地基处理新技术 ——孔内深层超强夯法简介

       地基处理（ground  treatment）是为了提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。

       孔内深层超强夯法的作用机理：

     “孔内深层超强夯法”是由“孔内深层强夯法”技术演变而来，且“青出于蓝而胜于蓝”，有着孔内深层强夯法技术无法比拟的优越性。

     孔内深层超强夯法技术是在综合了重锤夯实、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的基础上，吸收其长处，抛弃其缺陷，集高动能、超压强、强挤密各效应于一体，适用于建（构）筑物、铁路、公路、机场、港口等工程软弱土层的地基处理，并可用于无机无毒固体垃圾的消纳处理。

      孔内深层超强夯法技术是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）引孔或冲孔与引孔相配合施工至预定深度，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或边填料边强夯，形成高承载力的密实桩体和强力挤密的桩间土共同组成具有较高承载力的复合地基。

孔内深层强夯法根据设计、施工选取的设备机具不同，桩径大小不同，社会上通俗的将孔内深层强夯法分为孔内深层强夯法成桩（桩径在400-800mm之间）和孔内深层超强夯法成桩（桩径在800-3000mm之间）。 

孔内深层超强夯法技术与其它技术相比，具有十大特征：

       1、适用范围广泛：

      适用于处理素填土、杂填土、砂土、粉土、粘性土、湿陷性黄土、

      淤泥质土及古井、古墓、采空区、防空洞、水下等疑难地基的施工。

      2、地基处理后承载力高，整体刚度均匀，沉降变形小：

  根据本技术多年的实践经验和检测数据，其复合地基承载力特征值限定在600kPa以内。但在工程实际实验中取得的数值还更大些，如：灰土桩承载力特征值为3000kPa（s=2.57mm），复合地基承载力特征值为1500k（s=8.57mm）；素土桩承载力特征值为750 kPa（s=6.27mm）。 

       3、桩体可根据不同土层土质，呈串珠状、扩大头和托盘状：

     桩体夯后直径的大小，它不但与设计动能有关，而且与地基土的构造有关。在动能及填料相同时，其直径随天然地基土层的软硬变化而变化。天然地基强度越低则桩径越大，使桩型形成一个不等径的串珠状，使桩体与桩间土如犬齿般的紧密咬合，增大了桩身与桩间土的摩阻力，从而达到地基处理刚度均匀的目的。而其填料的夯击能量和土层结构也是相互关联的，根据工程需要可人为控制、调整夯击能量以达到串珠状、扩大头状及托盘状的目的。夯后的最大桩径可达到成孔直径的2.5～4.0倍。

       4、处理深度“深”：

      目前由于孔内深层超强夯法施工设备采用了全自动遥控脱挂钩装置，处理深度已经不受机械设备的影响，现在已有工程实例已达到40m，对于更深的处理深度也不在话下。 

      孔内深层超强夯法桩施工遥控全自动脱挂钩技术原理：

      为了消除人工拉绳使重锤脱钩、人工挂钩这一既笨重又不安全的隐患，现已开发出一种操作便捷、安全可靠、成本相对较低的遥控全自动脱挂钩新技术。上图为遥控全自动脱挂钩装置图。

    为了使遥控器操作的重锤能够实现自动脱挂钩，该装置主要由配重、油缸、弹簧和四连杆组成，其特点是双伸型油缸两腔和一个两位电磁阀通过油管构成的闭合的油路，两位电磁阀由遥控接收器接通电源换位，配重压在四连杆上方，弹簧一端固定在四连杆下方，另一端固定于油缸外壁上，四连杆上部沿油缸轴线上下移动，下部固定在油缸的活塞杆上。

     闭合的油路中，当电磁阀处于接通位置时，油缸的上下两腔相接通，液压油可从一腔自由流到另一腔。当电磁阀处于切断位置时，上下腔间的油路被切断，上下腔互不相通。当上下腔间油路接通时，活塞杆可以在外力作用下，移动或伸长或收缩；当上下腔间油路被切断时，即使有外力，活塞杆也保持原有的伸长或收缩位置不变。

       活塞杆的位置决定四连杆的状态：双伸活塞杆下端伸长时，四连杆纵向伸长，横向收缩；活塞杆下端收缩时，四连杆纵向收缩，横向伸展。

使用时，该装置插入重锤的内锥形挂桶内，通过装置自重，四连杆将配重顶起，插入后在配重的重力作用下，四连杆横向伸长，钩住挂通，提起重锤。当提升重锤到预定高度后，遥控器操纵电磁阀接通油路，油路一旦接通，四连杆在重锤的强大重力作用下克服弹簧的拉力，使活塞杆下端伸长，四连杆随之纵向伸长，横向收缩，重锤随即落下，弹簧将活塞杆复位，由此实现了远距离遥控自动脱挂钩。

