孔內深層強夯法處治城市道路復雜地基研究

田子澤

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概況

蘭秦快速路寬溝互通立交工程為接入某園區的簡易立交，位于蘭州市皋蘭縣忠和鎮東南側，布設于蘭秦快速路YK2+352處南北兩側。目前該區域附近將開發為某園區的場地，已被挖山填溝,進行整平處理。填平區最大填筑土厚度為25 m，但壓實度不足，大幅沉降導致蘭秦快速路YK2+230～300段路面開裂，裂縫最大寬度已超過10 cm，如圖1所示。該立交即位于路面開裂段附近，如圖2所示。

圖1 蘭秦快速路路面裂縫

該立交采用相鄰象限半直連半苜蓿葉組合式立交。主線等級為城市主干路，設計速度40 km/h，雙向4車道；匝道設計速度30 km/h，單向單車道。被交路蘭秦快速路為城市快速路，設計速度80 km/h。路基設計最大填土高度為5.2 m。

圖2 立交附近地貌

該立交位于隴西黃土高原西北部，地處祁連山山脈東延與隴西沉降盆地間交錯的過渡段。地形特征為山川相間，山嶺相望，丘壑錯綜，屬黃土丘陵地貌。

平整場地的人工填筑土主要為風積黃土，淺黃色，硬塑～堅硬，厚11～25 m，屬Ⅱ級普通土，如圖3、圖4所示。根據土工試驗成果可知，人工填筑土的天然含水率為6.2%～7.2%，干密度為1.2～1.3 g/cm3，孔隙比e為1～1.3，孔隙率n為50.6%～56.1%，承載力為100 kPa，濕陷性等級為中等（II級）。項目區屬干旱區，勘探深度內未見地下水出露。

2 待解決問題

平整場地的人工填筑土除壓實度不足外，還存在黃土濕陷性和承載力較低的問題。這些問題會導致地基出現較大沉降、沉陷或失穩破壞等，因此，必須對其進行處治。

圖3 人工填筑土場地

圖4 風積黃土

3 方案比選

結合地質勘察資料，根據相關規范、周邊道路建設經驗等，對該項目平整場地人工填筑土地基可采用的孔內深層強夯法、強夯、灰土擠密樁、高壓旋噴樁及預應力管樁五種方案進行比選。

3.1 方案一：孔內深層強夯法

孔內深層強夯法（down-holedynamic compaction，簡稱DDC法）是一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預定深度，然后自下而上分層填料強夯或邊填料邊強夯，形成高承載力的密實樁體和強力擠密的樁間土。該方法適用于素填土、雜填土、砂土、粉土、黏性土、濕陷性黃土、淤泥質土等地基的處理，對沙漠、垃圾場以及工業廢料場的處理也有明顯的效果[1]。

該項目人工填筑土地基采用孔內深層強夯法處理時，樁徑采用140 cm，樁長按鉆入原地面下不小于1 m控制，樁間距4.2 m，采用等邊三角形布置，處理范圍為路基坡腳外5 m，樁孔內填料采用素土。樁頂標高以上設置50 cm厚的8%石灰土褥墊層，墊層頂面高出目前地面20 cm。

優點：（1）地基處治深度大、處理徹底，可從根本上提高地基壓實度和承載力，并消除濕陷性；（2）樁體用料要求低，易于就地取材，造價較低，經濟性好；（3）集高動能、高壓強和強擠密效應于一體；（4）處治后的地基承載力高；（5）復合地基壓縮模量高，整體剛度均勻，承載性好，沉降變形小；（6）成樁直徑大，強夯能量選擇范圍廣，擠密加固區域大，樁體呈串珠狀，復合受力好；（7）施工速度快，效率高。

缺點：（1）夯錘在孔內是否完全呈自由落體狀對處治效果影響較大；（2）經驗性強，理論還有待進一步完善。

3.2 方案二：強夯

該項目人工填筑土地基采用強夯處理時，強夯單點夯擊能采用6 000 kN·m，在路基坡腳處采用灰土換填，換填寬度為路基內側5 m至坡腳外側5 m范圍，然后在路基坡腳外側設置1 m寬、2 m深的灰土隔水墻。

優點：（1）施工簡單、迅速、方便；（2）技術成熟；（3）加固效果好；（4）適用范圍廣；（5）節省材料；（6）造價低。

缺點：（1）由于該項目人工填筑土厚度較厚，為11～25 m，強夯處治深度有限，不能從根本上解決沉降問題；（2）強夯施工時振動大、噪聲大，項目緊鄰蘭秦快速路，強夯易引起蘭秦快速路出現裂縫，影響其運營安全。

3.3 方案三：灰土擠密樁

該項目人工填筑土地基采用灰土擠密樁處理時，樁徑采用40 cm，樁長10 m，樁間距1.2 m，等邊三角形布置，處理范圍為路基坡腳外5 m。樁頂標高以上設置50 cm的天然砂礫墊層。

優點：（1）可就地取材；（2）可用多種施工工藝，設備簡單；（3）擠密效果較好；（4）施工速度快；（5）造價低廉。

缺點：（1）灰土擠密樁的處治深度有限，不能從根本上解決沉降問題；（2）對于含水量過大或飽和度大的土不適用。

3.4 方案四：高壓旋噴樁

該項目人工填筑土地基采用高壓旋噴樁處理時，樁徑采用60 cm，樁長按鉆入原地面不小于1 m控制，樁間距1.5 m，采用等邊三角形布置，處理范圍為路基坡腳外5 m。樁頂標高以上設置50 cm的天然砂礫墊層。

