SDDC桩在宁夏南部湿陷性黄土地基处理中的应用
时间：2023-02-11 11:25:06 来源：千叶帆 本文已影响人
荣磊 RONG Lei
（宁夏水利水电工程局有限公司，银川 750001）
西北地区有大面积的黄土，宁夏南部地区黄土覆盖层厚度20～100m，天然状态下的黄土具有较高的强度和压缩性，但遇水后其强度迅速降低，明显的沉降，导致结构破坏，这是黄土的特性湿陷性。地基的沉降对工程造成不同程度的破坏及损失，因此对湿陷性黄土地区地基的处理显得尤为重要。
宁夏水利水电工程局有限公司承建的清水河流域城乡供水工程（水工部分）二标段6#调蓄水池工程位于已建海兴水厂东北方向的沟道中，距离约700m。场地属于黄土丘陵地貌单元，周围均为林地，场地被第四系黄土层所覆盖，地形北、西、南高东低，呈簸箕状，地面高程在1580.0～1690.0m之间。蓄水池处于荒地区常年干旱，植被覆盖率较差，属于典型的干旱少雨区。该水池处于湿陷性黄土区域，地基的处理显得尤为重要，经过技术经济方案的对比，选择孔内深层强夯法（SDDC桩）进行处理湿陷性黄土。SDDC桩是先按设计的深度旋挖成孔，然后自下而上分层填料，并砸夯处理，形成具有高承载力的强力挤密的桩间土及密实桩体。
宁夏水利水电工程局有限公司承建的清水河流域城乡供水工程（水工部分）二标段6#调蓄水池（2万m）位于宁夏中卫市海原县海兴开发区已建海兴水厂东北方向。场地黄土层湿陷厚度大于40m，局部湿陷厚度35.0～40m，为Ⅳ级自重（很严重）湿陷性场地，湿陷量1399.2～2185.2mm，自重湿陷量1728.7～2838.4mm。（表1）
表1 蓄水池现有地基湿陷量统计表
2.1 SDDC桩设计参数
针对6#调蓄水池地基处理，经过验算分析，SDDC桩设计桩长26m，设计桩径1600mm，桩与桩之间间距2800mm，桩孔按等边三角形布置，每个桩外围等距离布置6个注水孔，超出构筑物基础边宽度为10.1m（10.2m）。基础处理总面积7280m（112m×65m），共布设SDDC桩1035根。
设计要求桩体压实系数≧0.97，桩间上的平均挤密系数≧0.93，处理后的地基承载力特征值fspk≧180kPa。桩体材料就地取用蓄水池基坑开挖土，土中有机质含量不应超过5%。如图1、图2所示。
图1 SDDC桩孔布置图
图2 砂桩注水孔布置图
2.2 土料补水设计
本施工区域天然含水率为2.7%～15.4%，平均含水率8.87%。依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）第7.5.3条要求，“成孔时，地基土宜接近最优（或塑限）含水量，当土的含水量低于12%时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿”；
依据《孔内深层强夯法技术规程》（CECS 197:2006）第4.1.9条“桩内填料、最优含水率应通过试验确定”；
施工图纸要求“施工前，应对处理范围内的地基土的当前含水量进行取样测定。当地基土含水量接近最优含水量时，可以直接进行SDDC桩工程施工。若含水量不符合施工要求，应先进行土体增湿作业，待其达到所需的含水率要求后，再进行SDDC桩施工”。施工前将地基土取样送检进行土料击实试验，击实试验得出的土料最优含水率为14.5%。
综上所述，在地基处理前必须对桩间土和桩体填料进行补水制备。地基土增湿补水采用钻孔砂桩加地表筑畦的方式进行。地表水畦每畦范围不超过50m，畦埂高40cm。深层补水浸水孔孔径110mm，孔内灌入人工级配砂砾料（混合料配合比例是1～3cm碎石：水洗砂=7:3），孔间距1.6m，等边三角形布置，孔深11m；
补水期间保持明水高于筑畦地面，采用水管向其内注水（其中补给水源来自海兴水厂中清水池，通过小型水泵连接大约600m DN50mmPE水管至6#蓄水池SDDC挤密桩试验区域），在水管出水口位置安装小型水表精确控制注水量。注水过程中要注意控制水流大小，防止水流过大对地面冲刷破坏。注水应分次进行，每次均应注满至试验区域地面高30cm，并做好注水量记录，水渗完后进行二次注水，如此反复、分次注水，待累计注水量达到计算出的理论注水量后停止注水。待检测土层中含水率接近最优含水率（约4～10d）后，方可进行SDDC桩的施工。经估算注水孔约2023眼，注水量约为12783.21m。土料增湿补水后，含水率是否符合最优含水率上下浮动2%范围要求（因考虑土料水分损耗，补水时比最优含水量多6%的水）是重点。
