管理13重錘夯實強夯法施工工藝

1、重錘夯實（強夯法）施工工藝        重錘夯實（強夯）法又稱動力固結(jié)法，是法國梅那爾公司于60年代后期創(chuàng)造的一種地基加固方法。它是在重錘夯實基礎上發(fā)展起來的動力加固地基的新方法。70年代后期傳入我國，經(jīng)過近20年在全國各地的推廣應用，證明其加固效果十分顯著。1工藝特點   強夯法以其質(zhì)量可靠、進度快、節(jié)約材料、造價低、經(jīng)濟效益顯著等特點，已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、公路與鐵路路基、機場道路及碼頭倉庫等工程的地基加固，強夯能級從1000kN·m發(fā)展到8000kN·m，成為國內(nèi)處理地基

2、的一種較好的實用方法。2適用范圍目前，國內(nèi)外處理地基的手段很多，其中強夯的適用范圍最廣，適用的土質(zhì)有：各種素填土、雜填土（建筑垃圾、工業(yè)廢料）、粘土、黃土、濕陷性黃土等。采用強夯處理地基，需要考慮其振動對附近建筑物的影響，必要時應采取隔振、防振措施，在城市施工時還要考慮對噪音的控制問題。3工藝原理及設計要求強夯法加固地基雖已經(jīng)歷了幾十年，實踐證明是一種較好的地基處理方法，但是還沒有一套成熟的理論和完整的設計計算方法。根據(jù)國內(nèi)外近十年來的研究成果，土的強夯作用機理一般可歸結(jié)為：（1）非飽和類土。以直觀的加密使土體強度增加為主，如黃土和一般的粘性土，最典型的是濕陷性黃土，通過夯擊使土顆粒重新排列成

3、致密結(jié)構(gòu)體，減弱甚至消除其濕陷性。（2）粉土和粉細砂類土。夯擊作用使土體加密和預液化，從而提高地基土的承載力和抗液化能力。（3）飽和土。強夯使空隙水壓力瞬時升高，隨著水壓力的消散，土中自由水和部分弱結(jié)合水排出，土體變得緊密，隨著時間的延續(xù)，觸變后的土體結(jié)構(gòu)得以恢復，使地基土得到加固，對于飽和淤泥質(zhì)土和粘性土，可通過加填料（石塊、鋼渣等）夯擊，增加土體骨架和排水通道，這一措施無疑擴展了強夯處理地基土的適用范圍。3.1加固原理強夯法是應用功能轉(zhuǎn)換的原理達到加固地基的目的。具體地說，它是利用起重設備將幾十噸（一般840t）重錘，從幾十米（一般640m）高處自由落下，給土以強烈的沖擊和振動。地基土在強

4、大的沖擊能的作用下，土體強制壓縮或振密；土體局部液化，夯點周圍產(chǎn)生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水溢出，經(jīng)時效壓密，使土體重新固結(jié)，從而提高了土的承載力，降低其壓縮性。強夯法是利用強大的夯擊能給地基一沖擊力，并在地基中產(chǎn)生沖擊波，在沖擊力作用下，夯錘對上部土體進行沖切，士體結(jié)構(gòu)破壞，形成夯坑，并對周圍士進行動力擠壓。目前，強夯法加固地基有三種不同的加固機理:動力密實、動力固結(jié)和動力置換，它取決于地基土的類別和強夯施工工藝。 動力密實采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實，從而提高地基土強度。非飽和土的夯實過程，就是土中的氣

5、相（空氣）被擠出的過程，其夯實變形主要是由于土顆粒的相對位移引起。實際工程表明，在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達0.61.0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，承載力可比夯前提高23倍。非飽和士在中等夯擊能量10002000kN.m的作用下，主要是產(chǎn)生沖切變形，在加固深度范圍內(nèi)氣相體積大大減少，最大可減少60%。 動力固結(jié)用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結(jié)的理論，即巨大的沖擊能在土中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利溢出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。由于軟土的觸變性，強度得到提

