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2018

淺析SDDC樁不同成孔方式對地基處理效果的影響

淺析SDDC樁不同成孔方式對地基處理效果的影響李華偉?張訊陜西恒基巖土工程有限公司，陜西西安，710064摘?要：介紹SDDC樁作用機理，分析機械鉆孔和沖擊成孔的優缺點和對地基處理效果的影響。關鍵字：SDDC樁作用機理機械鉆孔沖擊成孔樁徑面積置換率?1、前言隨著經濟建設的高速發展，工程建設用地存在大量的雜填、素填、軟弱、濕陷性等地基，由于地基承載力不能滿足上部荷載和沉降變形要求，必須對地基進行處理

李華偉張訊

陜西恒基巖土工程有限公司，陜西西安，710064

摘要：介紹SDDC樁作用機理，分析機械鉆孔和沖擊成孔的優缺點和對地基處理效果的影響。

關鍵字：SDDC樁作用機理機械鉆孔沖擊成孔樁徑面積置換率

1、前言

隨著經濟建設的高速發展，工程建設用地存在大量的雜填、素填、軟弱、濕陷性等地基，由于地基承載力不能滿足上部荷載和沉降變形要求，必須對地基進行處理。孔內深層超強夯法^[1]（Super Down hole Dynamic Compaction）即SDDC樁法通過動力固結、動力置換的機理，達到固結填土、消除黃土濕陷性、提高地基承載力、改善地基均勻性、減少沉降變形的目的。且SDDC樁具有夯擊能量大、施工速度快、樁身材料多樣的特點，應用于各類工業和民用建筑。隨著設備性能的提升，對填土地基、濕陷性黃土地基的處理深度已超過40m，具有廣泛的適用性。

SDDC樁成孔方式分為機械鉆孔和沖擊成孔，工程設計人員和建設單位普遍認為沖擊成孔處理效果優于機械鉆孔。本文通過多年工程實例和試驗數據驗證，客觀評價兩種成孔方式對地基處理效果的影響。

2、SDDC樁作用機理

SDDC樁通過圓錐形夯錘在地基深層自下而上分層夯實擠密，以高動能、超壓強、強擠密的夯擊作業，對回填料強制擠壓，形成密實樁體。同時夯錘側面產生極大的動態被動土壓力，使樁間土也被強力擠密加固。樁周土被擠密形成強制擠密區、擠密區和擠密影響區，使地基受到很高的預壓應力，處理后地基浸水或加載不會產生明顯的壓縮變形，提高了地基土的力學性質。

SDDC樁在高動能、超壓強、強擠密的夯擊作用下，土體應力緩慢釋放，對樁周土產生側向約束；樁周土受到側向應力在成樁后緩慢釋放，也對樁體產生“咬合”作用，增大樁側阻力。對于分層地基或軟硬不均地基，SDDC樁形成串珠狀，使樁與樁間土形成密實整體。處理后復合地基不僅剛度均勻，而且承載力顯著提升。

3、SDDC樁的成孔方式及特點

按照地基土的類型和處理深度的不同，SDDC樁成孔方式可分為機械鉆孔和沖擊成孔。

機械鉆孔采用旋挖鉆機或大直徑螺旋鉆機取土成孔，一次鉆孔至設計深度，為保證樁端土密實，孔底底夯2-3擊。成孔深度為鉆孔深度+底夯沖擊深度。

機械鉆孔的特點：1、處理深度大。成孔深度由地質情況、設計要求和鉆孔設備鉆孔能力決定，目前處理深度已經超過40m；2、成樁直徑大。鉆孔后未改變地基土的力學性質，通過高動能夯擊擠密，成樁直徑可達到1.6-2.0m以上；3、施工速度快。SDDC樁樁間距2.6-3.6m，樁徑1.6-2.0m以上，相對于傳統擠密樁，樁數減少80-90%；4、改善地基均勻性。非均勻地基鉆孔后，自下而上分層強夯，形成非等徑樁體，達到改善地基水平和豎向均勻性5、適用范圍廣。機械鉆孔適用于大厚度濕陷性黃土、回填土的處理，也可用于軟弱地基的置換處理。

沖擊成孔采用SDDC圓錐形夯錘對正樁點后，提升至規定高度釋放，通過高動能沖擊地基，循環施工，直至孔深達到設計要求。

沖擊成孔的特點：1、地基加固效果好。通過夯錘沖擊，將地基土強制擠密至樁周，樁間土擠密效果明顯。2、雜填土地基成孔。對于大直徑混凝土、建筑垃圾、開山石等雜填地基，鉆機成孔困難。采用SDDC沖擊成孔，破碎填料的同時可形成孔道。3、處理深度小。通過大量工程實例，一般沖擊成孔深度小于5-6m比較經濟。4、軟弱地基施工難度大。對于軟弱地基，沖擊成孔縮頸情況較為嚴重，夯擊能量損失大，影響處理效果。5、施工效率較低。新近回填土沖擊成孔易造成塌孔現象，深度超過6m成孔時間長或無法達到處理深度，施工降效非常嚴重。

4、成孔方式對地基處理的影響

根據《建筑地基處理技術規范》^[2]（JGJ79-2012）復合地基承載力特征值一般按下式估算（7.1.5-2）：

公式中面積置換率m計算方法如下（7.1.5-2）：

由上式可知，復合地基承載力特征值與處理后單樁承載力特征值和處理后樁間土承載力特征值有關，也與面積置換率m關系密切。面積置換率m的取值受平均樁徑和樁的等效圓直徑影響，樁徑越大，樁間距越小，置換率越大，單樁承載力才能更有效發揮作用。

