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第30卷 第2期中国建材科技2021年4月
SDDC 桩地基处理技术在盐什一级公路中的应用研究
Application rearch of SDDC pile foundation treatment technology in Yanshi highway
王玉金
（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州730000）
摘要：针对盐什一级公路K5+580～K7+050路段杂填土+粉土地基承载力低、灰土挤密桩成孔困难的实际，经分析
地基承载力基本容许值[f a0]及摩阻力标准值q k ，并计算软弱下卧层承载力f a ，通过扩孔理论分析复合地基刚度指标I r 和SDDC 桩现场成孔成桩试验以及复合地基承载力检测，得出经SDDC 素土挤密桩处理后软弱下卧层承载力值为368kPa （提高97.32%），满足路堤填高荷载附加应力σz 要求，并总结出SDDC 桩处理杂填土夹粉土地基的技术特性。关键词：SDDC 桩；复合地基；串珠状；承载力
Abstract: In view of the fact that the bearing capacity of miscellaneous fill with silt foundation is low and the pore forming of lime soil compaction pile is difficult in K5+580~K7+050 ction of Yanshi highway, after analyzing the basic allowable value of foundation bearing capacity [fa0] and the standard value of friction qk, the bearing capacity fa of soft underlying layer is calculated. The stiffness index Ir of composite foundation is analyzed by reaming theory, SDDC pile field test and bearing capacity test. The bearing capacity of soft substratum treated by SDDC plain soil compaction pile is 368 kPa (incread by 97.32%), meeting σz requirement of additional stress of embankment filling height load. Finally, this paper summarizes the technical characteristics of SDDC pile in the treatment of miscellaneous fill with silt foundation.
Keywords: SDDC pile; composite foundation; beaded; bearing capacity
中图分类号：U416.1+69 文献标志码：B 文章编号：1003-8965（2021）02-0092-06
0 引言
近年来，路线穿越疑难地基的情况越来越多，因改线避让而增加桥梁、隧道，工程造价陡增，或全部挖除而新增加大量弃方，环保问题突出，唯有进行地基处理，然而前期设计阶段很少开展现场试验，设计方案选择不甚科学，常造成施工困难或根本无法施工，变更量巨大，已成为影响工程质量、工期
及造价的关键因素之一。
SDDC 是由孔内深层强夯法（down -hole dynamic compaction, DDC ）演变而来，有着DDC 技术无法比拟的优越性。该技术综合了重锤夯实、强力夯实、钻孔灌注桩、钢筋混凝土预制桩、灰土桩、碎石桩等地基处理技术，集高动能、超压强、强挤密各效应于一体，通过特种重锤冲击成孔、机械（大直径钻机、旋挖钻机、机械洛阳铲等）引孔或冲孔配合，施工至预定深度，迫使孔内原状土被挤压、扰动和重塑，形成桩体填料的通道，然后采用特种重锤自下而上分层填料强夯，迫使桩周更大范围内的土体再次受到挤压，强夯巨大的夯击能量产生的波和动应力反复作用，使土骨架产生塑性变形，消除了黄土湿陷性，形成串珠状桩体与桩间土相互咬合(见图1)，从而提高地基土的密实度和承载力，最后在桩顶铺筑褥垫层，形成具有高承载力的复合地基。
1 研究区地质、水文状况
亚洲eee图
兰州北绕城东段高速公路盐场堡至什川一级公路
K5+580～K7+055段沿大浪沟布线(见图2)，主要以填方路基通过，沟道呈“U ”型，沟底宽度80-120m ，大部分为人工
平整后的建筑用地，两岸自然斜坡坡度50°-80°，植被覆盖
率20%左右。根据地勘报告(详勘)[1]
，