桩体填料补水制备在规划的土料制备长进行，采用筑畦泡水，挖掘机对泡水土料进行三遍掺拌后进行焖制。土料需焖制一段时间（7～15天），采用洛阳铲打孔检测其含水率，自上而下均匀且达到最优含水率±2%后，采用装载机装车、自卸汽车拉运到SDDC桩作业面进行桩体夯填作业。
3.1 工艺原理
先利用旋挖钻机钻进取土成孔或强夯重锤自由下落冲击成孔至预定深度，形成桩体填料的孔道，然后分段向孔内回填桩体材料，同时采用自由下落的重锤对孔内填料进行高动能、超压强、强挤密的强夯作业，使孔内的填料在沿竖向压密固结的同时对桩周土进行横向的强力挤密加固，直至形成具有高承载力的密实桩体以及强力挤密的桩间土，形成的具有一定承载力的地基。
3.2 工艺特点
拓宽了湿陷性黄土地区建筑物选址范围；
“夯锤自重大、提升高度大、冲击能量大”，成桩直径大，处理深度大；
桩间距大，总桩数少，施工周期短；
桩体和桩间土密实度高，复合地基承载力高；
对桩体材料要求较低，易于“就地取材”，保护环境，节约成本。
3.3 成孔、成桩顺序
成孔时采用隔列、隔行、间隔跳打成孔的方式，为了防止邻近的桩孔成桩时被挤塌孔。四遍成孔、成桩，其示意如图3所示：（○为第一遍，⊙为第二遍，◎为第三遍，●为第四遍）。
图3 成孔、成桩示意图
3.4 旋挖钻孔
旋挖钻机就位时，不发生倾斜、位移，必须保持平稳，为保证准确控制成孔的深度，必须在机架上做出控制的标尺，以便于在施工过程中进行观测、记录。调直机架及钻杆，对好已确定的孔位，开机并钻进、出土，直至达到成孔深度后停钻、提钻。
3.5 夯填成桩
所需土方用装载机运至施工现场，使用小型装载机向孔内均匀填料，每层填料宜控制在2～3m（填料量可根据不同项目、不同地质进行调整），填筑高空在1～1.5m之间。
夯填之前，应首先对桩孔的孔底进行空夯，保证提锤过程中的回落得到充分夯实，并且达到桩端形成扩大头效果，夯击次数一般为3次。
强夯机成桩过程中，应将夯锤对准桩孔的中心，机身应保持平稳，门架应牢靠，提锤的高度、落距以及击数必须要符合施工工艺标准，充分发挥夯锤自由落体，以超压强的冲、砸、挤、压效果，严禁偏锤施工，确保工艺要求。
4.1 经济效益分析
由表2对比分析可知，6#蓄水池地基处理原设计为现浇钢筋混凝土灌注桩，处理地基消除湿陷性黄土需要826.84万元，通过方案的对比分析，最终引进新工艺SDDC桩处理地基消除湿陷性黄土，并达到设计要求，引进的SDDC桩需要440.01万元，可节约成本386.83万元。
表2 钢筋混凝土灌注桩与SDDC桩分析表
4.2 社会效益分析
湿陷性黄土地基的处理方法孔内深层强夯处理，与其他地基处理方法相比，其超压强、高动能以及强挤密的效果不仅能够明显消除黄土的湿陷性，而且能够提高地基承载力，可有效缩短地基处理的时间，从而缩短项目建设周期，可将湿陷性黄土变废为宝，湿陷性黄土地基孔内深层强夯处理尤其特别适用于深厚湿陷性黄土的处理。该技术施工操作便捷，施工处理后的地基效果好，具有广泛的推广应用价值。
6号蓄水池基础采用孔内深层强夯（SDDC桩）处理完成后，随机选取6根SDDC桩对桩体和桩间土进行检测。每根桩从设计桩顶到桩底进行分层取样，取样高度间隔1.0m，每根桩取土样25块。经检测得出以下结论：桩体平均压实系数为0.99，桩间土的平均挤密系数为0.95，地基承载力达到250kPa；
通过对桩间土和桩体土进行室内压缩试验，试验结果显示处理后的地基土的桩体平均自重湿陷系数为0.0045，桩间土平均自重湿陷系数为0.0013。经试验检测6号蓄水池基础的湿陷性全部消除，满足施工条件，达到了设计的要求。
孔内深层超强夯法（SDDC桩）通过挤密作用，从而降低桩间土的孔隙比，充分利用了桩间土的承载力，从而提高了复合地基的承载力，而且孔内深层超强夯法具有施工质量容易控制，设备简便等特点，同时本工程填筑料采用基坑开挖土，就地取材，既节能环保又节约成本。
实践证明，孔内深层超强夯法（SDDC桩）在处理Ⅳ级自重湿陷性黄土对工程建设不利的地质条件时充分发挥了优良性能、质量可靠、性价比高的显著优势，为原位土体的充分利用提供了可靠的地基处理方法，拓宽了工程建设选址的范围。
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