孔内深层强夯法（ DDC桩）在处理机场地基不良地质土中的应用

上官万春

中国电建集团航空港建设有限公司，福建省福州市， 350000

摘要：随着我国大型基础建设的发展，大型机场、特殊建设工程越来越多，遇到各种不良地质土情况非常普遍，针对流塑状淤泥层软弱地基处理通常采用置换、混凝土灌注桩等施工工艺，存在施工周期长、成本高等缺点，本文介绍威宁民用机场在流塑状淤泥层软弱地基处理采用孔内深层强夯法（DDC桩）施工工艺，全套筒跟进旋挖钻机将套管回旋钻进至基岩层，穿透淤泥层成孔，有效解决了钻孔设备在流塑状不良地质土中不能成孔的问题，通过DDC桩同时形成竖向排水通道连接至基岩层，达到不良地质层挤密、排水固结处理的两重效果。

关键词：孔内深层强夯法；DDC桩；机场地基处理；流塑状淤泥层

1工程简介

贵州威宁民用机场位于中国贵州省毕节市威宁彝族回族苗族自治县六桥街道和陕桥街道交界处，西距威宁彝族回族苗族自治县县城和草海国家级自然保护区约8千米，为4C级旅游支线机场。威宁民用机场飞行区等级4C，新建1条跑道，新建航站楼、站坪、配套建设空管、供油、消防救援以及公共配套设施，属于高原机场。

2工程地质情况

工程场区内地形复杂、起伏较大，总体地势南高北低，海拔在2384～2470m之间。第三纪以来受区域地壳间歇性抬升和溶蚀、剥蚀的耦合作用的影响，场区形成五级剥夷面，根据场区地貌成因及形态特征，可将场区划分为剥蚀-溶蚀浅丘区、剥蚀-溶蚀浅丘区、剥蚀-溶蚀深丘区、剥蚀岭脊区等4个微地貌单元。

场区属威宁背斜北东翼，为单斜地层，岩层倾向北东，倾角20°～50°。场区及附近断裂构造较为发育，表现为断层及节理。场区及附近共出露3条断层，分别为孔家ft断层（F1）、坡头上断层（F2）和艳阳沟断层（F3）。

地层分布情况，场区出露地层为单斜地层，共跨越五个地层单元，由老到新分别为下石炭统摆佐组（C1b）、中石炭统黄龙群（C2hn）、上石炭统马平群（C3mp）、二叠系下统梁ft组（P1l）和二叠系下统栖霞组（P1q）。

不良地质情况，采煤洞是当地村民开采煤炭所遗留下的洞穴，一般处在ft体斜坡位置，工程地质测绘共调查废弃煤洞21处，其中在机场范围的煤洞17个；详细勘察显示在场区共发育潜在不稳定斜坡13处，主要分布在岩溶洼地、低洼地带，需要进行排水固结处理，在填方边坡坡脚处，面积约1800㎡范围内的地基，分布有流塑状淤泥层，流塑状淤泥层厚度达到10m以上，机场地质条件极为复杂。

3施工方法选择及技术难题

3.1深层流塑状淤泥土软弱地基处理施工方法选择

流塑状淤泥和淤泥质土，孔隙比大，含水量高，强度低，压缩性高，伴有触变性，流变性及不均匀性。在处理埋深、厚度都很大的淤泥层时，柱锤强夯处理深度超过6m效果不理想，根据现场试验段施工情况碎石桩处理效果也不理想。若采用换填处理，需要投入大量换填材料、机械设备，置换的淤泥土还需运输、找场地堆放，造价较高，若混凝土灌注桩，需要钢筋、混凝土，造价较高。在考虑施工技术、施工成本、施工工艺等条件下优先考虑DDC法进行排水固结的方式处理方法。