6、高。Menard根據(jù)強夯的實踐，首次對傳統(tǒng)的固結(jié)理論提出了不同的看法，認為飽和土是可壓縮的新機理。歸納成四點：.1 飽和土的壓縮性由于土中有機物的分解，第四紀士中大多數(shù)都含有以微氣泡形式出現(xiàn)的氣體，其含氣量大約在1%4%范圍內(nèi)，進行強夯時，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，孔隙水壓力就減少。這樣每夯擊一遍，液相氣體和氣相氣體都有所減少。根據(jù)實驗，每夯擊一遍，氣體體積可減少40%。.2 產(chǎn)生液化在重復夯擊作用下，施加在土體的夯擊能量，使氣體逐漸受到壓縮。因此，土體的沉降量與夯擊能成正比。當氣體按體積百分比接近零時，土體便變成不可壓縮的。相應于孔隙水壓力上升到覆蓋壓

7、力相等的能量級，土體即產(chǎn)生液化。.3 滲透性變化在很大夯擊能作用下，地基土體中出現(xiàn)沖擊波和動應力。當所出現(xiàn)的超孔隙水壓力大于顆粒間的側(cè)向壓力時，致使土顆粒間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道。此時，土的滲透系數(shù)驟增，孔隙水得以順利排出。在有規(guī)則網(wǎng)格布置夯點的現(xiàn)場，通過積聚的夯擊能量，在夯坑四周會形成有規(guī)則的垂直裂縫，夯坑附近出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。當孔隙水壓力消散到小于顆粒間的側(cè)向壓力時，裂隙即自行閉合，土中水的運動重新又恢復常態(tài)。國外資料報道，夯擊時出現(xiàn)的沖擊波，將土顆粒間吸附水轉(zhuǎn)化成為自由水，因而促進了毛細管通道橫斷面的增大。.4 觸變恢復在重復夯擊作用下，土體的強度逐漸減低，當土體出現(xiàn)液化或接近液化時，使土的

8、強度達到最低值。此時土體產(chǎn)生裂隙，而土中吸附水部分變成自由水，隨著孔隙水壓力的消散，土的抗剪強度和變形模量都有了大幅度的增長。這時自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水，這也是具有觸變性土的特性。 動力置換動力置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是采用強夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似于換土墊層。樁式置換是通過強夯將碎石填筑土體中，部分碎石樁（或墩）間隔地夯入軟土中，形成樁式（或墩式）的碎石墩（或樁）。其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁，它主要是靠碎石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與墩間土起復合地基的作用。3.2工藝設計要求多年實際證明，強夯法加固地基，一定要根據(jù)現(xiàn)場的地

9、質(zhì)條件和工程的使用要求，正確的選用強夯參數(shù)，才能達到經(jīng)濟有效的目的。強夯參數(shù)包括：加固深度（或影響深度）、單點夯擊能、最佳夯擊能、夯擊遍數(shù)、相鄰兩次夯擊遍數(shù)的間歇時間、加固范圍和夯點布置等。加固深度的確定影響加固深度的因素很多，有錘重、落距、地基土性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序、地下水位以及其他強度設計參數(shù)等。我國學者根據(jù)前人的研究和大量的試驗，提出了有效的加固深度修正公式：D=K（WH/10）1/2式中  D有效加固深度，m；K修正系數(shù)，K的變化范圍一般為0.50.8。比如軟土取0.5，黃土為0.340.5；W錘重，kN；H落距（錘底至起夯面距離），m。夯擊能（1）單點夯擊能等于錘

10、重乘以落距，一般根據(jù)加固土層的厚度以及選用吊機的大小來確定，采用如下公式：E=W·h         （kN·m）式中  W錘重（kN）；h落距（m）。我國選用的錘重為80250kN，個別達400kN，落距為825m。世界上最大的錘重2000kN，落距25m，其加固深度可達40m。（2）最佳夯擊能的確定。從理論上講，在夯擊能作用下，當?shù)鼗谐霈F(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力時，這樣的夯擊能稱為最佳夯擊能。1）粘性土最佳夯擊能的確定方法。在粘性土中，由于孔隙水壓力消散慢，當夯擊能逐漸增大時

11、，孔隙水壓力也相應疊加。因而在粘性土中，可依據(jù)孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。2）砂性土最佳夯擊能的確定方法。在砂性土中，由于孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘時間，孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加。為此，可繪制最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)（夯擊能）的關系曲線來確定最佳夯擊能。夯點布置及間距按建筑面積均勻布點時，以最外圍基礎中心線或外邊線算起，增加一排夯點。按基礎位置相應布點時，同上或按基礎持力層厚度一半擴出。布點形式和間距依地質(zhì)情況、能級和夯錘面積等定。為更好的達到設計要求，多數(shù)情況需試夯確定。（1）單點間距一般為1.5D2.5D（D為錘底直徑），呈正方形、梅花形和等邊三角形布置（圖1）

