强度50%前不得受冻.②雨期浇筑混凝土时，严 格坚持随钻随浇的规定，以防成孔后灌水造成場孔.雨天不能进行钻孔施工.现场必须有排水措施，防止地面水流人楼内，以免造成边坡場方或基体情况对混凝土采取缓凝措施. 土沉陷、钻孔机倾斜等.当气温>30℃时应根据具
时，混凝土淡筑采取加热保温措施.淡筑时混凝土6结语
1）在湿陷性黄土地区的高层建筑地基处理工土场地的湿陷性，然后在消除湿陷性的复合地基上 程中，应用DDC工法能够有效消除大厚度陷性黄采用桩基础，这种地基处理方法能够有效缩短桩基础的桩长，其承载力和沉降量均能很好地满足规范规定和设计要求，且较仅采用桩基础的地基处理方法能够取得良好的经济效益.
在钻孔灌注桩施工过程中和施工完毕后，依据《建筑桩基技术规范》对钻孔灌注桩进行质量检查和验收.经检查该工程灌注桩质量达到相关要求.
2）运用DDC工法处理湿陷性黄土地基时，目前尚缺少相应的规范.因此，在采用该工法处理湿陷性黄土场地的湿陷性时，应参考相关规范和论文文黄土地基湿陷性的处理效果，最大限度地消除地基 献，完善设计和施工过程，以进一步提高对湿陷性的湿陷性，降低产生桩侧负摩擦力的可能性.
5单桩竖向抗压静力载荷试验和建筑物沉降观测
当的桩身混凝土达到28d龄期后，进行单桩竖向抗压静力载荷试验，该试验按《桩基检测技术规范》JGJ106-2003中的规定并结合参考规范试验设备主要由反力系统、加载系统及位移观测系 统组成.其中，反力由错桩及拼装式大梁提供，加
3）单桩竖向抗压静力载荷试验结果表明，湿陷中的相关要求执行.该试验采用慢速维持载荷法.性黄土地基经DDC工法处理后，也可采用摩擦桩，可放宽湿陷性黄土场地上对所用桩型的限制.因
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万方数据
整场地，进行普夯施工.普夯施工时每击点相互叠锤1/4，呈扇形夯击，普夯完成后按设计标高平整碾每一击的夯击能；可以通过预先设定的最终夯沉压场地.
3.3质量控制及注意事项
1)RIC配备先进的监控系统，可以记录每个夯点的夯击数，每击夯沉量和能量输出.
2）监视器可预先设定各种参数来控制RIC自动工作以达到设定标准，减少能量损失，因此RIC 的工作性能和工作效率得到极大提高.
3）同时储存在监视器中的施工数据可以打印或下载到计算机中进行处理.液压快速夯实机也可作为检测工具，每个夯点的夯沉量记录可用作地 基检测的依据.
4）合理配置挖握机由于快速夯实机由挖掘机提供液压动力，在高频率的提升冲击锤中，对挖掘机液压总泵产生长期及较大的负荷，故需配置合理的挖掘机基号以达到要求.
5）锤套及锤脚在高频率的冲击锤击打锤套过程中，锤套及锤击产生较大的热量.常温对每施工2h需2h散热时间，故若需连续工作，必须配置多一套锤套及锤脚.
6）橡胶垫在锤套及锤脚内各附有2层橡胶垫起缓冲作用.在高强度的施工中，高温及高频的夯击使橡胶垫的破损较快，需配备较多的备件.
7）平整度由于冲击锤高额打击锤套及锤脚，对锤脚水平度要求较高，即对施工面的平整度要求 较高.
8）夯坑深度由于锤套固定器伸长的限制，当遇到湿陷性土质时，快速夯实机无法进行施工，需对土质进行换填.
高频率实现单点能量的叠加，单点如果不连续作业 9）单点连续作业由于快速夯实机通过高速、或者单点分次夯击则夯沉量等检测数据与连续施工不符.
4RIC快速夯实机的技术特点
RIC9液压快速夯实机使用了强夯技术的原理，并通过特殊设计以便进行特定深度地基的夯实处理.根据锤重的不同，每次对地夯击能量最高可达108kNm，影响深度为1~10m.尽管单击的能量与传统的强券设备相比较小，但是RIC9的夯击额率 高，可以达到与强夯相同等级能量的单点夯击能.其技术特点总结如下.
1）高机动性快速夯实机首先体现在移动上，RIC可以安装在液压挖掘机或者轮式装载机上，在 作业位置之间可高速移动：快速夯实机也可以体现在填土的一次夯实厚度上.
万方数据
5结语
参考文献：
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参考文献：
2）可控性可以精确控制每个夯点的位置及量，弃击次数或单击最小夯沉量来自动操作：夯击 能量通过直接放在地面的1.2m直径的钢锤脚传递给地基，可以减小能量传递的损失.
3）安全性由于锤脚始终直接接地，避免和冲保证液压快速夯实机安全的靠近结构物、现场人员 击下落所产生的潜在危险和碎片飞溅.面且可以和相邻设备作业.
4）多功能性可安装在挖掘机或装载机车上，能进人狭窄和低矮的场地，比如仓库桥头等场所.
次/min，根据现场记录，单点履带式起重机夯击10 5）高效率，低能耗RIC夯击频率达20-60击，快速夯实机55击的情况下，高速夯实的工效约为履带式起重机的1.7倍，油耗仅为其4/5.
的表层压实施工和低夯击能的传统强夯施工，特别 RIC所采用的高速动态夯实技术适合替代传统适合处理深度为3~10m的地基，以及用于处理高速公路路基和解决桥头跳车等问题.
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此，采用该地基处理方法后能够扩大在湿陷性黄土地基上桩型的选择范围.
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