按照工程實例，SDDC素土樁單樁承載力特征值一般可取800-900KN，活性材料樁單樁承載力特征值一般可取1000-2500KN，而經擠密后樁間土承載力特征值一般取150-180KPa，因此單樁承載力特征值越高，復合地基承載力特征值提高幅度越大。

機械鉆孔對孔周圍土體影響小，通過高動能沖擊成樁同時對樁間土強力擠密，形成SDDC樁樁徑可達到1.6-2.0m以上。樁間土的擠密在成樁夯擴過程中完成，通過成樁過程中地表出現裂縫及處理后土工試驗數據判斷，擠密影響范圍可由樁邊外延達到3m左右。機械鉆孔根據試樁數據可靈活調整樁間距，處理后復合地基承載力特征值可達到250Kpa-440Kpa。

沖擊成孔通過將樁位土側向擠密至孔周圍，對樁間土擠密效果明顯，但孔周圍土體力學性質的大幅度提高也形成一個致密的箍圈，成樁夯擴比較困難，成樁直徑1.5-1.7m。因此成孔過程完成了大部分樁間土的擠密，沖擊成孔考慮到相鄰樁加固效應在淺層出現應力疊加，樁間距小易出現進尺困難，處理深度受到限制，因此一般選取較大的樁間距，根據地質情況常選用3.6-4.0m左右，對復合地基承載力的提高也有不利影響，處理后復合地基承載力特征值可達到180Kpa-350Kpa。

5、工程實例

根據《巖土工程勘查報告》，地基深度范圍以素填土、黃土狀粉土構成。地基處理鉆孔深度超過35m，沖擊成孔孔深6m，只對兩種處理方式6m深度范圍處理效果做對比。處理前各土層物理性質見表1：

從上表可知，地基土為粉土-粉質粘土，含水率偏低，呈堅硬狀態，具Ⅲ級自重濕陷性。

SDDC樁地基處理施工工藝見表2：

注：本工程設計要求復合地基承載力特征值≥440KPa，施工工藝擊數多、落距高，單樁施工時間為6m樁施工時間，相對較長。

施工過程情況顯示，機械鉆孔速度很快，但對應的成樁速度相對較慢，成樁直徑大于1.8m；而沖擊成孔速度較慢，對應的成樁速度較快，二次擠密擴徑受限，平均成樁直徑1.5m。

經機械鉆孔SDDC樁處理后樁間土的土工試驗數據見表3

經沖擊成孔SDDC樁處理后樁間土的土工試驗數據見表4

兩種成孔方法處理后按照《濕陷性黃土地區建筑規范》^[4]均已消除地基濕陷性。與處理前數據對比，提高了壓縮模量，減小了地基變形，地基土的物理性質有了顯著的提高。

機械鉆孔成樁直徑1.8m，樁間距3.0m，面積置換率m1=0.327；沖擊成孔成樁直徑1.5m，樁間距3.5 m，面積置換率m2=0.167。

本工程SDDC樁填料為1:6水泥土，要求樁身材料強度≥4MPa。

根據《建筑地基處理技術規范》^[2]復合地基增強體強度驗算公式（7.1.6-1）

SDDC樁樁徑1.8m單樁承載力特征值Ra1可取2543KN，復合地基承載力特征值fspk1=448Kpa；樁徑1.5m單樁承載力特征值Ra2可取1766KN，復合地基承載力特征值fspk2=317Kpa。

通過數據對比和理論計算，可得到如下結論

1、調整SDDC樁施工工藝可以使2種不同的成孔方式對樁間土的擠密效果接近。

2、沖擊成孔速度慢，孔深超過5m后降效嚴重，經過成孔沖擴后，成樁擠擴效果較小，但成樁速度快，形成的樁徑較小；機械鉆孔速度快，夯實成樁和擠密樁間土同時完成，成樁樁徑較大，但成樁速度較慢。

3、成樁直徑和樁間距是地基承載力提高的重要因素，樁徑越大，樁間距越小，面積置換率越大，單樁承載力更能有效發揮作用，地基承載力提高幅度越大。

4、沖擊成孔方式受處理深度和樁間距影響，對處理后復合地基承載力特征值有一定限制；而采用機械鉆孔方式可處理大厚度填土、濕陷性黃土等地基，由于樁徑大、間距小，處理后復合地基承載力可得到顯著提升。

6、SDDC樁的成孔方式的選擇

SDDC樁沖擊成孔受相鄰樁應力疊加效應影響，只能以較大間距布樁，影響SDDC樁處理深度和地基承載力，適用于回填深度不大的雜填土、濕陷性黃土的淺層處理及預處理；機械鉆孔雖然取土成孔，但通過調整樁間距、增強體材料和施工工藝，根據土層情況形成非等徑樁體和較大的樁徑，對于大厚度填土、濕陷性黃土等地基可顯著提高地基承載力，并改善地基均勻性。對于某些成分復雜的雜填土還需兩種方式結合使用。

針對工程地質情況和處理目的的不同，兩種成孔方式合理選擇，施工技術人員根據地質情況和設計要求，確定合理的工藝參數，精心施工，才能真正發揮SDDC樁的特點和優勢。

參考文獻：

[1]管清賢，熊耀湘. 淺談DDC和SDDC樁作用原理與特性[J]. 山西建筑, 2006(16)：P62~63

[2]《孔內深層強夯法技術規程》CECS197:2006[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[3]《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4]《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004[S].北京：中國建筑工業出版社，2004

作者信息：

李華偉（1977年12月-），男，工程師，主要專業方向地基與基礎陜西西安，郵編710064，手機13325477918，Email：905298996@qq.com

張訊（1974年3月-），男，工程師，主要專業方向地基與基礎陜西西安，郵編710064，手機13909286570，Email：108519961@qq.com