欢迎光临哈尔滨华特工程机械制造有限公司！

ABOUT US

关于华特

首页

2018

浅析SDDC桩不同成孔方式对地基处理效果的影响

浅析SDDC桩不同成孔方式对地基处理效果的影响李华伟张讯陕西恒基岩土工程有限公司，陕西西安，710064摘要：介绍SDDC桩作用机理，分析机械钻孔和冲击成孔的优缺点和对地基处理效果的影响。关键字：SDDC桩作用机理机械钻孔冲击成孔桩径面积置换率 1、前言随着经济建设的高速发展，工程建设用地存在大量的杂填、素填、软弱、湿陷性等地基，由于地基承载力不能满足上部荷载和沉降变形要求，必须对地基进行处理

李华伟张讯

陕西恒基岩土工程有限公司，陕西西安，710064

摘要：介绍SDDC桩作用机理，分析机械钻孔和冲击成孔的优缺点和对地基处理效果的影响。

关键字：SDDC桩作用机理机械钻孔冲击成孔桩径面积置换率

1、前言

随着经济建设的高速发展，工程建设用地存在大量的杂填、素填、软弱、湿陷性等地基，由于地基承载力不能满足上部荷载和沉降变形要求，必须对地基进行处理。孔内深层超强夯法^[1]（Super Down hole Dynamic Compaction）即SDDC桩法通过动力固结、动力置换的机理，达到固结填土、消除黄土湿陷性、提高地基承载力、改善地基均匀性、减少沉降变形的目的。且SDDC桩具有夯击能量大、施工速度快、桩身材料多样的特点，应用于各类工业和民用建筑。随着设备性能的提升，对填土地基、湿陷性黄土地基的处理深度已超过40m，具有广泛的适用性。

SDDC桩成孔方式分为机械钻孔和冲击成孔，工程设计人员和建设单位普遍认为冲击成孔处理效果优于机械钻孔。本文通过多年工程实例和试验数据验证，客观评价两种成孔方式对地基处理效果的影响。

2、SDDC桩作用机理

SDDC桩通过圆锥形夯锤在地基深层自下而上分层夯实挤密，以高动能、超压强、强挤密的夯击作业，对回填料强制挤压，形成密实桩体。同时夯锤侧面产生极大的动态被动土压力，使桩间土也被强力挤密加固。桩周土被挤密形成强制挤密区、挤密区和挤密影响区，使地基受到很高的预压应力，处理后地基浸水或加载不会产生明显的压缩变形，提高了地基土的力学性质。

SDDC桩在高动能、超压强、强挤密的夯击作用下，土体应力缓慢释放，对桩周土产生侧向约束；桩周土受到侧向应力在成桩后缓慢释放，也对桩体产生“咬合”作用，增大桩侧阻力。对于分层地基或软硬不均地基，SDDC桩形成串珠状，使桩与桩间土形成密实整体。处理后复合地基不仅刚度均匀，而且承载力显著提升。

3、SDDC桩的成孔方式及特点

按照地基土的类型和处理深度的不同，SDDC桩成孔方式可分为机械钻孔和冲击成孔。

机械钻孔采用旋挖钻机或大直径螺旋钻机取土成孔，一次钻孔至设计深度，为保证桩端土密实，孔底底夯2-3击。成孔深度为钻孔深度+底夯冲击深度。

机械钻孔的特点：1、处理深度大。成孔深度由地质情况、设计要求和钻孔设备钻孔能力决定，目前处理深度已经超过40m；2、成桩直径大。钻孔后未改变地基土的力学性质，通过高动能夯击挤密，成桩直径可达到1.6-2.0m以上；3、施工速度快。SDDC桩桩间距2.6-3.6m，桩径1.6-2.0m以上，相对于传统挤密桩，桩数减少80-90%；4、改善地基均匀性。非均匀地基钻孔后，自下而上分层强夯，形成非等径桩体，达到改善地基水平和竖向均匀性5、适用范围广。机械钻孔适用于大厚度湿陷性黄土、回填土的处理，也可用于软弱地基的置换处理。

冲击成孔采用SDDC圆锥形夯锤对正桩点后，提升至规定高度释放，通过高动能冲击地基，循环施工，直至孔深达到设计要求。

冲击成孔的特点：1、地基加固效果好。通过夯锤冲击，将地基土强制挤密至桩周，桩间土挤密效果明显。2、杂填土地基成孔。对于大直径混凝土、建筑垃圾、开山石等杂填地基，钻机成孔困难。采用SDDC冲击成孔，破碎填料的同时可形成孔道。3、处理深度小。通过大量工程实例，一般冲击成孔深度小于5-6m比较经济。4、软弱地基施工难度大。对于软弱地基，冲击成孔缩颈情况较为严重，夯击能量损失大，影响处理效果。5、施工效率较低。新近回填土冲击成孔易造成塌孔现象，深度超过6m成孔时间长或无法达到处理深度，施工降效非常严重。

4、成孔方式对地基处理的影响

根据《建筑地基处理技术规范》^[2]（JGJ79-2012）复合地基承载力特征值一般按下式估算（7.1.5-2）：

公式中面积置换率m计算方法如下（7.1.5-2）：

由上式可知，复合地基承载力特征值与处理后单桩承载力特征值和处理后桩间土承载力特征值有关，也与面积置换率m关系密切。面积置换率m的取值受平均桩径和桩的等效圆直径影响，桩径越大，桩间距越小，置换率越大，单桩承载力才能更有效发挥作用。

