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强夯法处理地基工程施工工法 YJGF-06-91 山西省机械施工公司 强夯法又称动力固结法，是法国梅那尔公司于60年代后期创造的一种地基加固方法。它是在重锤夯实基础上发展起来的动力加固地基的新方法。70年代后期传入我国，经过近20年在全国各地的推广应用，证明其加固效果十分显著。 山西省机械施工公司从80年代开始在山西化肥厂等工程中应用，随后又推广到长春、大连、重庆、武汉、上海、河南、深圳等地，强夯能级从1000kNm发展到8000kNm，处理过湿陷性黄土、杂填土、饱和粘性土等各类地基土数百万平方米，均取得了良好的处理效果和经济效益，获得了山西省科技进步一等奖，为我国应用强夯法加固工程地基做出了贡献。 强夯法以其质量可靠，造价低，进度快，节约三材，经济效益显著等特点，已广泛应用于工业与民用建筑、公路与铁路路基、机场道路及码头仓库等工程的地基加固，成为国内处理地基的一种较好的实用方法。 一、工艺原理 强夯法是应用功能转换的原理达到加固地基的目的。具体地说，它是利用起重设备将几十吨一般840t重锤，从几十米一般640m高处自由落下，给土以强烈的冲击和振动。地基土在强大的冲击能的作用下，土体强制压缩或振密；土体局部液化，夯点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水逸出，经时效压密，使土体重新固结，从而提高了土的承载力，降低其压缩性。 应用强夯法加固地基虽已经历了几十年，实践证明是一种较好的地基处理方法，但是还没有一套成熟的理论和完整的设计计算方法。根据国内外近十年来的研究成果，土的强夯作用机理一般可归结为 非饱和类土以直观的加密使土体强度增加为主，如黄土和一般的粘性土，最典型的是湿陷性黄土，通过夯击使土颗粒重新排列成致密结构体，消除其湿陷性。 粉土和粉细砂类土夯击作用使土体加密和预液化，从而提高地基土的承载力和抗液化能力。 饱和土强夯使空隙水压力瞬时升高，随着水压力的消散，土中自由水和部分弱结合水排出，土体变得紧密，随着时间的延续，触变后的土体结构得以恢复，使地基土得到加固，对于饱和淤泥质土和粘性土，可通过加填料石块、钢渣等夯击，增加土体骨架和排水通道，这一措施无疑扩展了强夯处理地基土的适用范围。 二、适用范围 目前，国内外处理地基的手段很多，其中强夯的适用范围最广，适用的土质有各种高填土，如素填土、杂填土建筑垃圾、工业废料、粘土、黄土、湿陷性黄土等；饱和砂土、粉土等可液化土，淤泥质土，饱和粘性土等。对于后一类土在正式强夯前须先做试验，证明确有实效时也可采用。 采用强夯处理地基，需要考虑其振动对附近建筑物的影响，必要时应采取隔振、防振措施，以及城市对噪音的控制问题。 三、工艺和参数 根据工程地质勘察报告与建筑物的设计要求，施工前应对地基加固方案进行初步设计，包括加固的工艺与主要的技术参数，并进行试夯，检验与修正技术参数，方可正式施工。 一工艺 强夯法夯击过程为先对有一定间距的单点主夯点进行夯击，后对整个场地挨点满夯。 二参数 1.强夯加固地基的有效影响深度 缺公式 M锤重t； h落距锤底至起夯面距离 m。 2.强夯能级指单点夯击 EWh kNm W锤重kN； h落距m。 3.单点锤击数 对单个夯点，一次连续夯击次数。 击数控制标准如下 1夯坑标高控制打到要求标高或夯坑达到某一深度，以至不好继续操作粘锤、埋锤，此击数时形成的标高。 2贯入度控制夯到最后一击，或最后三击的平均贯入度，小于或等于一定数值时的击数。 a.较硬土、湿陷性黄土、砂性土35cm。 b.软弱土510cm。 c.对于饱和软粘土，淤泥质土以及大能级强夯而相应的锤底面积小的情况下，贯入度达2030cm。 