閻小茹

（咸陽市水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院 陜西 咸陽 712000）

隨著工業(yè)、民用建筑事業(yè)的發(fā)展，實(shí)際工程中不可避免遭遇深層濕陷性黃土和自然深層淤泥地基，深孔強(qiáng)夯，又稱D.D.C人工地基處理，就是針對(duì)軟弱地基加強(qiáng)處理的需要而產(chǎn)生的一種新型工藝。該技術(shù)在1990年由北京瑞力通地基公司提出并申請(qǐng)專利，其原理借助近年來國內(nèi)外長螺桿鉆機(jī)造孔，在孔內(nèi)填料，再用重錘夯實(shí)，使填料在錘擊下，不但向下而且向孔周壁擠壓，成為以填料向孔內(nèi)周壁擠壓擴(kuò)大夯實(shí)體，由孔深到地基面，提高承載力2倍～3倍。該工藝簡便、可靠、造價(jià)低廉，因此，自上世紀(jì)90年代起就在北京、上海、廣東、天津、河南、陜西、甘肅等省地多處使用，特別是在大型工業(yè)、民用建筑中應(yīng)用廣泛。

1 深孔強(qiáng)夯地基處理工藝

1.1 成孔

用長桿螺旋鉆機(jī)，孔徑一般40cm～60cm，孔深以濕陷性和液化軟土層厚度而定，一般20 m～28 m?？椎拇怪倍瓤刂圃诳咨畹?.1%，孔徑誤差控制在2cm以內(nèi)，并用驗(yàn)孔器進(jìn)行驗(yàn)收。

1.2 填料

一般以工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件選用。水上多用3∶7或2∶8灰土、素土、砂、礫、磚礫、工業(yè)廢渣、粉煤渣等；水下除了素土和灰土不能使用外，其他材料均可使用。

1.3 強(qiáng)力夯實(shí)

分層填料，分層夯實(shí)。一般常用的錘重為1.8 t～2 t，每層填料約0.1m3～0.15m3。每次提錘高度以設(shè)計(jì)強(qiáng)夯能量選定，普通起夯提錘高度為10 m，連續(xù)強(qiáng)夯5次，隨著填料升高提錘高度減少，夯實(shí)次數(shù)增加。當(dāng)孔內(nèi)填料升高無法提高重錘落距時(shí)，增加強(qiáng)夯次數(shù)以達(dá)到夯擊能量。

2 深孔強(qiáng)夯處理地基的理論效應(yīng)

深孔強(qiáng)夯處理地基一般成樁直徑大，且基土自然密度越低，成樁直徑越大。其特點(diǎn)：夯錘重、落距大、夯擊力大；圓錐體錘尖成40°～60°夾角，把夯擊力以錐面法線方向向孔壁傳遞擠壓，迫使樁間土和填料向外擠壓。每夯一錘，向外擠壓移動(dòng)一次；連續(xù)數(shù)次夯擊，擠壓數(shù)次，夯擊力遠(yuǎn)在100m外可感到較強(qiáng)振動(dòng)。其橫向剖樁截面成樹木年輪狀，夯實(shí)效果較強(qiáng)。

2.1 夯錘構(gòu)造

深孔強(qiáng)夯除夯錘重量大外，更重要的是錘尖成60°夾角，夯擊中除向下方擊實(shí)外，在錘尖法線方向產(chǎn)生向外下方強(qiáng)大的壓實(shí)力P分（夯錘構(gòu)造如圖1）。

圖1 夯錘構(gòu)造

圖2 深孔強(qiáng)夯樁體及側(cè)向壓實(shí)體

2.2 深孔強(qiáng)夯作用效果

強(qiáng)夯時(shí)錘擊能量沿孔壁周自下而上分布：

其中：S1為深孔強(qiáng)夯側(cè)向影響線；S2表示豎向影響線；R為錘重，取2t；H為落距，取10 m；μ1為機(jī)具摩擦系數(shù)，取值0.7。

夯擊中沿孔壁自下而上，樁徑D+2 S1（D為樁徑）和樁深H+S2的土柱體全部被強(qiáng)夯擊實(shí)并向外擠壓，所以深孔強(qiáng)夯的作用效果比一般地面強(qiáng)夯大，深孔強(qiáng)夯樁體及側(cè)向壓實(shí)體如圖2。

