高层住宅地基处理技术分析

【摘要】：本论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。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，并表现出摩擦桩的特性。

【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：TU433 文献标识码：A 文章编号：

湿陷性黄土在我国西北、华北地区分布广泛，随之产生了针对湿陷性黄土地基的处理问题。

传统的湿陷性黄土地基的处理方法主要有：垫层、重锤表层夯实、强夯、挤密桩、桩基础、化学加固、预浸水。垫层法一般能消除基底以下1～3m黄土的湿陷性，处理深度较浅；重锤表层夯实法能消除地下水位以上，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，浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响周围建筑物的安全，要求浸水坑边缘至既有建筑物的距离≥50m，所以该方法适用于空旷地区。

DDC工法以其对湿陷性黄土场地良好的处理效果和显著的经济效益，近年来在处理湿陷黄土场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，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。

1.DDC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)，通过对孔内填料进行强夯，迫使填料侧向挤出，使桩周一定范围内的土体受到挤压、扰动和重塑，同时夯击产生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，采用DDC工法在改善地基土体物理性状的同时能够有效消除湿陷性黄土场地的湿陷性，加固深度可达30m。

2.工程概况

本工程为高层住宅楼，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.Om，相应地层为②，③，④，⑤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。

3.地基基础设计方案的确定

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。

地基处理方案的确定：①该高层住宅楼上部荷载大，且对倾斜十分敏感，在风和地震水平荷载作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。

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入相关规范，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

4.施工工艺

4.1DDC工法施工工艺

1)材料准备

由素土夯实试验(试验仪器采用YDT一Ⅱ型多功能电动击实仪和101—1A型电热鼓风干燥箱)知所采用素土的最优含水率为17％，最大干密度为1.729／cm3，现场控制最优含水率为16％—18％。

2)成孔工艺

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0.12m3／车；用l800kg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工法及桩间土检泓结果

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：

桩间土平均挤密系数>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：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。土工试验结果表明：该场地桩间土湿陷性已基本消除。

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钻机就位钻孔清孔移钻机安放钢筋笼(钢筋笼绑扎) 安放导管水下浇筑混凝土(混凝土试块制作) 完成。

1)材料准备钢筋笼所采用主筋为HRBΦl4，箍筋为HPBΦ8。用C30商品混凝土，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DDC桩施工的地面进行硬化处理。钻孔灌注桩的桩位定位采用全站仪，利用指定的轴线交点作控制点，采用极坐标法进行放样，灌注桩的桩位方向距离误差≤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。

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。然后，必须在孔底处进行空转清土，最后停止转动，提钻杆(不得曲转钻杆)。孔底的虚土厚度超过质量标准时，要分析原因，采取措施进行处理。进钻过程中散落在地面上的土，必须随时清除运走。

5)检查成孔质量①钻深测定用测深绳(锤)测孔深及虚土厚度，虚土厚度不应超过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)过成孔质量检查后，填好桩孔施工记录。然后用钻机将吊放钢筋笼的三脚架吊装定位于已钻好韵孔位处。最后再移走钻机到下一桩位。

7) 冬、雨期施工注意事项①当温度低于0℃时，混凝土浇筑采取加热保温措施。在桩顶未达到设计强度50％前不得受冻。②雨期浇筑混凝土时，防成孔后灌水造成塌孔。现场必须有排水措施，防止地面水流人槽内，以免造成边坡塌方或基土沉陷、钻孔机倾斜等。当气温>30℃时应根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。

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。

5.单桩竖向抗压静力载荷试验和建筑物沉降观测

所有的桩身混凝土达到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》JGJl06--2003中的规定执行。该试验采用慢速维持载荷法。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，反力由锚桩及拼装式大梁提供，加载系统由l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。

单桩竖向抗压静载荷试验共进行4组，其荷载一沉降(Q—S)关系曲线如图1所示。由图1可知，4根桩桩顶均加载至5500kN，桩顶最大沉降量为17.18mm。单桩承载力与沉降量均满足规范规定和设计要求。Q—S关系曲线无明显的转折点，试验结果可得，本次试验得到的Q—S关系曲线具有明显的长摩擦桩特性，并且这4组Q—S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。

本工程设计要求最终累计沉降量≤50mm，而工程建设和竣工后，沉降观测表明，该建筑最大累计沉降量10.5mm，最小累计沉降量8.1mm，且沉降均匀、相邻观测点差异沉降不大，满足设计要求。

6.结语

1)在湿陷性黄土地区的高层建筑地基处理工程中，应用DDC工法能够有效消除大厚度湿陷性黄土场地的湿陷性，然后在消除湿陷性的复合地基上采用桩基础，这种地基处理方法能够有效缩短桩础的桩长，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。

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献，完善设计和施工过程，以进一步提高对湿陷性黄土地基湿陷性的处理效果，最大限度地消除地基的湿陷性，降低产生桩侧负摩擦力的可能性。

3)单桩竖向抗压静力载荷试验结果表明，湿陷性黄土地基经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。

【参考文献】：

【1】孟庆斌，张斌.湿陷性黄土地基的处理与应用【J】.煤炭工程，2010(7).

【2】陕西省建筑科学研究设计院.GB50025--2004湿陷性黄土地区建筑规范【S】.北京：中国建筑工业出版社，2004.

【3】冯志焱，林在贯，郑翔.孔内深层强夯法处理湿陷性黄土地基的一个实例【J】.岩土力学，2005，26(11).

【4】谢淮宁.DDC灰土挤密桩在湿陷性黄土地区大型钢储罐工程中的应用【J】，建筑结构，2010，40(12).