3地面发生较大隆起一般不超过30cm或夯坑内出现溢水等情况时，需停止夯击。 4.满夯的锤击数 对每个夯点连续夯击数一般为35击。 5.夯击遍数 以一定的连续击数，对整个场地的一批点，完成一个夯击过程叫一遍，单点的夯击遍数加满夯的夯击遍数，为整个场地的夯击遍数。 1单点的夯击遍数 除坚硬土和粒料土外，一般都有孔隙水压力的消散和土体恢复问题。这两个因素是控制强夯遍数的主要因素，一般含水量大的遍数较多。对在夯击过程中有填料要求的饱和软土的遍数也较多。夯坑过深，需在坑内填满料，再在原点夯击，这种情况也增加了遍数。 2满夯的夯击遍数，一般为一至二遍。 四、强夯施工 一场地整平及标高要求 1为便于机械行走和施工，强夯场地整平应大于强夯布点范围，以夯点外边缘向外扩35m或以外排基础边扩810m，图1如在挖填方地带施夯，需考虑放坡。 图1 强夯场地整平及标高要求 2强夯场地的标高，以所夯建筑物的基础底标高，加预留夯沉深度来定图1。夯沉深度与地质情况，能级等有关。此值可参照已完工程暂定，经过试夯确定。 二夯点布置 按建筑面积均匀布点时，以最外围基础中心线或外边线算起，增加一排夯点。 按基础位置相应布点时，同上或按基础持力层厚度一半扩出。 布点形式和间距依地质情况、能级和夯锤面积等定。为更好的达到设计要求，多数情况需试夯确定。 1单点间距一般为1.5D2.5DD为锤底直径，呈正方形、梅花形和等边三角形布置图2。 2满夯为挨点错位相切图2。 图2 夯点布置形式 三试夯 根据设计指标和地质报告，参照有效影响深度公式、结合实际经验，首先确定试夯能级，然后选择不同的锤底面积、布点间距、施工顺序、夯击遍数、单点夯击数等。夯后经过测试，得出满足设计要求的最佳数据，确定施工工艺和参数。有条件时，对含水量较大的地基土。为能提供各遍准确的间隔时间，最好做孔隙水压力消散试验。 试夯场地可选在本工程场地内或附近，有经验时也可在工程开始部分安排试夯。 四施工程序 施工程序如下 五、施工机具 1起重设备为强夯的主要机械，一般额定起重能力为夯锤重量的1.53倍，我国大都用履带式吊车改装。根据工程所采用的夯锤和起重高度来选用起重机的型号。可单机作业，也可主、副机移锤联合作业。 2门架由横梁和二个支腿组成，支腿的结构形式有格构式或管式。门架上部横梁中心绞接于吊杆顶部。 3脱钩装置由带拉杆的吊钩和滑轮组成，配上牵引钢丝绳，当夯锤起到规定高度时能自动脱钩落锤。 4夯锤夯锤的选择系根据土质条件、设计要求和强夯能级决定。夯锤重一般为80400kN。设数个上下贯通的通气孔。夯锤的材质为铸钢、铸铁或钢壳包混凝土几种。其锤底形状多为圆形，锤底面又有平底、锅底、球形等，地面投影面积一般为48m2。 5推土机是强夯必不可少的辅助机械，作为场地整平压实之用。 六、劳动组织 1起重工10002000kNm配4人； 30004000kNm配56人； 5000kNm以上配67人； 填料工若干人指需填料强夯。 2起重机车司机 2人。 3推土机司机 12人。 4机修工 3人。 5测量工 12人。 6其它管理人员和工人依工程情况可作必要的调整。 七、质量保证措施 一强夯中需要测定的数据 1夯前的场地标高，各遍夯后整平标高。 2各遍夯点最后三击的夯沉量，计算出夯坑的总下沉深度，各遍在整个夯区内均匀的选一定数量的点测每一击的下沉量，作为与试夯比较和检测参考、满夯只在开始时，以贯入度控制，得出锤击数，以后以此数为准施打，不再作测量。 3强夯中若发现地面变化较大时，需作隆降观测。 4强夯形成的夯抗直径，主要在试夯时测定，作为计算土体压缩及填料量的参考。 5对有填料要求的强夯，需记录各夯坑的填料数量。 二施工要求 1施工前必须用仪器，准确放出夯点中心位置，并划出圆圈，施夯时对点要准。 