地层岩性①主要为杂填土，厚4-20m ，砖红色、青灰色、灰褐色等杂色，稍湿、稍密-中密，以黄土状土为主，含砂岩碎块、粉土、卵石及铁丝、塑料袋等生活、建筑垃圾。②细砂，淡粉色，稍湿、稍密，成分以石英长石为主，云母、粉粒含量较高，含少量砾石颗粒；或者②/粉土，黄褐色，湿-饱和，土质较均匀，含少量卵砾石及砂岩碎屑，约占3%，局部呈软塑状，缩孔严重。③强风化白垩系砂岩，褐红色，泥质弱胶结，层状构造，岩芯呈短柱状，锤击易碎，矿物成分以石英，长石为主。沟内无常
作者简介：王玉金（1976.3-），工程硕士/注册土木工程师（道路工程），
从事公路路基路面工程设计工作。
图1 成桩挤密示意图
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施工技术
SDDC桩地基处理技术在盐什一级公路中的应用研究
年性流水，地下水类型为基岩裂隙水，主要分布于沟道白垩系砂岩裂隙中，一般分布不连续，无稳定的水位面，受大气降雨补给；
工程地质条件复杂。
图2 公路线位平面图
该路段的主要问题是填方路基的稳定性。填方路基位于大浪沟道杂填土地基上，其分布广、厚度大、土质松软、微地貌人为扰动严重，地基的压实度变化较大，且无规律性。另外，受黄土湿陷性影响，地基稳定性差，易造成新填路基不均匀沉降。由于杂填土地基体量很大，无法完全挖除，因此，需采用工程措施进行处理。
2 主要问题
《兰州北绕城东段高速公路盐场堡至什川连接线两阶
段施工图设计》[2]
中，该路段地基采用灰土挤密桩进行处治。灰土桩直径40cm ，桩间距1.2m ，桩长10m ；等边三角形布置；灰土桩桩身采用过筛素土拌和消石灰粉，灰、土体积配合比为3:7；桩顶标高以上设置80cm 厚的2:8灰土垫层，压实度不小于96%。但是在实际成孔施工过程中，沉管拔出后，4～5m 深度以下即缩孔，松散土体掉落造成塌孔，在不同位置试验5～6根桩，均不能够完整成孔(见图3所示)。由于成孔无法完成，灰土亦无法回填，因此，需要变更原设计方
案。
图3 塌孔tyrannosaur
3 方案拟定
3.1 分析地勘资料
展眼是什么意思根据该路段地质钻孔柱状图(仅列举K6+685桩号右侧17m ，见图4)，得出计算参数地基承载力基本容许值[f a0]及摩阻力标准值q k (见表1)
。
图4 钻孔柱状图表1 地基参数jerusalem
序号桩号及位置地基承载力基本容许值[f a0]/kPabluff
摩阻力标准值
q k /kPa 1
K5+800右侧13m 105202K6+300右侧15m 150303K6+685右侧17m 105204
K7+050右侧20m
12050
3.2 地基承载力验算从表1可知，天然地基承载力基本容许值[f a0]均小于等于150kPa ；而K5+580～K7+050段填高不均匀，最大填高约10m ，见表2。
表2 路基填土高度
序号分段桩号及位置平均填土高度/m 最大填土高度
/m 备注1K5+580~K6+700 6.58.6主线路基2K6+700~K7+0508.510主线路基3K5+580~K6+700右 3.29改乡道路基
根据土工试验，最佳含水量下填土最大容重19.8kN/m 3，则填土在原地基表面产生压应力p=10×19.8kPa 。根据JGJ 79-2012《建筑地基处理
技术规范》[3]
及《工程地质手册》(第五版)[4](图5)，由于存在粉土类软弱下卧层，填土产生的垂直压力会分散，需验算软弱下卧层顶面的应力。根据钻孔资料，取最小厚度的持力层h=3.7m ，其变形模量E 1=18MPa ，下卧层变形模量E 2=7.8MPa ；持力层及下卧层的泊松
比分别为υ1=0.25，
υ1=0.3；与土的压缩性有关的系数v=[E 1×(1-υ2)2
]÷[E 2×(1-υ1)2]=[18×(1-0.3)2]÷[7.8×(1-0.25)2]=2.01；b 1=13.2m ；查表并计算得附加应力系数α=1；则垂直应力作用下，持力层与软弱下卧层分界面中心产生的附加应力δz =α×p=1×198=198kPa 。根据土工试验结论，地基
层重度r m =20.1kN/m 3
，则地基层在软弱层顶面产生的自重应力δcz =20.1×3.7=74.4kPa ；软弱下卧层承载力f ak =90kPa ，并查表取粘粒含量≥10%（未做试验）的最不利情况，粉土层地基埋深承载力修正系数ηd =1.5，根据GB 50007-2011
《建筑地基基础设计规范》[8]
，软弱下卧层顶面进行埋深
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施工技术SDDC桩地基处理技术在盐什一级公路中的应用研究
修正后的承载力f a =f ak +r m ηd (h -0.5)=90+20.1×1.5×(3.7-0.5)=186.5kPa ；因此，下卧层承载力不满足路堤填高要求，
应进行地基处理。经现场踏勘后，初步拟定冲扩桩(SDDC)
扬州补习
地基处理方案。
图5 应力计算图
3.3 理论分析
ruixin根据《地基极限承载力的计算》
[5]
中魏克西扩孔理论的椭球形桩扩孔，见图6。要想知道SDDC 桩复合地基的承载力，必须分析扩孔后复合地基的刚度指标I r ，并根据其判定地基土的破坏模式，然后分析在一个同心球面上的所有点都具有相同的应力状态，见图7
