SDDC桩工艺处理湿陷性黄土的实践

赵 烨

（中国铁塔股份有限公司宁夏回族自治区分公司，宁夏 银川 750002）

0 引言

国内黄土资源占比较高，大约为60%～70%，湿陷性黄土表现出一定地基特质，在本体自身重力及外部荷载作用下，会改变土体结构，极易出现土体结构变形、内部结构松散等问题，成为工程建设的首要难点。

孔内深层超强夯法（Super Down hole Dynamic Consolidation），简称SDDC桩法，该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，处理深度深，消除湿陷性效果好。本文在研究案例工程所在区域湿陷性黄土的性能的基础上，选择SDDC桩法处理黄土地基，获得较好的处理效果。

1 案例工程所在区域湿陷性黄土的性能研究

1.1 工程简况

宁夏某项目施工区域内，黄土湿陷层不小于40m，部分区域的湿陷层介于35～40m之间，湿陷表现较为严重。工程范围内的湿陷量介于1415.1～2156.3mm之间，工程自重形成的湿陷量达到1658.6～2754.6mm。

1.2 黄土特点

（1）含砂比例较高。宁夏地区有较多黄土，含砂比例不低于15%，部分区域高于50%。其中，银川部分区域的含砂比例＞50%，土质湿陷性明显。较高的含砂量，会降低宁夏黏粒占比，黄土黏粒占比仅有2%～10%。

（2）亲水性强。较低的含水比例，黄土表现出较强的亲水性。正常条件下，黄土强度较大，土质粘聚力能够达到55～88kPa，土体结构内摩擦角分布在35°～45°之间。遇水后，土体粘聚力低于20kPa，结构强度近乎为0，内摩擦角大小不足59%。土质浸水后，会出现较快的湿陷作用，60s内会引起黄土结构出现破坏情况[1]。

（3）干密度较低。宁夏区域降水量不多，地表蒸发量等同于8倍的实际降水量。区域内的黄土结构，自上而下各层土质含水量逐级变小，各层含水比例平均值为5%～14%，液性指数未达到0，土质表现出坚硬、硬塑等特点。土体结构松散，干密度不大，土层孔隙较多。

（4）可溶盐占比较大。宁夏区域土质中含有较多的可溶盐，比如钠盐、钾盐等。

（5）湿陷量较大。同心县内黄土厚度均大于50m，部分地区高于200m，湿陷程度为Ⅲ～Ⅳ级。多数地区的湿陷土层深达7m左右，形成的湿陷量最大值约为300mm。

1.3 土质问题

（1）建筑结构出现开裂、倾斜问题。宁夏区域内的黄土表现出高盐特点，含有较多的SO42-、Cl-。在淋溶处理时，可溶性盐会溶于水，改变结构的耐久性，引起钢筋发生锈蚀现象，无法保证建筑结构性能。

（2）盐胀。宁夏位于国内西北地区，午间与夜间的温差幅度较大。在高盐区域内，低温时，湿陷性黄土会表现出盐胀现象。高温时，盐胀量明显变小。当温度多次变动后，积累一定盐胀量。

（3）预浸水处理的耗水量较大。宁夏某项目采取预浸水处理方法，处理时间共用251d。处理至162d时，尚未达到浸水后5d的湿陷量要求，整体湿陷量均高于1mm/d。全部处理完成，耗水量达到12.4万m3。宁夏区域降水较少，水资源并不充足。使用预浸水法进行黄土处理，会出现工期长、耗水量较多的工艺问题。

2 案例工程所在区域黄土中可溶性盐含量与湿陷表现之间的关系

黄土含有一定量的盐，且不同的可溶性盐含量，形成的黄土湿陷性具有一定差异性。只有充分了解湿陷性土体环境中可溶性盐的分布情况，判定可溶性盐在土质湿陷表现中的作用，才能给出更为合适的工艺处理方案。案例工程所在区域的土体成分中，含有多种可溶性盐，其中，SO42-的含量较高，可作为土质改性研究的重点。

2.1 湿陷系数的算法

依照湿陷性黄土的相关规定，参看GB 5005的具体内容，依据式（1）获取湿陷系数：

式中：

h1——在50～800kPa压力作用下，土样形变完成的高质值，mm；

h2——在50～800kPa压力条件下，浸水湿陷形变完成的高度值，mm；

h0——土样初期高度值，mm。

δs——目标被测土质的湿陷性系数。

2.2 Na2SO4含量与湿陷表现关系

在各级压力条件下，Na2SO4的含量与湿陷表现之间的关系见表1所示。

表1 各级压力条件下Na2SO4的含量与湿陷表现关系

表1中，P表示压力，N表示Na2SO4的含量。当Na2SO4的含量高于2.4%时，其湿陷系数增长幅度有所减小。由此说明：Na2SO4的含量增加时，遇水饱和会降低Na2SO4的溶解能力，此时水分扩散形成较大的阻力。当干密度、土体压力均等的条件下，Na2SO4含量较高时，土样溶解需要较多时间，在土体饱和情况下，土体内的结晶盐并未完全溶解，由此增加了Na2SO4的含量。案例工程区黄土内的Na2SO4含量较高，使用双线法获取其与湿陷表现关系中发现：Na2SO4的含量达到2.4%后，湿陷系数增长能力变小[2]。

