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SDDC孔内深层超强夯施工特点与其他地基处理方法的比较

341 2020-08-07 08:55:47



由于经济、综合效益显著,近年来SDDC法在湿陷性黄土地基处理中得到广泛应用。本文对SDDC工法的加固机理、施工优缺点等进行了分析,将该法与其他方法进行比较,为湿陷性黄土的地基处理提供些参考。 


01

前言 

在土木工程建设中,当遇到软弱或不良地基条件时,需要对天然地基进行地基处理,形成人工地基,以满足建(构)筑物对地基的要求,保证其正常使用。当上部结构荷载较大,对沉降的要求较高时,而场地是湿陷性黄土且地基承载力较低,不能满足地基承载力及沉降变形的要求时,必须对地基进行处理或采用桩基础。考虑到施工条件、经济因素的影响,孔内深层超强夯法(super down hole dynamicconsolidation)即SDDC法是一种合适地基处理方法。该法既可以消除黄土湿陷性,又能提高地基承载力,特别适用于深厚湿陷性黄土的地基处理。



02

SDDC工法的特点 

该工法用机具成孔,成孔方法可采用钻机钻孔或振冲法成孔,成孔后往孔内填料,用特制的橄榄形重力夯锤进行夯击,压实,挤密。此法由于在孔内进行夯实,夯击的效率高,成孔的效果好,此种方法具有以下特征: 

(1)可处理湿陷性黄土(黄土是一种第四纪沉积物,色黄,颗粒组成以0.05mm~0.005mm的粉粒为主,粉粒含量在40%以上,肉眼可见大孔,垂直节理发育。黄土在世界上的分布很广,面积达1300万km2,约为陆地总面积的9.3%;在我国黄土分布面积达63.5km2,主要分布在北纬33°~47°之间。在天然含水量状态下的黄土一般具有较高的强度和较低的压缩性。但是有的黄土,在一定压力(即上覆土自重压力或上覆土自重压力与附加压力共同作用下遇水浸湿后,土体的结构迅速破坏,并发生显著的附加下沉,其强度也随着迅速的降低,称为湿陷性黄土)、膨胀土、杂填土等各类疑难地基,可用于煤矿采空区的治理,垃圾回填场的地基处理。 

(2)可利用的资源很丰富。可直接利用废弃的建筑混凝土、废砖块,也可采用破碎后的道路混凝土路面板。在山区附近,可直接开凿山石,方便就地取材,节省运输费用。在炼钢厂附近,有好多钢渣堆积如山,采用钢渣,可节约占地面积,消除污染,美化环境。这种方法可以充分利用所在地的环境条件,节约钢材、水泥,经济效益显著,其它的方法很难与它比拟。 

(3)适用能力强,施工的质量好,对地基承载力的提高大。该方法可以消除地下水的影响,不论是否处于地下水位以下都可以采用该法处理。 

(4)该法兼有复合地基的特性和桩基的特性。 

(5)该法的高动能、超压强和强挤密效果可明显的消除地基土的湿陷,土壤的液化性。 

(6)地基加固的深度大,呈串珠状,而且上下均匀,持力层范围内的地基土层都得到加固,深层的软弱下卧层也可加固,可显著地改善土性。 

(7)地基压缩模量高,沉降变形小,处理后的复合地基整体刚度均匀。桩与桩间土的共同作用效果佳。桩孔中的材料在受到强力冲击挤压下,桩间土明显往侧向挤压密实,从而使处理后的复合地基上下均匀,横向抱紧成团,密实度高。 

(8)由于噪声小,不扰民,可在市区中使用。

(9)变废为宝,是一种处理和重新利用建筑垃圾的新途径。这个方法也是好多地基处理方法都具有的特点。在当前,很多建国时期的建筑物和构筑物都达到或将达到设计使用年限或者丧失使用功能面临拆除的情况下,该法是一种不错的地基处理方法 



03

SDDC工法现场施工中的问题 

(1)实际施工现场比想象中要困难,当场地常年有积水或者土层的含水量较高,冲击成孔吸锤现象比较严重,造成成孔的时间长,困难大。 

(2)人工成孔。人工成孔过程中要控制桩径误差小于20mm,垂直度偏差小于1.5%。误差太大会使重锤下落过程受阻损失冲击能量,也会使锤与孔之间间隙过大减小挤密效果。 

(3)桩定位。挖孔前对桩位必须进行准确定位。严格按设计桩位进行布点。 

(4)如果采用废弃的混凝土要事先剔除其中的钢筋,把混凝土块碎成小块粒径的混凝土骨料。 

(5)填料拌制。现场施工应严格按比例拌制填料,严格控制拌合后灰土中的含水率。 

(6)成孔的差异性较大。成桩中可以观察到某一段桩体成桩较快,而某一段桩体成桩较慢;孔中的土层产生强烈的横向挤密,桩体直径随地质土层密实度的变化而变化,从而使桩身在竖向呈不等径的串珠状。 