。
垂眼妆图6
空的扩张图
图7 点的应力图
所有力建立半径方向的平衡微分方程，通过库仑-摩
尔破坏条件，并引入塑性区内体积应变，依据径向位移的拉梅解，在弹性区与塑性区的交界处，亦即在r=R p 处，应力δr 与δθ必须满足极限平衡条件：δr -δθ=（δr +δθ）sin φ+2c cos φ，
最终计算地基土刚度指标：
2(1)()
r E
I c qtg νφ=
++式中：
E —土的变形模量；v —土的泊松比；c —土的内聚力；φ—土的内摩擦角。
经过SDDC 桩处理后的地基刚度指标计算结果
I r =15；考虑形状系数，ξc =1+BN q /LN c ，ξq =1+(B/L)·tg φ，
ξγ=1-0.4B/L ，承载该段路堤的地基可看作条形基础，B/L=0，则形状系数ξc =ξq =ξγ=1，于是地基承载力公式q f =cN c ξc +qN q ξq +0.5γBN γξγ变成q f =cN c +qN q +0.5γBN γ，计算得处理后地基极限承载力q f =683kPa 。上述计算是把地基土当作理想刚塑性材料，没有考虑到地基土破坏前的压缩变形，换言之，计算结果只适用于地基土的整体剪切破坏的情况。为了判定计算结果是否合理，还需判定地基是否只属于整体剪切破坏。依据魏西克三种地基土破坏模式，即整体剪切破坏、局部剪切破坏和刺入剪切破坏，还需计算临界
刚度指标：(I γγ)crit =0.5exp[(3.30-0.45B/L)
·ctg(450-φ/2)]=46；很明显，15<46，即I γ<(I rr )crit ，则说明地基土被压缩，发生了体积变形，地基不属于整体剪切破坏，地基承载力必须加以修正。和形状系数一样，引入压缩性系数：
(3.07sin )(log 2)exp (4.40.6)[]0.548
1sin r qc c B I tg L γφξξφφ ⋅==−++= +
，ξcc =ξqc -((1-ξqc )/N c )·ctg φ=0.412，代入考虑压缩系
数的地基承载力计算公式：q f =(cN c ξc )·
ξcc +(qN q ξq )ξqc +(0.5γBN γξγ)·ξγc =517kPa 。很明显，考虑了土的可压缩性后，地基极限承载力由683kPa 降低到517kPa ，因此，通过上述理论分析得出复合地基承载力可采用517/2=268kPa 。
3.4 现场成孔及成桩试验
选定较平坦且地层结构具有代表性的K6+630～650路段进行试验(见图8）。依据CECS 197:2006《孔内深层
强夯法技术规程》[6]
，桩孔按正三角形布置，每个成孔直径1.2m ，成桩直径大于2m ，桩间距3.6m ，满堂布桩共计6排36根桩。为避免出现局部桩位偏移量过大，现场采用全站仪测量坐标放孔，并用白灰做好成桩标记。当履带吊就位后，锤(重11.5t)尖中心应对准孔位(灰点)，然后起吊，提升高度6～10m ，冲击成孔，当最后一次冲击成孔深度与前一次深度之差不大于50mm 时，成孔完成，如遇孔底出现松散、淤泥质土层，可向孔内填入一定数量的硬骨料(如大粒径石块、碎砖块等)，挤密桩端土。之后进行成桩试验，每孔进
行2击空夯后铲车回填，每铲车回填料约3m 3
；回填料分2:8灰土和素土两种，素土有机质含量控制在8%以内，并严格控制含水率不大于15%；每
次回填方量和锤击次数要匹配，确保桩体压实度不小于96%、成桩直径不小于2m ；由于桩头土侧压力越来越小，桩头部位容易出现鼓包，所以应适当降低提锤落距和调整回填击数，保证成桩长度和桩头部
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施工技术
SDDC桩地基处理技术在盐什一级公路中的应用研究
位强度；循环夯实成桩至桩基顶面设计标高后，残余夯坑深度不大于40cm ；得出SDDC 复合地基处理工程试桩数据(见表3)，则可知冲扩桩实际平均冲入深度7m ，锤顶部影响深度2m ，平均有效处理深度9m
。
图8 现场试验
表3 SDDC 现场记录表(工程名称：盐什公路(桩径2m))
施工日期
桩号
成孔直径/m 处理深度/m 填料类型夯击次数填料方量/m 311.13
K6+634-127灰土8522K6+641-12 6.5灰土6620K6+648-1 2.37素土7022K6+638-229灰土8028K6+645-227素土6722K6+652-2 2.5 6.5素土632011.14
K6+634-3 2.2 6.5灰土7020K6+641-326灰土6819K6+648-3 2.3 6.5素土6520K6+638-4 2.2
6灰土6619K6+645-42 6.5素土素土灰土灰土7020
K6+652-4 2.67素土6722K6+634-5 2.26灰土631911.15
K6+641-527灰土6722K6+648-527.5素土7024K6+638-62 6.5灰土6820K6+645-627.8素土7025K6+652-6 2.8 5.8素土8518K6+632-7 2.28灰土7525K6+638-7 2.6 5.6灰土801811.16
