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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1000kN·m发展到8000kN·m，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8—40t)重锤，从几十米(一般6—40m)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)
HDMHM——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) E=W·h(kN·m) 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3—5cm。 b.软弱土5—10cm。
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20—30cm。(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3—5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3—5m或以外排基础边扩8—10m，(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1.5D—2.5D(D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1.5—3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80—400kN。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
2底、锅底、球形等，地面投影面积一般为4—8m。
(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：1000—2000kN·m配4人； 3000—4000kN·m配5—6人； 5000kN·m以上配6—7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： 1—2人。(4)机修工： 3人。(5)测量工： 1—2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2—4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3000KN·m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。
2(3)神头第二发电厂6000m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3000KN·m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