12、。（2）滿夯為挨點錯位相切（圖1）。              圖1  夯點布置形式 單點夯擊數(shù)對單個夯點，一次連續(xù)夯擊次數(shù)控制標準如下：（1）夯坑標高控制。達到要求標高或夯坑達到某一深度，以至不好繼續(xù)操作（粘錘、埋錘），此擊數(shù)時形成的標高。（2）貫入度控制。夯到最后一擊，或最后三擊的平均貫入度，小于或等于一定數(shù)值時的擊數(shù)。1）較硬土、濕陷性黃土、砂性土35cm。2）軟弱土510cm。3）對于飽和軟粘土，淤泥質(zhì)土以及大能級強夯而相應的錘底面積小的

13、情況下，貫入度達2030cm。4）地面發(fā)生較大隆起（一般不超過30cm）或夯坑內(nèi)出現(xiàn)溢水等情況時，需停止夯擊。 夯擊遍數(shù)以一定的連續(xù)擊數(shù)，對整個場地的一批點，完成一個夯擊過程叫一遍，單點的夯擊遍數(shù)加滿夯的夯擊遍數(shù)，為整個場地的夯擊遍數(shù)。（1）單點的夯擊遍數(shù)。除堅硬土和粒料土外，一般都有孔隙水壓力的消散和土體恢復問題。這兩個因素是控制強夯遍數(shù)的主要因素，一般含水量大的遍數(shù)較多。對在夯擊過程中有填料要求的飽和軟土的遍數(shù)也較多。夯坑過深，需在坑內(nèi)填滿料，再在原點夯擊，這種情況也增加了遍數(shù)。（2）滿夯的夯擊遍數(shù)，一般為12遍。滿夯的錘擊數(shù)一般對每個夯點連續(xù)夯擊數(shù)一般為35擊。3.2.6 加固范圍加固范

14、圍比加固地基的長度L和寬度B各大出加固深度H，即（L+H）×（B+H）。加固寬度應根據(jù)建筑物的種類和重要性等因素考慮，例如為保持邊坡穩(wěn)定應考慮加固到最危險的滑弧范圍處。3.2.7 相鄰夯擊兩遍之間的間歇時間的確定關于相鄰夯擊兩遍之間的間歇時間，有科學家指出，一旦孔隙水壓力消散，即可進行新的夯擊作業(yè)。4施工工藝流程重錘夯實（強夯）法施工工藝流程見圖2。                    

15、;5施工操作要點5.1場地整平及標高要求（1）為便于機械行走和施工，強夯場地整平應大于強夯布點范圍，以夯點外邊緣向外擴35m或以外排基礎邊擴810m。（2）強夯場地的標高，以所夯建筑物的基礎底標高，加預留夯沉深度來定。夯沉深度與地質(zhì)情況，能級等有關。此值可參照已完工程暫定或經(jīng)過試夯確定。5.2試夯根據(jù)設計指標和地質(zhì)報告，參照有效影響深度公式、結(jié)合實際經(jīng)驗，首先確定試夯能級，然后選擇不同的錘底面積、布點間距、施工順序、夯擊遍數(shù)、單點夯擊數(shù)等。經(jīng)過夯后測試，得出滿足設計要求的最佳施工控制參數(shù)。有條件時，對含水量較大的地基土。為能提供各遍準確的間隔時間，最好做孔隙水壓力消散試驗。試夯場地可選在本工程

16、場地內(nèi)或附近，有經(jīng)驗時也可在工程開始部分安排試夯。5.3強夯施工（1）按試夯確定的施工工藝對作業(yè)人員進行安全、技術(shù)交底。（2）先夯擊第一遍，記錄每一夯點最后兩擊的沉降差值在設計規(guī)定的限值內(nèi)即可進行下一夯點的夯擊。（3）按規(guī)定間隔一定時間后，進行第二遍夯擊，夯擊要求同第一次。夯擊點要布置在上一遍兩相鄰夯擊點的中間。（4）滿夯（或搭夯）一般用點夯時30%50%的夯擊能滿布夯擊，主要為加固表層松散土體，夯錘搭接上次夯擊點1/4直徑進行下一點的夯擊，直至全部夯完為止。6推薦使用的主要機具設備（1）起重設備。為強夯的主要機械，一般額定起重能力為夯錘重量的1.53倍，我國大都用履帶式吊車改裝。根據(jù)工程所采