K6+644-7 2.35素土7916K6+635-8 2.37灰土6622K6+641-8 2.17素土7022K6+648-8 2.46素土7619K6+632-9 2.5 5.3灰土8017K6+638-9 2.4 5.8灰土7718K6+644-9 2.0 6.5素土692011.17
K6+635-10 2.1 6.5灰土7220K6+641-10 2.3 5.8素土7418K6+648-10 2.07素土7022K6+632-11 2.17.5灰土6824K6+638-11 2.07.3灰土7123K6+644-11 2.17素土692211.18
K6+635-12 2.2 6.5灰土7720K6+641-12 2.07.5素土6924K6+648-12
2.5
5.5
素土
76
17
3.5 复合地基承载力检测
为确保工程质量以及验证理论分析结果，进行单桩复合地基承载力检测，见《检测报告》JC2015-090[7]，其中，灰土挤密桩复合地基载荷试验共布置2个点，编号分别是HT1#、HT2#，素土挤密桩复合地基载荷试验布置1个点，编号为ST3#，3个检测点平面位置见图9。采用压重平台反力装置、液压千金顶每次增加50kN 的频率加载，直至500kN
终载。
图9 监测点平面布置图
3.5.1 灰土1#桩承载力的确定HT1#桩载荷试验数据见表4，P -S 曲线见图10。表4 SDDC1#桩复合地基载荷试验汇总表（一）
试验点号:HT1# 置换率:0.3875 测试日期:2015-11-19
序号
荷载(kN)历时(min)沉降(mm)
本级累计本级累计00
00.000.001100210210 1.12 1.1221502104200.75 1.873200210630 1.08 2.954250210840 1.07 4.0253002101050 1.25 5.2763502101260 1.24 6.5174002101470 1.257.7684502101680 1.459.2195002101890 1.6010.8110400301920-0.1510.6611300301950-0.2010.4612200301980-0.4110.0513100302010-0.599.4614
1802190
-1.008.46
最大沉降量:10.81mm ；最大回弹量:2.35mm ；回弹率:21.7%
由图10可知，HT1#桩P -S 曲线为平缓的光滑曲线(缓变型)，根据JGJ 79-2012[3]附录B.0.10分析，加载至250kPa
对应沉径比s/d=0.002<0.008，因此HT1#检测点承载力特征值取250kPa 。
3.5.2 灰土2#桩承载力的确定HT2#桩载荷试验数据见表5，P -S 曲线见图11。
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表5 SDDC 复合地基载荷试验汇总表（二）
试验点号:HT2# 置换率:0.3875 测试日期:2015-11-20序号荷载(kN)历时(min)沉降(mm)
本级累计本级累计0
000.000.001100210210 1.19 1.1921502104200.93 2.123200210630 1.38 3.504250210840 1.49 4.9953002101050 1.21 6.2063502101260 1.567.7674002401500 1.569.3284502101710 1.7311.
0595002101920 2.3913.4410400301950-0.2513.1911300301980-0.4512.7412200302010-0.4512.2913100302040-0.8911.4014
1802220
-1.1510.25
最大沉降量:13.44mm ；最大回弹量:3.19mm ；回弹率:23.7%
由图11可知，HT2#桩P -S 曲线为平缓的光滑曲线(缓变型)，同理根据JGJ 79-2012[3]分析，加载至250kPa 对应沉径比s/d=0.0025<0.008，因此HT2#检测点承载力特征值取250kPa 。
3.5.3 素土3#桩承载力的确定ST3#桩载荷试验数据见表6，P -S 曲线见图12。由图12可知，ST3#桩加载至500kPa 时沉降急剧增大，承载板周围出现明显的隆起，因此ST3#检测点承载力特征值取450/2=225kPa 。
由此可见，SDDC 1#、2#灰土桩承载力特征值250kPa ，SDDC 3#素土桩承载力特征值225kPa ，均小于复合地基承载力理论分析值268kPa 。工程实践中采用试验值，而理论分析值仅在方案初始论证阶段作为判断方案可行性的重要依据。
3.6 方案选定3.6.1 承载力比较1）灰土桩复合地基承载力250kPa >198kPa 、
素土桩复
机电维修图10 SDDC 1#
桩复合地基载荷试验曲线图
图11 SDDC 2#
桩复合地基载荷试验曲线图
图12 SDDC 3#桩复合地基载荷试验曲线图
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