3.2孔内强夯法在流塑状淤泥层难成孔、承载力不达标等技术难题

针对本工程流塑状淤泥层不良地质土，通过孔内深层强夯法（DDC桩）及全套管回旋跟进成孔技术有效结合起来进行施工，解决了钻孔设备在流塑状不良地质土中不能成孔的问题，在套管保护下进行孔内深层强夯施工，按此方法处理后DDC桩的桩径、桩长、成孔深度、复合地基承载力及工后沉降均满足设计要求。

4DDC桩施工方法

4.1工艺原理

全套管回旋跟进成孔DDC桩是采用直径1.3米带合金钢护筒，分段连接、通过旋挖钻机钻入土层内，使桩体与四周土层分离，稳固横向淤泥土质不被破坏，减小桩体摩擦力。护筒进入基岩层后，更换直径1.2米长螺旋钻机钻头，捞净护筒内土层，即为桩体成孔，钻孔完成检验合格后采用岩爆破碎料分层填充桩体，在孔内进行分层填料，分层拔管，分层夯实，通过专用工程机械对孔内填料自下而上分层进行高动能、超压强、强挤密的孔内深层强夯作业，使孔内的填料沿竖向深层压密固结的同时对桩周土进行横向的强力挤密加固。桩体整体施工完成后，采用桩体料碾压密实约0.3m厚的垫层找平兼作排水层。

4.2工艺流程

4.3施工工艺

（1）施工准备

施工前熟悉场地工程地质和水文地质勘察报告内容，查清地下管网、古墓、洞穴等，施工场区应平整压实，地上、地下不得有阻碍施工的结构物、管线等。

施工时根据设备的数量、类型和现场条件，在确保安全的前提下选用最佳流水作业线。孔内填料质量、配比、搅拌均匀性应符合设计标准，料场应设专人负责配料。材料配比、搅拌可由装载机进行拌和。正式施工前，应根据设计要求，做工程的试验性施工（即试桩），以调整设计和施工参数。

（2） 场地平整清理

进行全套管回旋跟进成孔DDC法作业前，根据地形随着填筑施工由低处向高处分块进行施工，清除植物土后，利用挖方区中风化灰岩或白云岩爆破料在工作面周边适当进行平整以创造工作面，填料兼做施工垫层和排水垫层，厚度一般情况不超过50cm，垫层料与桩体料相同。施工场地应平整，承载力不应低于120kPa，成孔机械底盘和支架应安装稳固，保持垂直稳定，以防成孔过程中发生位移。

（3）测量放线、桩位布置

根据建设单位提供的测量成果和设计文件测量资料，进场后对控制点进行复核，复核无误后，对施工区地形进行测量，在CAD图中进行桩位布置，DDC桩布置形式为等边三角形，间距2.4m，在处理区域的边角处，夯点或桩位布置应适当调整，但间距不应小于2.4m的间距要求，确定桩位布置后进行现场放样，在桩位中心点打入布桩固定，并做好标记。全套管旋挖成孔DDC桩位布置示意如下图（单位：m）

（4）施工参数

根据设计文件要求及现场试验确定的施工参数如下表

全套管回旋跟进成孔DDC法建议参数

注：停夯标准以每层最后两击平均夯沉量为准；分层往孔内加料夯击形成桩体，直至达到夯沉量要求；夯沉量根据夯锤钢丝绳上的刻度快速量测。分2批成桩，第二批桩位布置在第一批桩位之间。

（5）机械成孔

本工程采用旋挖钻机成孔，用直径1.3米钢护筒，分段连接、通过旋挖钻机钻入土层内，使桩体与四周土层分离。保证横向淤泥土质不被破坏，减小桩体摩擦力。护筒进入基岩层后，更换直径1.2米长螺旋钻机钻头，捞净护筒内土层，即完成桩体成孔。

护筒需要进入基岩，深度较深，采用每节长3m的护筒分段连接，护筒采用4块200mm×100mm×10mm的钢板对称焊接，护筒采用端口平齐的钢管，连接时保证两节钢管端口紧密挤压在一起，受压均匀且在一条直线上，避免因护筒不直导致压入土体后护筒中心偏移。