另外，由于夯錘產(chǎn)生強(qiáng)大的側(cè)向擠壓應(yīng)力，可使比錘體直徑大8倍～10倍的坑洞在不移動(dòng)夯錘位置下得到充分的夯實(shí)。

2.3 深孔強(qiáng)夯和一般灰土擠密樁比較

灰土擠密樁一般采用柴油打樁機(jī)將設(shè)計(jì)同直徑的鋼管樁打入土中，拔管成孔后回填2∶8或3∶7灰土加以夯實(shí)而成。樁身直徑300mm～450mm，深度4 m～10 m，夯錘重1 kg，夯錘直徑38cm，夯錘落距1 m～2 m，錘底平或略凸。用灰土夯填只有填料夯實(shí)，幾乎無側(cè)向擠壓力，其造孔擠壓力為成孔體積（以每米計(jì)）：πR2=π0.22=0.126m3，即每米擠入土內(nèi)0.126m3夯實(shí)體。

深孔強(qiáng)夯夯錘重2 T，錘尖成60°角的圓錐體，成樁長度可達(dá)30 m，是灰土擠密樁的近3倍。施工中填料前對(duì)孔內(nèi)原土空夯3次～5次，實(shí)際成樁還要加深4 m左右，夯實(shí)后成樁直徑一般60cm～100cm。樁間土和填料中的80%～90%以上空隙水分和空氣被夯擊力排出，土的結(jié)構(gòu)框架在強(qiáng)力擠壓下重新組合，密實(shí)度增加，透水性和空隙度減小，承載力增大，全部改變了基土的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。

夯擊能量：Q=1/2 m v2μ=275kN·m（m=2 kg，v=，h=20 m，μ 為機(jī)具和孔壁的磨擦系數(shù)0.7）。

若平均以成樁直徑80cm計(jì)，則夯實(shí)體體積為（以每米計(jì)）：π0.42=0.502m3，即深孔強(qiáng)夯較灰土擠密樁每米樁長多擠出0.376m3土體，比灰土擠密樁提高了3倍。

即由于強(qiáng)夯錘在和填料擊實(shí)接觸時(shí)在孔壁產(chǎn)生了強(qiáng)大的側(cè)向擠壓的能量，迫使樁徑擴(kuò)大，壓實(shí)側(cè)向土層，這是深孔強(qiáng)夯具有的功能。

3 深孔強(qiáng)夯處理地基效果檢測實(shí)例

筆者曾參與寶雞第二發(fā)電廠冷卻塔地基處理，方案比選時(shí)檢測單位用多種方法對(duì)深孔強(qiáng)夯處理的地基進(jìn)行了檢測，結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，以下結(jié)合該實(shí)例詳細(xì)介紹。

寶雞第二發(fā)電廠選址在寶雞鳳翔縣石頭坡村，地基為二類30 m深濕陷性黃土，容重為1.54 g/m3。原西北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)地基承載力250kN/m2，3∶7灰土填料D.D.C方法施工，樁距1.5 m，樁深25 m，設(shè)計(jì)成孔直徑400mm。

深孔強(qiáng)夯地基處理后檢測結(jié)果為：

（1）用輕便觸探檢查，樁頂擊數(shù)達(dá)300次/m～350次/m，而且探桿無法拔出，后樁項(xiàng)免于檢驗(yàn)。樁間土用輕便觸探，擊數(shù)40擊/m～50擊/m，推算承載量35 t/m2左右。

（2）中型觸探：65 kg錘重，樁間20擊/m～28擊/m,推算承載量32 t/m2～35 t/m2。

（3）靜壓荷載測驗(yàn)：35 t/m2～40 t/m2，沉降量為0.01 m～0.015 m。極限破損測驗(yàn)：50 t/m2，仍未破損，沉降量為0.02 m。

（4）濕陷性檢驗(yàn)：系數(shù)為0.018＜0.02，基本上消除濕陷。

（5）自地面到樁底解剖試驗(yàn)，即挖去樁間土，驗(yàn)樁體形狀。由于基底土層軟硬不均，弱層樁徑達(dá)100cm,硬層65cm～70cm，樁體成大小不同的葫蘆形，填料和基土緊密壓成一體。

