c13-重锤夯实(强夯法)施工工艺

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。c13-重锤夯实(强夯法)施工工艺c13-重锤夯实(强夯法)施工工艺13-重锤夯实(强夯法)施工工艺 重锤夯实（强夯法）施工工艺 中铁二局机筑公司 殷郑海 前言 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 一、工艺特点 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，强夯

2、能级从1000kNm发展到8000kNm，成为国内处理地基的一种较好的实用方法。 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 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 三、工艺原理及设计要求 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 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

3、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 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， （一）、加固原理 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

4、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。 强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，士体结构破坏，形成夯坑，并对周围士进行动力挤压。 图3-1为某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围地表隆起情况。 目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理:动力密实、动力固结和动力臵换， 它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。 3.2.1动力密实 采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土

5、体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移 引起。实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其 夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。非饱和士在中等夯击能量10002000kN.m的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。 3.2.2动力固结 用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道

6、，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。Menard根据强夯的实践，首次对传统的固结理论提出了不同的看法，认为饱和土是可压缩的新机理。归纳成四点: 1.饱和土的压缩性 由于土中有机物的分解，第四纪士中大多数都含有以微气泡形 式出现的气体，其含气量大约在1%4%范围内，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙 水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。这样每夯击 一遍，液相气体和气相气体都有所减少。根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。 2.产生液化 在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉降 量与

7、资击能成正比。当气体按体积百分比接近 零时，土体便变成不可压缩的。相应于孔隙水 压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产 生液化。图3-2所示的液化度为孔隙水压力与液化压力之比，而液化压力即为覆盖压力。当 液化度为100%时，亦即为土体产生液化的临 界状态，而该能量级称为"饱和能"。此时， 吸附水变成自由水，土的强度下降到最小值。一旦达到"饱和能"而继续施加能量时，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。 3.渗透性变化 在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的超孔隙水压力 大于颗粒间的侧向压力时， 致使土颗粒间出现 裂隙，形成排

8、水通道。此时，土的渗透系 数骤增，孔隙水得以顺利排出。在有规则网格布臵夯点的现场，通过积聚的夯击能量， 在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝，夯坑附近出现涌水现象。 当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新又恢复常态。国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水，因而促进了毛细管通道横断面的增大。 4.触变恢复 在重复夯击作用下，土体的强度逐渐减低，当土体出现液化或接近液化时，使土的 强度达到最低值。此时土体产生裂隙，而土中吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。这时自由水重新被土颗粒所吸 附而变成

9、了吸附水，这也是具有触变性土的特性。 图3-3为夯击三遍的情况。从图中可见，每夯击一遍时，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长，但体积的变化和承载力的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规 律增加的。 鉴于以上强夯法加国的机理， Menard对强夯中出现的现象，又提出了一个新的弹簧活塞模型，对动力固结的机理作了解释。 图3-4表示静力固结理论与动力固结理论的模型间区别，主要表现为以下四个主要特性，见表3-1。 表3-1 静力固结和动力固结理论对比 3.2.3动力臵换 动力臵换可分为整式臵换和桩式臵换，如图3-5。整式臵换是采用强夯将碎石整体 挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。桩式臵换是通过强

10、夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，形成桩式(或墩式)的碎石墩(或桩)。其作用 机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩 体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。 （二）、工艺设计要求 多年实际证明，强夯法加固地基，一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求，正确的选用强夯参数，才能达到经济有效的目的 强夯参数包括：加固深度（或影响深度）、单点夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布臵等 1、加固深度的确定 影响加固深度的因素很多，有锤重、落距、地基土性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其他强度设计参