2.3 NaCl含量与湿陷表现关系

各级压力条件下NaCl的含量与湿陷表现关系见表2所示。

表2 各级压力条件下NaCl的含量与湿陷表现关系

由表2分析发现：在100～500kPa压力条件下，NaCl在黄土中的含量增加时，湿陷系数的增长能力较强。由此说明：黄土中含有较多的NaCl时，土体湿陷性表现会更明显。在黄土内各可溶性盐的单体中，NaCl组成的胶体结构会在湿陷作用下出现溶解，无法保持原有的胶结连接状态。在分析期间，土样干密度正常、含水量不高。因此，在浸水饱和状态下，水分扩散形成的阻力不大，此时土体孔隙会融合较多的水，水分扩散用时不长，而NaCl表现出较强的易溶性，水内溶解能力较强。当土体含有较多的盐量时，盐类溶解形成更多的孔隙，使土体湿陷性更为明显。在土体含水量处于饱和状态时，NaCl能够完全溶解，以离子形式分布在黄土中。为此，在外界荷载压力不高的情况下，土体依然会出现较大的湿陷量[3]。

3 运用SDDC桩工艺处理湿陷性黄土

根据上述研究，项目选择SDDC桩法处理案例工程的黄土地基。

3.1 工艺方案

前期运行旋挖钻机，挖出黄土，建造桩孔。使用强夯法处理，施工出桩内填料孔位，分批次填入材料，配合挤密强夯方法，保证填料严实性，打造出具有较强承载能力、土料密实性较高的桩体结构，以此改善黄土地基问题，有效消除湿陷性威胁[4]。

3.2 参数设计

结合工程内的地基处理需求，给予必要的验算分析，SDDC桩的工艺参数为：长度25.8m、内径1588mm，桩间距2750mm。采取三角布桩形式，各桩外侧等距设计5组注水点。基础处理范围约为7000m2，共设SDDC桩不少于1000根。设计中，SDDC单桩的整体抗压系数应超过0.97，抗压强度实测结果应处于180kPa左右，上下浮动不超过5kPa。各桩间挤密效果应符合地基强度要求，挤密系数最小值的参考标准为0.93。桩内材料的填土成分中，有机质占比应控制在5%以内。

3.3 土料设计

案例工程区域内的含水量较少，参照建筑地基的相关规范要求（JGJ79），地基成孔施工期间，地基土应关注含水量，当土内含水比例不足12%时，需进行增湿处理。需对桩内使用的材料进行含水量测定，保证其含水量符合工程要求。在施工前期，进行抽样检测，获取桩内材料含水情况。如果地基土含水比例达到最优，可开始SDDC桩的各项工序。如果材料含水比例并未达到规范要求，需进行增湿处理，使其达到目标值，再行施工。工程现场施工发现：土料含水比例的最佳值为14.39%。

3.4 增湿工艺

SDDC桩施工前，需有效检查桩内填充材料的性能，给出必要的补水处理。调整土料含水量的过程中，可使用钻孔砂桩工艺，联合地表筑畦的方法，确保增湿质量。加水时，每个增湿区域的加水量最大值为50m2，增湿区域高度设计为40cm。深层加水的注水孔径取110mm，孔内添加混合料，取1～3cm大小的碎石。各孔间隔设计为1.6m，采取等边三角形的样式，布设注水孔。注水孔深设计为11m。补水期间，使水位线高于边缘位置，使用水管向注水区进行加水。在排水口位置，装设水量测定仪器，准确显示注水量。注水操作中，应有效控制加水速度，防止加水速度较快，造成注水口受到冲击的影响。采取分次注水形式，记录注水量。水渗完毕，再进行下一轮注水，多次注水操作，待注水量达到目标值，不再加水。停水目标值为：土层含水比例≈14.39%。一般情况下，需进行7d左右的注水，方可达到含水比例的最佳值。土质含水量达标后，进行SDDC桩施工。经实践汇总：工程设有注水孔共有2018个，实际注水量约为1.281万m3。土料增湿处理后，各处土料含水比例在最佳值附近浮动，上下变化不超过2%。

3.5 成桩过程

施工期间，采取间隔施工法。首次施工时，留出三个施工点位，便于后三次打孔、成桩操作。钻挖操作时，保持桩体竖直、无倾倒情况，合理控制成孔深度，给出必要的参数标识，准确观测施工数据，记录桩体位置。运行装载设备，进行土方运输。利用小规模装载设备，将土料送入孔内。填料厚度应介于2～3m3之间，填料高度维持在1～1.5m左右。填料前期，需空夯处理孔底，保持提锤夯实的充分性。工程夯击实践中，多数位置为3次，少数位置为2次。夯击成桩处理时，需选定桩孔中位，保持夯击设备的平稳性，要求提锤高度、落锤间距、击打次数均符合施工要求，防止出现偏锤施工问题，保证工艺质量。

4 工艺效益

初期拟定灌注桩方案，解决湿陷性黄土问题的工艺成本约为800.56万元。通过采用SDDC桩工艺处理案例项目的黄土问题，成本总计430.12万元，工艺成本大约节省了370万元。由此发现：采用SDDC桩工艺，具有较高的经济性[5]。

5 结束语

综上所述，宁夏黄土含水量不多，黄土具有较强的融水能力；土体中的NaCl较高时，会引起黄土湿陷性表现更明显，直接削弱了地基性能。为此，结合实例工程，参照预浸水耗时、耗水的特点，整合强夯、挤密桩多个工艺，创建出SDDC桩工艺，以此解决黄土湿陷性风险。经过SDDC桩处理后，宁夏案例工程的黄土问题得以改善，地基承载能力有所增强。工艺用时不长，相比预浸水法具有高效、工期短的特点。对回收的黄土进行资源化处理，以此减少工程支出。实践证明：SDDC桩工艺可用于处理宁夏黄土问题，处理后地基性能较好，该方法具有一定的推广意义。