按照工程实例，SDDC素土桩单桩承载力特征值一般可取800-900KN，活性材料桩单桩承载力特征值一般可取1000-2500KN，而经挤密后桩间土承载力特征值一般取150-180KPa，因此单桩承载力特征值越高，复合地基承载力特征值提高幅度越大。

机械钻孔对孔周围土体影响小，通过高动能冲击成桩同时对桩间土强力挤密，形成SDDC桩桩径可达到1.6-2.0m以上。桩间土的挤密在成桩夯扩过程中完成，通过成桩过程中地表出现裂缝及处理后土工试验数据判断，挤密影响范围可由桩边外延达到3m左右。机械钻孔根据试桩数据可灵活调整桩间距，处理后复合地基承载力特征值可达到250Kpa-440Kpa。

冲击成孔通过将桩位土侧向挤密至孔周围，对桩间土挤密效果明显，但孔周围土体力学性质的大幅度提高也形成一个致密的箍圈，成桩夯扩比较困难，成桩直径1.5-1.7m。因此成孔过程完成了大部分桩间土的挤密，冲击成孔考虑到相邻桩加固效应在浅层出现应力叠加，桩间距小易出现进尺困难，处理深度受到限制，因此一般选取较大的桩间距，根据地质情况常选用3.6-4.0m左右，对复合地基承载力的提高也有不利影响，处理后复合地基承载力特征值可达到180Kpa-350Kpa。

5、工程实例

根据《岩土工程勘查报告》，地基深度范围以素填土、黄土状粉土构成。地基处理钻孔深度超过35m，冲击成孔孔深6m，只对两种处理方式6m深度范围处理效果做对比。处理前各土层物理性质见表1：

从上表可知，地基土为粉土-粉质粘土，含水率偏低，呈坚硬状态，具Ⅲ级自重湿陷性。

SDDC桩地基处理施工工艺见表2：

注：本工程设计要求复合地基承载力特征值≥440KPa，施工工艺击数多、落距高，单桩施工时间为6m桩施工时间，相对较长。

施工过程情况显示，机械钻孔速度很快，但对应的成桩速度相对较慢，成桩直径大于1.8m；而冲击成孔速度较慢，对应的成桩速度较快，二次挤密扩径受限，平均成桩直径1.5m。

经机械钻孔SDDC桩处理后桩间土的土工试验数据见表3

经冲击成孔SDDC桩处理后桩间土的土工试验数据见表4

两种成孔方法处理后按照《湿陷性黄土地区建筑规范》^[4]均已消除地基湿陷性。与处理前数据对比，提高了压缩模量，减小了地基变形，地基土的物理性质有了显著的提高。

机械钻孔成桩直径1.8m，桩间距3.0m，面积置换率m1=0.327；冲击成孔成桩直径1.5m，桩间距3.5 m，面积置换率m2=0.167。

本工程SDDC桩填料为1:6水泥土，要求桩身材料强度≥4MPa。

根据《建筑地基处理技术规范》^[2]复合地基增强体强度验算公式（7.1.6-1）

SDDC桩桩径1.8m单桩承载力特征值Ra1可取2543KN，复合地基承载力特征值fspk1=448Kpa；桩径1.5m单桩承载力特征值Ra2可取1766KN，复合地基承载力特征值fspk2=317Kpa。

通过数据对比和理论计算，可得到如下结论

1、调整SDDC桩施工工艺可以使2种不同的成孔方式对桩间土的挤密效果接近。

2、冲击成孔速度慢，孔深超过5m后降效严重，经过成孔冲扩后，成桩挤扩效果较小，但成桩速度快，形成的桩径较小；机械钻孔速度快，夯实成桩和挤密桩间土同时完成，成桩桩径较大，但成桩速度较慢。

3、成桩直径和桩间距是地基承载力提高的重要因素，桩径越大，桩间距越小，面积置换率越大，单桩承载力更能有效发挥作用，地基承载力提高幅度越大。

4、冲击成孔方式受处理深度和桩间距影响，对处理后复合地基承载力特征值有一定限制；而采用机械钻孔方式可处理大厚度填土、湿陷性黄土等地基，由于桩径大、间距小，处理后复合地基承载力可得到显著提升。

6、SDDC桩的成孔方式的选择

SDDC桩冲击成孔受相邻桩应力叠加效应影响，只能以较大间距布桩，影响SDDC桩处理深度和地基承载力，适用于回填深度不大的杂填土、湿陷性黄土的浅层处理及预处理；机械钻孔虽然取土成孔，但通过调整桩间距、增强体材料和施工工艺，根据土层情况形成非等径桩体和较大的桩径，对于大厚度填土、湿陷性黄土等地基可显著提高地基承载力，并改善地基均匀性。对于某些成分复杂的杂填土还需两种方式结合使用。

针对工程地质情况和处理目的的不同，两种成孔方式合理选择，施工技术人员根据地质情况和设计要求，确定合理的工艺参数，精心施工，才能真正发挥SDDC桩的特点和优势。

参考文献：

[1]管清贤，熊耀湘. 浅谈DDC和SDDC桩作用原理与特性[J]. 山西建筑, 2006(16)：P62~63

[2]《孔内深层强夯法技术规程》CECS197:2006[S].北京：中国计划出版社，2006.

[3]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004[S].北京：中国建筑工业出版社，2004

作者信息：

李华伟（1977年12月-），男，工程师，主要专业方向地基与基础陕西西安，邮编710064，手机13325477918，Email：905298996@qq.com

张讯（1974年3月-），男，工程师，主要专业方向地基与基础陕西西安，邮编710064，手机13909286570，Email：108519961@qq.com