17、用的夯錘和起重高度來選用起重機的型號?？蓡螜C作業(yè)，也可主、副機（移錘）聯(lián)合作業(yè)。（2）門架。由橫梁和二個支腿組成，支腿的結(jié)構(gòu)形式有格構(gòu)式或管式。門架上部橫梁中心絞接于吊桿頂部。（3）脫鉤裝置。由帶拉桿的吊鉤和滑輪組成，配上牽引鋼絲繩，當夯錘起到規(guī)定高度時能自動脫鉤落錘。（4）夯錘。夯錘的選擇系根據(jù)土質(zhì)條件、設計要求和強夯能級決定。夯錘重一般為80400kN。設數(shù)個上下貫通的通氣孔。夯錘的材質(zhì)為鑄鋼、鑄鐵或鋼殼包混凝土幾種。其錘底形狀多為圓形，錘底面又有平底、鍋底、球形等，地面投影面積一般為48m2。（5）推土機。是強夯必不可少的輔助機械，作為場地整平壓實之用。7勞動力組織（1）起重工：1000

18、2000kN·m配4人；30004000kN·m配56人；5000kN·m以上配67人；填料工若干人(指需填料強夯)。（2）起重機車司機：2人。（3）推土機司機：12人。（4）機修工：3人。（5）測量工：12人。（6）其它管理人員和工人依工程情況可作必要的調(diào)整。8質(zhì)量要求及質(zhì)量控制要點8.1 強夯中需要測定的數(shù)據(jù)（1）夯前的場地標高，各遍夯后整平標高。（2）各遍夯點最后三擊的夯沉量，計算出夯坑的總下沉深度，各遍在整個夯區(qū)內(nèi)均勻的選一定數(shù)量的點測每一擊的下沉量，作為與試夯比較和檢測參考、滿夯只在開始時，以貫入度控制，得出錘擊數(shù)，以后以此數(shù)為準施打，不再作測量。（3）

19、強夯中若發(fā)現(xiàn)地面變化較大時，需作隆降觀測。（4）強夯形成的夯坑直徑，主要在試夯時測定，作為計算土體壓縮及填料量的參考。（5）對有填料要求的強夯，需記錄各夯坑的填料數(shù)量。8.2 施工要求（1）施工前必須用儀器準確放出夯點中心位置，并劃出圓圈，施夯時對點要準。（2）必須按規(guī)定的起錘高度、錘擊數(shù)和控制指標施工，不得隨意改變。（3）施工中如發(fā)現(xiàn)偏錘，應重新對點。（4）施工中如發(fā)現(xiàn)歪錘時，需用填料（或土）將坑底墊平，才能繼續(xù)施夯。（5）如遇夯錘的通氣孔堵塞，應立即開通。（6）表層土過干（尤其是滿夯）應采取增加含水量的措施。（7）雨期施工，要防止雨水浸泡現(xiàn)場，夯坑內(nèi)有積水應及時排出后方可施工。（8）強夯中

20、的滿夯是重要的一環(huán)，必須精心施工，否則表層質(zhì)量不好，將造成建筑物沉降過大和發(fā)生不均勻沉降。冬期施工時，不宜進行滿夯。8.3 質(zhì)量檢測（1）強夯法處理地基后，由檢測得出夯后地基土的各項物理力學指標。其指標主要是地基土的承載力，對飽和粘土還要提出壓縮模量。對濕陷性黃土，要測出消除濕陷的深度，對于液化地基土應測出消除液化的深度。（2）檢測點布置在夯點上和夯間：強夯過的場地較均勻，可取少量點檢測。為檢測結(jié)果更可靠，在夯打過程中發(fā)現(xiàn)的較軟弱區(qū)域可多布點。（3）夯后開始檢測的時間，根據(jù)土質(zhì)情況決定。砂質(zhì)土可在竣工后一周左右或立即檢測。含水量在塑限左右的粘性土，可在24周或稍長一些時間檢測，飽和粘土要視孔隙水消散時間而定，淤泥質(zhì)土要視孔隙水消散時間及土體恢復而定。后兩種土開始檢測時間一般較長。（4）強夯測試手段有靜載荷試驗、動力觸探、標準貫入、靜力觸探