旋挖钻机就位后，根据机架上的吊锤校正垂直度，要求保持平整稳固，使在钻进时不发生倾斜或移动。在钻架上设置有控制标尺，以使在施工中进行观测记录。

调整好钻机垂直度，旋挖钻头对准桩位中心后开始进行引孔，引孔深度4m，启动钻机钻0.5～1.0m深检查正常后再继续钻，土块随螺旋叶片上排出孔口，引孔完成后压入钢护筒，并检查垂直度，满足要求后，重复引孔→压入钢护筒→检查的步骤，直至护筒达到基岩。

成孔孔深由于现场有多种类型的桩长，孔深不一，要随时掌握好既不能少打，也不能多打。

成孔后随即测孔深、垂直度和孔径，垂直度偏差不应大于孔深的2.5%，成孔中心偏差不应超过桩径的1/4。

（6）孔内填料

根据设计要求，每层加料量不得大于2.5m³，按护筒直径1.3m（即面积1.327㎡），施工每层加料2.0m³计算，装载机配合挖机进行填料作业，则每层高度为1.5m。桩体料采用挖方区中风化灰岩和白云岩爆破料，级配应满足Cu≥5、1＜Cc＜3，最大粒径不应超过30cm，含泥量≤5%。

（7）孔内强夯

填料完成后，为保证强夯施工时解除护筒对填料的束缚，使填料在强夯作用下能充分嵌入周围淤泥土中，保证强夯施工质量，需先将护筒拔出一段距离，解除对填料的束缚后再进行强夯施工，每次拔管高度保证大于每层填料厚度，每次护筒拔出1.7m，护筒拔出后进行强夯施工，采用带风槽的橄榄型DDC专用夯锤以及配套的自动脱钩装置、吸锤装置进行孔内强夯作业，停夯标准以每层最后两击平均夯沉量小于15cm为准，夯沉量根据夯锤钢丝绳上的刻度快速量测。强夯施工时，要确保夯锤下落线路准确，避免因夯锤偏移触碰护筒，造成桩孔的变形，且难以拔出。每层孔内强夯施工完成后重复填料→拔管→强夯的施工工序，直至桩体达到设计标高。

（8）检测验收

全套管回旋跟进成孔DDC法地基处理施工完成后，根据设计要求、工艺标准，对桩体进行抽样检测。桩长及桩径采用钻芯法进行检测，桩基承载力采用静荷载试验检测。检测数量为总桩数的1%，单体工程不应少于3个。

本工程由第三方检测单位对已完成的桩基进行取芯和承载力检测，实际桩长均达到设计桩长，并到达基岩，全桩长范围内的桩径也均大于设计要求的1.2m，承载力大于设计要求值500kpa，合格率100%。

5结语

采用全套管回旋跟进成孔技术，通过旋挖钻机将套管穿过淤泥层至基岩，有效解决深层淤泥土无法成孔的问题。采用孔内分段拔管，分层回填石料强夯，具有高动能、超压强、强挤密的效果，桩径随天然地基土层的软硬变化而变化，土层越软，桩径越大，处理后地基承载力高、变形量大、压缩变形小，整体刚度均匀。

采用全套管回旋跟进成孔孔内深层强夯法，保证工程质量检测满足设计要求，经检测各项指标均满足设计要求。通过本工程的实践证明，使用该施工工艺可以提高填土的承载力，消除特殊土的“湿陷”及“液化”等，增高有土的力学性能

可就地取材，选用当地能够满足设计要求并保证工程质量的桩体材料，不仅在桩体材料可以节省工程造价，同时机械施工效率高。在满足相同设计指标的情况下，综合总价比灌注桩降低造价40～60%，比水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）降低造价30～50%，比混凝土管桩（PHC管桩）降低造价20～30%。

参考文献:

[1] 陈健，李志成，饶建强.孔内深层强夯法(DDC法)在高原机场地基处理中的应用研究，2019（7）46-50.

[2] 殷国柱. 孔内深层强夯桩法(DDC桩)在自重湿陷性黄土地区工程中的应用，2021（6）98-99.

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