DDS桩在高速铁路复合地基工程中的适用性

赵治冶

（山东铁路投资控股集团有限公司，济南 250102）

全螺纹灌注挤土桩（Drilled Displacement Piles with a Screw-shaped Shaft，DDS）是在Atlas桩、SVB桩施工技术基础上发展而来的，具有一定的挤密和螺纹增效作用。理论上DDS 桩在提高复合地基承载力方面优于常用的水泥粉煤灰碎石（Cement Fly-ash Gravel，CFG）桩。在房屋建筑等领域DDS桩逐渐得到应用［1］，相关部门颁布了其专用的行业标准［2］。在铁路领域，因缺乏系统的设计标准和施工规程，且对不同地质条件下竖向承载特性和群桩效应机理研究不足［3-5］，往往简单地认为DDS 桩的复合地基承载力一定优于同条件的CFG 桩。由于没有专用于DDS 桩的施工工装和工艺要求，在部分高速铁路建设项目中采取与CFG 桩相同的设计方案，对利用DDS 桩进行复合地基处理的适用性缺乏认识。

本文结合鲁南高速铁路日曲段的实际情况，选择不同地质条件的施工区段，以CFG 桩为对比，通过复合地基载荷试验研究DDS 桩在铁路复合地基处理工程中的适用性。

1 试验方案

1.1 地质概况

为探明DDS 桩在不同地质条件下的适用性，选择曲阜东站NDK010+600.00—NDK010+813.35 加固区段（简称QFD 区段）和临沂北站DK126+300—DK127+100加固区段（简称LYB区段）开展试验。

1）QFD区段地层岩性概况

2）LYB区段地层岩性概况

1.2 桩型结构及施工方法

在2 区段各浇筑4 根DDS 和CFG 试验桩，均为正方形布置，QFD 区段和LYB 区段桩间距分别为1.6，1.9 m。桩顶设1.10 m×1.10 m×0.35 m 的C40 钢筋混凝土桩帽，上铺0.6 m 厚碎石垫层，垫层上下各铺设1层抗拉强度大于80 kN 的双向格栅。DDS 桩外径为500 mm，内径为400 mm，螺牙高50 mm，螺纹间距300 mm，内外侧螺牙厚度分别为100，50 mm。CFG 桩桩径为500 mm。

QFD 区段设计桩长30.0 m，承载力以长桩摩擦力为主，设计承载力300 kPa；LYB 区段设计桩长6.9 m，承载力以短桩端承力为主，设计承载力250 kPa。

试验中DDS 桩采用非可弃桩尖的全螺纹桩机施工，工艺要求：提钻过程保持匀速、连续；严格控制提升速度与旋转速度，使二者匹配；钻杆反向旋转一圈时上升距离满足设计螺纹间距要求。CFG 桩采用振动沉管法施工。

1.3 试验方法

满足规定的28 d 龄期后，在2 试验区段的DDS 桩和CFG桩中各选1根，根据TB 10106—2010《铁路工程地基处理技术规程》［6］进行复合地基载荷试验，并采用局部开挖和取芯法对DDS桩的实体质量进行检验。

2 试验结果及分析

2.1 复合地基载荷试验

对2 试验区段的DDS 桩和CFG 桩施加荷载至最大荷载（QFD 区段、LYB 区段的最大荷载分别为600，500 kPa），得到复合地基载荷试验的荷载-位移曲线见图1。逐渐卸载到0，测量位移的回弹量并计算复合地基承载力，结果见表1。

图1 复合地基载荷试验荷载-位移曲线

表1 复合地基载荷试验结果

从图1 和表1 可知：在承载力以长桩摩擦力为主的QFD区段，2种桩型的复合地基承载力差异不大；在承载力以短桩端承力为主的LYB 区段，DDS 桩的最大累计位移远大于CFG 桩，其复合地基承载力仅为CFG桩的69%。排除加载过程、桩间土的回填质量、桩头处理、荷载板刚度、砂垫层厚度等影响因素后，再次进行试验，结果类似。DDS 桩并未在增加承载力方面体现出优势，与设计预期存在较大偏差。

2.2 实体取芯及局部开挖

针对复合地基载荷试验反映出的问题，在LYB 区段开展了地质钻探复核、局部开挖和实体取芯检验（图2）。经地质钻探复核，该区段地质情况与设计资料基本吻合，但因时处雨季，表层松软土及中砂层含水率接近饱和，表层土为淤泥状，中砂层接近流态。

图2 LYB区段DDS桩局部开挖和实体取芯情况

从图2（a）可以看出，DDS 桩螺纹成型情况并不理想。结合地质钻探复核结果，桩周土层接近流态，不利于桩身螺纹的成型。另外，因无特定工装和工艺措施，试验过程中很难保证DDS桩的成桩质量。

图2（b）中从上至下为从桩顶至桩底，可以看出桩底呈锥体状，且混凝土疏松、不密实，直接影响桩端承载力。由于利用全螺纹桩机施工时采用了非可弃式桩尖，且桩底地质为风化岩，受工艺特性限制，成桩时无法进行清底，桩底存在一定量的破碎岩体，致使桩底混凝土不密实。

3 技术改进措施

地质条件、螺纹质量、桩底质量直接决定了DDS桩复合地基加固技术的使用效果，进钻、出钻的高度同步性和桩底质量保证措施是实现DDS 桩加固效果的关键［7-9］。

LYB 区段不宜采用DDS 桩，应选用CFG 桩进行地基加固，采用振动沉管法施工。对于QFD 区段，可采用DDS 桩进行地基加固，但须采取一些改进措施。为提高桩底混凝土密实度，施工时改用可弃桩尖，并在钻孔到位后静压20 s。同时，采用数控同步技术，确保进钻、出钻的同步性。

将DDS 桩外径由500 mm 调整为400 mm，相应的内径调整为300 mm，其余参数不变，结合改进措施再次进行复合地基载荷试验。结果表明，调整后的DDS桩的最大累计位移为8.16 mm，最大回弹位移为1.93 mm，回弹率19.5%，复合地基承载力为392 kPa，与桩径500 mm CFG 桩的复合地基处理效果相当。由于调整后的DDS 桩桩径小，降低了工程成本，优势较为明显。

结合改进措施，将400 mm 外径的DDS 桩应用在与QFD 区段地质条件类似的曲阜东NDK08+364—NDK010+810 区段。其中，对桩长小于20 m 的特殊区段，采取喷浆加固的方式进行桩底处理。结果显示，工后沉降满足设计要求，见图3。

图3 曲阜东NDK08+364—NDK010+810区段工后沉降

4 结论

为研究DDS 桩在铁路复合地基处理的适用性，本文选择不同地质条件的施工区段，以CFG 桩为对比，进行了复合地基载荷试验。结论如下：

1）地质条件、工装设备和工艺直接影响DDS 桩的成桩质量和加固效果。在缺乏清晰认知的前提下，不能取得预期的复合地基处理效果。

2）桩底和桩身螺纹质量是实现复合地基处理效果的关键。

3）在承载力以短桩端承力为主的加固区段，不宜采用DDS桩技术进行复合地基处理。

4）在承载力以长桩摩擦力为主的加固区段，可采用DDS 桩技术，但须采取改进措施，包括：施工时选用可弃桩尖，并在钻孔到位后静压20 s；采用数控同步技术，确保进钻、出钻的同步性；对桩长小于20 m 的特殊区段，采取喷浆加固的方式进行桩底处理。采取改进措施后，外径400 mm 的DDS 桩与桩径500 mm 的CFG桩对复合地基处理效果相当。