平煤神马建工集团有限公司六处 河南平顶山 467000
摘要：近年来，建筑节能和环保越来越被人们所重视，孔内深层强夯法技术能大量消耗建筑及工业垃圾，利用各种无机固体废料进行地基加固处理，减少环境污染，变废为宝，同时先进的施工机具和技术也使地基得到了更好的加固。是一项带有绿色工程特征的建筑地基处理新技术，值得推广。尤其是在矿区处理矿渣填埋较深的建设项目中，采用孔内深层强夯渣土桩地基处理技术具有更广泛的应用价值。因此本项目的综合技术具有广泛的推广前景，具有较高的应用价值。
关键词：深层强夯渣土桩挤密承载力
一、工程概况：泰安高新隆基科技城系统工程，包括1#、2#综合办公楼、地下车库工程，1#~11#厂房，拟建工程位于泰安南部，北邻新凯南路，西邻龙腾路。其中1#厂房及1#、2#办公楼工程因处于原始区域地貌单元属剥蚀残丘，基坑基本位于回填的矿坑中，主要由粉细砂状矿渣组成，含少量风化碎屑，回填时间超过十年,素土力学性能差。
二、根据地质条件及现场情况研究采用渣土桩解决地基承载力问题。
孔内深层强夯法的侧向挤密作用：
孔内深层强夯法在成孔或成桩过程中，由于夯锤的强夯作用，致使桩周土体受到很大的挤压作用，而此成桩或成孔作用对桩周土体的挤密过程，可以用典型的Vesic圆孔扩理论进行求解。圆孔扩理论目前对挤密桩分析相对比较成熟，孔深层强夯法的挤密效果显著，可以计算挤密后及挤密前的干密度来进行评价，故假设地基处理后体积变化了ΔV，原始体积为V。地基处理前的土体干密度为：
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，处理后的土体干密度为：
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而在实际工程中，采用孔深层强夯法进行地基处理时，根据文献[8]，一般采用挤密系数，桩间土的平均挤密系数按下列公式进行计算：
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式中，
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表示桩间土的平均干密度；
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表示桩间土的最大干密度。对重要工程，挤密系数不宜小于0.93，一般工程不应小于0.9。
填料冲扩的二次挤密效应及嵌入作用：
利用柱锤冲击或钻机成孔以后，对孔进行填料，然后采用孔内深层强夯法
对填料进行二次夯击，此动力冲击对桩体夯击挤密，使桩身强度增强，并且对桩间土会产生二次挤密及嵌入作用，即把桩身材料强夯挤密到桩间土，使得桩与桩间土之间没有明显的界限，整体性较好，与其他挤密桩（灰土挤密桩等）相比体现了自身的优越性。
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图2 孔内深层强夯填料的挤密及嵌入效应
复合地基作用：
孔内深层强夯法利用柱锤或钻机成孔，在孔填料进行二次夯击，所形成的桩体具有较高的桩身强度，会有一定的桩体效应，与天然地基形成复合地基，共同承担上部荷载。孔内深层强夯法所形成的复合地基，此复合地基承载力可以根据现场载荷试验确定，也可以按下面公式进行估算：
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，
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,其中，
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为复合地基承载力特征值（kPa）；m为面积置换率；d为夯后桩体直径；
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为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径,等边三角形布桩
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，正方形布桩
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；
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为处理后桩间土承载力特征值( kPa)；
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为桩体承载力特征值（kPa）。
孔内深层强夯法利用尖锥杆状或橄榄状柱锤，对孔填料进行分层强夯或边填料边强夯，从而对下层填料进行深层动力夯、砸、压密，对上层新填料进行夯、砸、劈裂和强制侧向挤压。通过柱锤的动力夯击，在锤的侧面上会产生极大的动态被动土压力，锤锥土迫使填料向周边强制挤出，桩间土也被强力挤密加固。孔深层强夯法加固地基的机理如图3所示。
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图3 孔深层强夯法加固机理图
针对该项目矿坑主要由粉细砂状矿渣组成，含少量风化碎屑，回填深度超过10米，回填时间超过十年,素土力学性能差，不均匀且厚度大，不宜采用天然地基的问题，为保证地基处理符合设计要求，同时费用最低，经过设计单位、建设单位、监理单位、施工单位在现场共同确定：采用了孔内深层强夯（DDC）工法进行地基处理，不仅满足了地基承载力要求，同时将厂区内其它工程挖出的渣土变废为宝，在节约工程成本、节省工期等方面取得了突破和技术创新。
三、具体实施方法：
（1）场地平整，场地必须坚实，不得有软塑土、虚土，首先将场地平整以便于桩基的定位放线。
（2）定位放线：严格按照设计要求桩基间距进行定位放线，做好标记，验收合格后方可进行下道工序施工。
（3）成孔先后顺序：采用从中间向四周，先内后外、隔排隔孔跳打的施工顺序。
（4）桩机就位：每根桩基位置确定后，采用吊车起吊柱锤冲击成孔施工设备至所选定的位置，检查设备垂直度，一切均符合要求后即可开始下道工序施工。
（5）成孔：成孔机具必须保持垂直稳定，垂直度偏差不大于2.0%。成孔中心偏差不超过桩距的确5%。成孔深度应符合设计要求，允许偏差为±100mm。先用柱锤击成孔2-3m，钢套管开始下沉（钢套管确保了桩孔内径尺寸不会收缩变化），然后继续锤击成孔、继续钢套管下沉，直至设计孔深。
（6）孔深验收:施工严格按照施工规范执行。桩位偏移不得大于1/2桩径，桩顶标高在基础底板上不小于30cm，尺量钢套管的长度即可得知桩孔深度。
（7）填渣分层夯实：强夯机就位必须做到稳定垂直，强夯重锤必须与桩孔中对中。强夯过程中，必须严格遵照设计填料的质量、数量、重锤的击数及落距等有关设计参数。渣土料径一般不超过孔径的1/4，本工程料径不大于100mm。桩孔深度符合要求后即可开始填渣，采用铲车运输渣土，人工配合推卸到桩孔内，每500mm厚分层锤击夯实，需要夯击六次以上，夯锤提升3米以上，实行分层投料、分层夯实，直到设计标高。
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（8）静载试验：孔内深层强夯（DDC）工法施工前应进行试桩，经检验符合要求后，方可进行大规模施工。按照《孔内深层强夯法技术规程》（CECS197：2006）有关规定，施工结束14天后应进行质量检验。孔内深层强夯渣土桩的物理力学性质实验取样应不少于总桩数的0.3%，本工程取3棵，每个实验层不小于6组。地基竣工验收时，承载力检验应采用符合地基载荷实验，符合地基载荷实验数量不应少于总桩数的0.5%，且不少于3棵。
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四、实施效果
通过检测试验，渣土桩承载力达到设计要求，说明了采用孔深层强夯法形成的渣土桩复合地基在处理软弱地基时，其承载力得到了显著提高，且与其他地基处理方法相比，成本相对较低，同时将周边工程挖出的渣土垃圾或者旧城改造所拆除的建筑垃圾废物利用，减小了环境污染。所以利用渣土桩处理软弱地基有一定的实用价值，值得推广。