優點：（1）有效處治深度深，可達 30 m；（2）處理徹底，可從根本上提高地基承載力、減小沉降，并消除濕陷性；（3）施工期間對蘭秦快速路的干擾小；（4）適用范圍廣；（5）成樁形式多樣，可做成水平樁或斜樁；（6）施工便捷，成樁效果好；（7）施工機械體積小，可適用于施工受限的環境。

缺點：（1）施工時需做排污處理，污染環境；（2）工藝較復雜；（3）造價高。

3.5 方案五：預應力管樁（PHC管樁）

該項目人工填筑土地基采用預應力高強混凝土管樁(PHC管樁)進行處治時，樁徑統一設計為：外徑D為400 mm，內徑d為210 mm，樁長按鉆入原地面不小于1 m控制；處理范圍為路基坡腳外2 m，并保證坡腳外布設一排樁。根據相關規范，經測算，樁間距設計值均采用2 m，梅花狀布置，樁頂設置1.2 m×1.2 m×0.35 m的樁帽，樁帽采用C30混凝土現澆。樁頂標高以上設置50 cm的8%石灰土褥墊層。施工采用錘擊打入的方式進行。

優點：（1）地基加固處理深度大；（2）處理徹底，可從根本上提高地基承載力、減小沉降，并消除濕陷性；（3）單樁承載力高，處理后地基承載力提高顯著；（4）工廠化生產，容易保證質量，成樁質量高，檢測方便；（5）復壓容易；（6）施工方便，速度快，效率高，工期短；（7）施工期間對蘭秦快速路的干擾小。

缺點：（1）由于具有擠土效應，群樁施工時會引起周圍地面的隆起及可能使相鄰已就位的樁上浮或偏移；（2）甘肅省缺少生產廠家，須從外省購買運輸，運距遠；（3）造價高。

經綜合比選，設計推薦采用方案一，即孔內深層強夯法(DDC法)。

4 技術要求

（1）孔內深層強夯法選用機械鉆孔法成孔，孔徑1.4 m，孔距4.2 m，呈等邊三角形布設；孔內填料就地取材采用黃土，填料粒徑應小于（1/10～1/5）成孔直徑；樁體壓實度不小于97%，樁間土擠密后的平均壓實度不小于93%。單樁豎向承載力為1 526 kN，復合地基承載力不小于200 kPa。樁及樁間土的濕陷性全部消除[2]。

（2）施工前需對場地進行碾壓或低能量滿夯一次，以提高地基承載力，使其不小于120 kPa。

（3）在大面積處治施工前，應選擇代表性路段進行處治試驗，以確定合理的施工工藝和參數[3]。

5 施工工序及要求

5.1 施工工序

首先對路基處治范圍內進行清表，然后碾壓或進行低能量滿夯，使地基承載力滿足要求。之后選擇代表性路段進行處治試驗，以確定合理的施工工藝和參數，再進行大面積處治。全部處治完成后，進行檢測、驗收，合格后方可施工橋涵構造物及填筑路基[4]。

5.2 施工要求

（1）成孔及強夯應由外到內至少分兩遍間隔進行，嚴禁一排一排向前施工，同排內應至少間隔1孔進行。

（2）強夯作業前必須對關鍵性指標進行檢查，如成孔直徑、孔深、垂直度等，并對孔底進行強夯。樁孔內填料采用素土，主要為風積黃土，也可采用成孔出渣土，但夯實均必須在最佳含水量下進行。根據實驗，該項目風積黃土最佳含水量為12.3%[5]。

（3）強夯必須按試驗段總結優化后的參數進行實施，并由經驗豐富的監理人員全程旁站。

（4）強夯錘應選用橄欖狀柱錘或尖錐桿狀夯錘。

（5）強夯錘是否呈自由落體狀態下落是確保工程質量的關鍵，除受成孔直徑、垂直度影響外，務必確保重錘與樁孔中心對中實施[6]。

（6）未施工完畢的樁井必須及時進行遮蓋，樁井周圍應夯填土埂，以防止雨水進入，并確保人員安全。

（7）除施工單位自檢外，檢測應委托具有相關資質的第三方機構進行評定。

（8）褥墊層填筑前應對場地實施低能量滿夯一次。

6 結語

（1）孔內深層強夯法是近十幾年發展起來的一種深層地基處理技術。它融合了強夯、鉆孔灌注樁、擠密樁等傳統地基處理方法的優點，具有適用范圍廣、處治深度大、就地取材、造價相對較低、綠色環保等特點，技術經濟效益十分顯著，非常值得推廣應用。

（2）該項目的橋涵構造物地基也采用孔內深層強夯法一并進行了處治，特別是對于橋梁，采用在處治后的復合地基中設置樁基礎的綜合方案。不僅解決了人工填筑土和濕陷性黃土厚度大、負摩阻力大、摩阻力低等問題，還大大縮短了樁長，有效降低了工程造價。

（3）目前，孔內深層強夯法的理論研究還落后于工程實踐，導致設計中缺乏成熟完善的理論指導，還需要廣大工程技術人員在實踐中不斷總結、研究，使該技術日臻成熟完善。

[1]CJJ 194—2013，城市道路路基設計規范[S].

[2]JTG D30—2015，公路路基設計規范[S].

[3]GB 50025—2004，濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[4]CECS 197:2006，孔內深層強夯法技術規程[S].

[5]顏霆鑫，張凱，司新正.孔內深層強夯在五阜立交地基處理中的應用[J].市政技術，2004，22（2）：88-92.

[6]沈保漢.樁基礎施工新技術專題講座（三十四）孔內深層強夯法和孔內深層超強夯法[J].工程機械與維修，2015（3）：116-121.