     远距离遥控全自动脱挂钩装置的优势：①劳动强度降低，工人操作不用到孔口，安全性更有保障；②遥控操作，自动脱钩落锤砸孔夯实；③单体功效提高，有效缩短工期；④夯击动能加大，成孔成桩质量有保证；⑤自动脱钩装置结构简单，可靠耐用。

       5、挤密范围和桩径大：

      单桩挤密范围可达到2000mm以上，桩径根据采用的不同设备和不同的地质条件可达到1800～2200mm或更大。

      6、具有高动能、超压强、强挤密的机理：

     孔内深层超强夯法桩施工工艺的特点，就是施工时对周围土体产生强力挤密作用。挤密的范围一般为桩径的2～2.5倍，目前施工设备采用的全自动遥控自动脱挂钩橄榄状锤重量达到10～15吨，提升高度从地面算起可达到15m或更高。由于孔内深层超强夯法桩锤形状为抛物线尖锥橄榄状，夯击时单位面积夯击能量要比同类型平底的强夯锤要优越得多。施工时由深及浅在孔内分层填料、分层夯击或边填边夯，对下层填料是深层动力夯、砸、压密，对上层新填料是动力夯、砸、劈裂和强制侧向挤压。通过桩锤的动力夯击，在锤侧面上产生极大的动态被动土压力，锤推土迫使填料向周边强制挤出，在压实桩体填料的同时桩间土也被强力挤密加固。

      7、具有动力固结和化学凝固的机理：

     填入孔内的材料，在高动能、超压强的夯锤作用下，对材料颗粒瞬间进行了劈裂、压实及二次排列组合、固结；具有活性的胶结材料在夯击能量释放过程中则进行了化学凝固，而且随着时间的推移，强度愈高。

     8、用料广泛，可降低工程造价：

   孔内深层超强夯工法处理地基的用料可就地取材，十分广泛，根据工程类别、场地条件、周边环境和上部结构设计对地基处理的深度、承载力、沉降变形等要求，桩体材料可就地取材、比选确定。可采用素土、砂土、碎石、水泥土、建筑固体垃圾、工业废料、灰土、混凝土以及其他的非腐蚀性混合物、对地下水无污染的材料作为桩体填料。根据桩体填料类别可分为：素土桩、灰土桩、水泥土桩、碎石混土桩、混凝土桩、碴土桩、生石灰桩、粉煤灰桩、三合土桩等。

    由于该工法夯击能大，凡是能填入孔内的材料，在高动能、超压强的夯锤劈、砸、挤、压作用下，均能达到设计目的。其粒径的限量是根据一般设备动能压强所定，在特殊条件下，只要孔径能放入所需的粒径，超压强动能锤可将其在孔内予以粉碎、砸入孔底、挤入桩周。配比的限定是根据工艺设备和成桩的技术特征而定，对活性材料是以装载机斗容积进行配合搅拌。只要按其配比，装载机几次翻滚搅拌和异形夯锤高动能的压强挤扩即可将材料粉碎搅拌均匀。所以，对填料粒径、拌合方式没有严格的限制，一般能放入孔内即可，装载机搅拌就行。

       9、施工效率高：

       目前施工机械化、自动化程度高，施工速度特别快。孔内深层超强夯法成桩每台设备每天可完成300多延米的工程量。

      10、绿色环保：

     孔内深层超强夯法处理各类软弱地基时，以动力固结为手段，采用无机材料，如无机无毒的固体土、砂、石料、碎砖瓦、工业废料以及它们的混合物等为填料，不仅能变废为宝，还达到了节约钢材、水泥，降低工程成本，节约耕地、保护生态环境，具有绿色工程技术效应的特征。除了适用上述各种地质的应用范围外，对沙漠、垃圾场以及工业废料堆场的处理也有明显的效果。

     孔内深层超强夯法是用旋挖钻机取土成孔或液压履带式打桩机提升重锤自由放下冲击成孔，然后向孔内回填一定量桩体材料，再用自由下落的重锤对填充的桩体材料反复夯实达到密实度要求，连续回填桩体材料并分层夯实直至地面标高，桩体形成。

     根据桩体填料不同，桩型可分为：素土桩、灰土桩、水泥土桩、碴土桩、碎石桩、三合土桩等，桩体压实系数0.97～1.00，桩间土挤密系数0.93～0.97；复合地基承载力范围，素土桩200～250kPa；2:8灰土250～300kPa；3:7灰土300～350kPa；渣土桩、三合土桩300～450kPa；水泥土桩、碎石桩500～700kPa。

    一般成孔孔径为1200~1500mm，夯扩成桩直径为1800~2500mm，成孔深度可达25米左右。与DDC的主要不同之处在于，DDC的重锤一般在1.2T～3.5T，而SDDC的重锤则在10T~15 T；其次提升高度也不同，因此成桩直径和桩间距也有较大区别。     

      该工法多适用于湿陷性黄土，杂填土，各类软弱土，垃圾回填区和高填方区等，能够有效消除原地基土湿陷性、大幅度提高地基承载力，对各类地基处理适应性强，施工周期短。