2必须按规定的起锤高度、锤击数和控制指标施工，不得随意改变。 3施工中如发现偏锤，应重新对点。 4施工中如发现歪锤时，需用填料或土将坑底垫平，才能继续施夯。 5如遇夯锤的通气孔堵塞，应立即开通。 6表层土过干尤其是满夯应采取增加含水量的措施。 7雨期施工，要防止雨水浸泡现场，夯坑内有积水应及时排出后方可施工。 8强夯中的满夯是重要的一环，必须精心施工，否则表层质量不好，将造成建筑物沉降过大和发生不均匀沉降。冬期施工时，不宜进行满夯。 八、交工验收 施工完毕，建设单位以施工现场交工资料和检测试验报告进行验收。 交工资料包括竣工图、施工记录、各种观测数据、各阶段标高数值。 九、安全措施 1由于强夯机组高大，稳定性较差，因此对施工场地要求较严，不得软硬不匀，不得有虚填坑洞和浅层墓坑。 2强夯时有土块石子等飞出，现场人员必须戴安全帽。吊车上应安装防护网，非施工人员不得进入现场。 3应随时注意检查机具的工作状态，经常维修和保养，发现不安全之处应及时处理。 4在强夯施工区附近有建筑物时，应经常观察振动的影响，对较近的建筑物应挖防震沟，其深度应超过该建筑物的基础深度。 5强夯机械使用交流电源时，应特别注意各用电设施的接地防护装置，施工现场附近有高压线路通过时，必须根据机具的高度、线路的电压，详细测定其安全距离，防止高压放电，发生触电事故。 十、加固效果检验 1强夯法处理地基后，由检测得出夯后地基土的各项物理力学指标。其指标主要是地基土的承载力，对饱和粘土还要提出压缩模量。对湿陷性黄土，要测出消除湿陷的深度，对于液化地基土应测出消除液化的深度。 2检测点布置在夯点上和夯间强夯过的场地较均匀，可取少量点检测。为检测结果更可靠，在夯打过程中发现的较软弱区域可多布点。 3夯后开始检测的时间，根据土质情况决定。砂质土可在竣工后一周左右或立即检测。含水量在塑限左右的粘性土，可在24周或稍长一些时间检测，饱和粘土要视孔隙水消散时间而定，淤泥质土要视孔隙水消散时间及土体恢复而定。后两种土开始检测时间一般较长。 4强夯测试手段有静载荷试验、动力触探、标准贯入、静力触探、旁压、土工试验等。可选一种或数种方法检测。 含水量低的地基土、饱和砂类土、可选标贯。湿陷性黄土用静探与探井取样做土工试验两手段结合。夯后场地一般不做载荷浸水试验。饱和粘土、淤泥质土应以标贯为主，配合静探分析单独使用静探则结果偏低、碎石类土用重2测试。对各类地基土均可用静载荷试验，但费用高，一般场地不宜采用。 十一、经济效果分析 对各种不同类型地基的地质条件，强夯所产生的效果不同，但总的特点是节约三材，缩短工期，效果明显，造价低。强夯比碎石桩、混凝土灌注桩、预制桩、换土、灰土桩、砂桩等可节约投资30左右。由于施工进度快、早日投产所产生的社会经济效益就更大了。 下面列举三个工程的经济效果 1河南孟县电厂处理湿陷性黄土，原设计为挤密碎石桩，需费用55万元。改为3000KNm强夯后费用仅用35.4万元，降低造价约1/4。工期提前两个多月，按一个月计算，发电带来的直接效益约60万元。 2吉林长山热电厂第五期扩建工程主厂房湿陷性场地，原计划采用预制桩费用112万元，采用强夯后为34万元。桩基为强夯费用的3.29倍。强夯总工期54天，比桩基预计工期缩短1/3。 3神头第二发电厂6000m2冷却塔地基强夯试验及工程夯，此冷却塔为国内目前底面积最大，高度最高的水土结构，塔身高125m，上部结构对地基土的承载力、变形和浸水后的湿陷量均有很高要求，采用3000KNm强夯处理，与桩基相比节约投资50。 十二、工程实例表1 表1 工 程 实 例 执笔 程淑蒂、王雪官
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