04

SDDC法与其他几种地基处理方法的比较 

SDDC法结合了强夯与挤密的优势,它通过对桩体、桩间土进行挤密,使复合地基承载力提高,地基土湿陷性得到消除。以下通过与其他几种地基处理方法的比较,可进一步说明该作用机理。 
4.1与灰土挤密桩法和土挤密桩法比较 
灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,可处理的深度为5 m~15 m。当用来消除地基土的湿陷性时,宜采用土挤密桩法;当用来提高地基土的承载力或增强其水稳定性时,宜采用灰土挤密桩法;当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时,不宜采用这种方法。灰土挤密桩法和土挤密桩法在消除土的湿陷性和减少渗透性方面效果基本相同,土挤密桩法地基的承载力和水稳定性不及灰土挤密桩法。而SDDC法可以说是综合了两者的优点。 
4.2与强夯法的比较 
强力夯实法单位面积夯击能量小,夯击时仅是动力压密,由于存在有效区和影响区的差别,深层难以达到压密效果,加固深度受到限制。SDDC法是以强夯重锤对孔内深层填料孔内深层作业,由于桩锤直径小,在具有相同夯锤和落距条件下,孔内深层超强夯法的单位面积夯击能量比强夯法大很多。施工时由深及浅在孔内分层填料,分层夯击或边填边夯,因此本法具有高动能、高压强、强挤密作用,且处理深度大。 
SDDC法的桩锤呈尖锥状或橄榄状,夯击时对下层填料进行深层动力夯、砸、压密,对上层新填料进行动力夯、砸、劈裂和强制侧向挤压。通过桩锤的动力夯击,在锤侧面产生极大的动态被动土压力,锤推土迫使填料向周边强制挤出,桩间土也被强力挤密加固。该方法处理的地基,自上而下都得到加固,且达到均匀密实状态。而强夯方法加固的地基是上强下弱,有软弱下卧层时,达不到加固目的。 
4.3与柔性加固桩的比较 
石灰桩、灰土桩、砂桩、碎石桩等柔性桩所采用的桩锤小,成桩桩径小,夯击能量小,压密效果低,对桩侧土挤密的侧压力小,桩间土被加固的效果差。加固后的复合地基承载能力一般不超过原地基的2倍或接近于天然地基,且桩体质量存在储多缺陷,其深度也是有限的。 
SDDC法采用较重夯锤,桩体直径可达0.6~2.5 m,单位面积受到高动能、强夯击,处理后的复合地基整体刚度均匀,地基承载力可提高3~9倍。SDDC法的高能量和高压夯击和动态冲、砸、挤压的强力压实和挤密作用,使桩体十分密实,土体在受到很大夯击能后应力缓慢释放,不断对桩周土施加侧向强力挤密,同时又对桩体产生大的侧向约束作用,使桩体具有半刚性半柔性桩的特点。对于分层地基或软硬不均土层,会形成串珠状态,有利于桩和桩侧土的“咬合”,增大桩侧摩阻力。 
4.4与刚性桩的比较 
钻孔混凝土灌注桩、预制桩、沉管灌注桩以及CFG桩等刚性加固桩虽然有其各自优点,但也存在诸多特点:打入桩施工噪音大,截桩工作量大且费工,工程造价高,打桩机又污染空气;混凝土灌注桩或CFG桩存在桩身质量缺陷,桩侧土未被挤密,土对桩的约束力小;这类桩使用钢材和水泥等,工程造价远高于SDDC法,且地基是靠刚性桩承载,而不是复合地基承载。另外,由于混凝土灌注桩的桩侧土未被挤密,在混凝土硬化收缩时,桩体混凝土与桩侧土间出现缝隙,使桩侧摩阻力下降。而SDDC法在成孔后桩侧土对桩体产生很好的“咬合”作用,可形成良好的整体受力的复合地基。 
4.5与钻孔灌注桩比较
钻孔灌注桩在成桩过程中不能消除地基土湿陷性,由于土质较差、土体张力小可能出现孔壁塌陷、孔内局部缩颈等问题,而SDDC法不会存在这种问题。 
4.6与高压喷射注浆法比较 
高压喷射注浆法对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。而SDDC法可以消除地下水的影响,不论是否处于地下水位以下都可以采用该法处理。

 


05

社会经济效益分析与评价 

经济效益方面, SDDC法施工工艺简单,采用橄榄形锤冲击成孔,成孔速度快,效率高,其单桩承载力大,消除湿陷性效果显著,并且该方法可以就地取材,凡是无机固体材料如土、砂石、碎砖、混凝土块、建筑垃圾、工业废料及其混合物均可采用(本工程采用3:7灰土作为桩体填料),而且成孔时无需取土,与钻孔灌注桩等其它方法相比,该方法可节约钢材、水泥,减少开挖基坑和成孔时的土和泥浆外运,降低了工程造价,大大节约了工程费用。 

社会效益方面, SDDC工法施工现场干净,无泥浆污染,对周围环境的影响小,施工公害小,而且该方法可大量消耗废料和垃圾。 

因此,无论是从经济技术上还是从社会效益方面来看, SDDC工法都是一种较为理想的地基处理方法。 



06

小结 

我国湿陷性黄土分布比较普遍,建议在湿陷性黄土地区推广使用SDDC法处理地基。在遇到湿陷性黄土地基时,传统的地基处理方法效果不理想或工程费用高,而SDDC法可以达到较好的技术效果和经济效益。采用SDDC法处理地基时,可采用废弃土、建筑垃圾为填料,节省了建筑材料,减小环境污染。SDDC法对桩周土有良好的挤密效果,使桩周土的承载力提高,土压缩性减小,消除湿陷性效果好,处理深度较深。