（6）在剖面內(nèi)基層樁間取原狀土測密實(shí)度、壓縮量等全在95%以上，較原壓縮量減少了三倍，抗剪力提高了2.5倍。

（7）切樁測驗(yàn)：由于多次重錘強(qiáng)夯，用具切平后，光滑面成樹木年輪狀，刀取一塊很困難。

多項(xiàng)檢測結(jié)果業(yè)主和專家都很滿意，樁及樁間土復(fù)合地基承載力達(dá)到320kN，比原基土承載力提高了近3倍，濕陷性完全消除，同樣深度下比擠密樁夯入灰土量多2.52倍以上。

4 深孔強(qiáng)夯施工技術(shù)的發(fā)展

深孔強(qiáng)夯地基處理技術(shù)使用近二十年有余，從理論上還需充分論證，施工規(guī)范仍參照擠密樁規(guī)范，機(jī)械設(shè)備、檢測方法等也還有待進(jìn)一步提高、完善。

（1）機(jī)械設(shè)備還需進(jìn)一步提高?，F(xiàn)有的長桿鉆機(jī)施工中螺桿磨損快也易于扭斷。夯機(jī)原用蘇武烏卡斯改裝，放錘時(shí)反轉(zhuǎn)速大，機(jī)件容易損壞，后改為卷揚(yáng)式夯機(jī)，操作簡便了，反轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械仍易損壞。

（2）吊錘距離計(jì)算時(shí)工人以卷揚(yáng)機(jī)圈數(shù)計(jì)夯錘落距，不精確；擊實(shí)次數(shù)也由機(jī)手自數(shù)，易出差錯(cuò)，此兩項(xiàng)有待更換為電子計(jì)數(shù)。

（3）夯機(jī)操作時(shí)工人塵土污染嚴(yán)重，工作條件很惡劣，亟待改進(jìn)。

（4）由于吊錘和落錘都由機(jī)械操作，不但機(jī)械易損落錘，機(jī)械還降低了夯實(shí)效果，35%～40%夯擊力損失。

（5）原深孔強(qiáng)夯施工工藝要求錘體和孔壁間周側(cè)空隙為1cm，實(shí)際上此要求可放寬5cm～10cm，這樣可減少落錘時(shí)錘身和孔壁間產(chǎn)生的摩擦力，提高錘下降速度和提高夯實(shí)效果等。

圖3 水庫壩體加固平面示意圖

5 深孔強(qiáng)夯施工工藝在水利工程中的運(yùn)用

由于深孔強(qiáng)夯錘尖有60°夾角，擊實(shí)中產(chǎn)生強(qiáng)大的側(cè)向壓應(yīng)力，它在軟弱地基中使基土強(qiáng)化，因此推而廣之，在水利工程、公路工程中一些軟弱土層，需要清除換填的，可以采用深孔強(qiáng)夯加固，克服了傳統(tǒng)的挖、填等龐大工序，施工簡單、工程量小、工期短、造價(jià)低。例如小型水壩清基、堤防加固、隧道等松軟結(jié)構(gòu)不良土層，若預(yù)先深孔強(qiáng)夯后可免除洞周壁大量滲漏及施工中的塌陷等事故，使之安全施工，減少工程造價(jià)和便于管理。

深孔強(qiáng)夯對(duì)土壩、土堤的加固施工見圖3～圖5所示。

圖4 水庫壩體加固Ⅰ-Ⅰ剖面示意圖

圖5 水庫壩體加固Ⅱ-Ⅱ剖面示意圖

6 結(jié)語

我國北方地區(qū)，中小型水庫多數(shù)是以土料作壩攔水，現(xiàn)在已有相當(dāng)多水庫在使用過程中因壩體深層填土施工質(zhì)量問題成為多年難以治愈的病險(xiǎn)水庫，壩體多處出現(xiàn)坍塌、裂縫和漏水，嚴(yán)重的還局部出現(xiàn)滲出渾水，有管涌危險(xiǎn)。由于這些都在壩填土深層部位，過去都用灌漿法，將稠糊狀可流動(dòng)泥漿壓入病壩堤土深層填充補(bǔ)強(qiáng)，而實(shí)際在壩、堤內(nèi)留存的干物質(zhì)有限，需多次填補(bǔ)才能達(dá)到效果，若選用深孔強(qiáng)夯法，直接向壩、堤深處夯填土料加固，可提高壩堤隱患處土料密實(shí)度，消除塌陷、不均勻沉陷、裂縫、漏水等質(zhì)量缺陷。如果隱患處是松軟土層，采取此法還可更大地提高密實(shí)度，有效消除土體密實(shí)度差所產(chǎn)生的病弊隱患。