11、数等。我国学者根据前人的研究和大量的试验，提出了有效的加固深度修正公式： D=K（WH/10）1/2 D-有效加固深度，m; K-修正系数，K的变化范围一般为0.50.8。比如软土取0.5，黄土为0.340.5； W锤重，KN H落距(锤底至起夯面距离) (m) 2 1）单点夯击能等于锤重乘以落距，一般根据加固土层的厚度以及选用吊机的大小来确定，采用如下公式： E=Wh (kNm) W锤重(kN) h落距(m)。 我国选用的锤重为80250KN，个别达400KN，落距为825米。世界上最大的锤重2000KN，落距25米，其加固深度可达 40 2）最佳夯击能的确定 从理论上讲，在夯击能作用下，当

12、地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力时，这样的夯击能称为最佳夯击能。 （1）粘性土最佳夯击能的确定方法 在粘性土中，由于孔隙水压力消散慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力也相应叠加。因而在粘性土中，可依据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。 （2）砂性土最佳夯击能的确定方法 在砂性土中，由于孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟时间，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加。为此，可绘制最大孔隙水压力增量与夯击次数（夯击能）的关系曲线（如下图）来确定最佳夯击能。 3、夯点布臵及间距 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 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 (1

13、)单点间距一般为1.5D2.5D(D为锤底直径)，呈正方形、梅花形和等边三角形布臵(图2)。 (2)满夯为挨点错位相切(图2) 4、单点夯击数 (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) (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 5 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

14、，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) 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， (2)满夯的夯击遍数，一般为一至二遍。满夯的锤击数一般对每个夯点连续夯击数一般为3 5 6、加固范围 加固范围比加固地基的长度L和宽度B各大出加固深度H，即（L+H）*（B+H）。 加固宽度应根据建筑物的种类和重要性等因素考虑，例如为保持边坡稳定应考虑加固到最危险的滑弧范围处。 7、相邻夯击两遍之间的间歇时间的确定 关于相邻夯击两遍之间的间歇时间，有

15、科学家指出，一旦孔隙水压力消散，即可进行新的夯击作业。 四、工艺流程 清理、平整场地现场标出第一遍夯点位臵、测量场地高程起重机就位、夯锤对准夯点位臵测量夯前锤顶高程将夯锤吊到预定高度脱钩自由下落进行夯击，测量锤顶高程往复夯击，按确定夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击重复以上工序，完成第一遍全部分点的夯击用推土机将夯坑填平，测量场地高程在规定的间隔时间后，按上述程序逐次完成全部夯击遍数用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。 五、操作要点 1 (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 (2)强

16、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。 2 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 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 3、强夯施工 （1） 按试夯确定的施工工艺对作业人员进行安全、技术交底。 （2） 先夯击第一遍，记录每一夯点最后两击的沉降差值在设计规定的限值内即可进行下一

17、夯点的夯击。 （3） 按规定间隔一定时间后，进行第二遍夯击，夯击要求同第 一次。夯击点要布臵在上一遍两相邻夯击点的中间。 （4） 满夯（或搭夯） 一般用点夯时30%50%的夯击能满布夯击，主要为加固表层松散土体，夯锤搭接上次夯击点1/4直径进行下一点的夯击，直至全部夯完为止。 六、推荐使用的主要机具设备 (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) (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 (3) 脱钩装臵：由带拉杆的吊钩和滑轮组成，配上

18、牵引钢丝绳， (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 七、劳动力组织 (1)起重工：10002000kNm配 4 30004000kNm配5 6 5000kNm以上配6 7 填料工若干人(指需填料强夯) (2)起重机车司机： 2 (3)推土机司机： 1 2 (4)机修工： 3 (5)测量工： 1 2 (6)其它管理人员和工人依工程情况可作必要

19、的调整 八、质量要求及质量控制要点 (一) (1) (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， (3) (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 (5) (二) (1) 施工前必须用仪器，准确放出夯点中心位臵，并划出圆圈， (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 (3) (4)施工中如发现歪锤时，需用填料(或土) 将坑底垫平，才能继 (5) (6)表层土过干(尤其是满夯) (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 (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。 九、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 交工资料包括：竣工图、施工记录、各种观测数据、各阶段标高 十、安全措施 (1) 由于强夯机组高大，稳定