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岩土研究院

强夯施工方法

352 2022-04-20 11:03:29

施工机具

一、起重机械

随着强夯技术的不断发展,起重机械也由初期的小型履带式起重机,逐步发展到大能量的专用设备。如法国已开发出用液压驱动的专用三角架,能将40t重夯锤提升到40m的高度。又如法国尼斯机场扩建跑道,要求加固深度达40m,为此特制了一台起重量为200t,提升高度25m,具有186个轮胎的超级起重吊车,这是迄今为止世界上最大的强夯起重设备。

我国在70年代末引进强夯技术的初期,普遍采用起重量为15t左右的履带式起重机作为强夯起重机械。在装备动滑轮组和脱钩装置时,并配有推土机等辅助设备,以防止机架倾覆的前题下,当最大起重量10t时最高落距10m,最大单击夯击能为1000kN·m。之后,随着起重机械的发展,有些施工企业配备了50t 履带式起重机作为强夯机械,在不需推土机等辅助设备的情况下,可进行单击夯击能为3000kN·m的强夯施工。至80年代中期,山西省进行了重要的技术革新,在起重机臂杆端部增设辅助门架,使履带式起重机的起重能力有了大幅度的提高,一般可以进行单击夯击能为4000~6000kN·m的强夯施工,从而使我国强夯施工由过去只能从事低能量夯击提高到能进行中等能量级夯击的水平。至今我国陕西、河南、深圳等地已从事过单击夯击能为8000kN·m的强夯施工。

如何选择强夯起重机械是强夯施工的首要问题。一般遵循的原则是既要满足工程要求,又要降低工程费用。首先从满足工程要求来分析,即根据设计要求达到的地基处理深度来确定单击夯击能,并选择相应的起重机械。根据表3-2的规定,对于碎石土、砂土等地基,单击夯击能从1000kN·m到6000kN·m,增加了5倍,而相应的有效加固深度从5.5m到9.75m,仅增加了77%,因此,要增加有效加固深度,必须大幅度提高单击夯击能。其次,从降低工程费用来分析,强夯法处理地基的施工费用随单击夯击能大小而定。据某施工企业的报价,单击夯击能为2000、3000、4000、5000kN·m的施工单价(元/m²)分别为1000 kN·m的施工单价的1.33、1.66、2.92和3.75倍。由此说明当单击夯击能超过3000kN·m 时,施工费用大幅度上升。由于强夯法处理地基一般不消耗材料,使用劳动力也较少,施工费用主要用于机械台班费,所以选择台班费较低的起重机械是降低施工费用的主要环节。由上述两方面分析结果,可以认为从目前我国强夯施工现状出发,选用单击夯击能不超过3000kN·m将是最经济的。此外,从强夯法的工程实践来看,除了某些要求加固深度较大的工程外,对大多数工程来说,采用3000kN·m的单击夯击能一般均能满足工程要求。因此,从目前我国大多数施工企业施工机械的现状出发,并考虑“一机多用”的原则,选择配有辅助门架的履带式起重机作为强夯起重机械将是适宜的。

二、夯锤和脱钩装置

(一)夯锤

夯锤选用是否恰当,对夯击效果也有重要的影响。我国在应用强夯法的初期,大多数采用钢筋混凝土夯锤,即用钢板焊成开口外壳,内灌混凝土,锤底尺寸为2m×2m,锤高约lm,重量为10t。我国常用的夯锤重为10~25t,至今采用的最大夯锤重为40t。在不断实践过程中,夯锤的平面形状、所用材料、开孔大小等方面都有了不同程度的改进。

1. 夯锤平面形状

我国初期采用的大都是底面为正方形的夯锤,正方形锤具有制作简单的优点,但在使用过程中发现存在一些缺点,主要是起吊时由于夯锤在空中旋转,不能保证前后几次夯击的夯坑重合,故常出现锤角与夯坑侧壁相接触的现象,因而使一部分夯击能消耗在坑壁上,影响了夯击效果。目前大多数施工企业已采用圆形锤,而方形锤已逐渐被淘汰。

2. 夯锤材料

随着采用的单击夯击能的提高,目前对于15t以上的夯锤大多采用铸钢来代替钢筋混凝土。但重量为10t左右的夯锤大多仍用钢筋混凝土制作。为便于使用和运输,也有将铸钢锤做成组合式的,可根据需要锤重而选择2~3个单件组合而成。

3.夯锤开孔

为了提高夯击效果,夯锤底面必须对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔,以利于夯锤着地时坑底空气迅速排出和起锤时减小坑底的吸力。以前大多数夯锤常因留孔过小,土团堵塞而失去作用。根据经验,排气孔的直径一般为250~300mm。

4. 夯锤底面积

一般根据土的性质选择锤底面积,对于细题粒土宜选择较大的锤底面积,粗颗粒土宜选较小的面积。但尚应与锤重有关,所以工程上常用锤底静压力来表示。为探索锤底静压力对夯击效果的影响,中国建筑科学研究院曾在唐山某工地做过对比试验,试验采用两个重量均为10t的夯锤,其底面积分别为2m²和4m²,两者单击夯击能相同,锤底静压力相差

一倍,现场对比试验结果表明,锤底静压力较大者的夯击效果较锤底静压力较小者为好。夯锤底静压力值一般可取25~40kPa,对于细颗粒土宜取较小值。

(二)脱钩装置

脱钩装置是强夯施工的重要机具。国外采用履带式起重机作为强夯起重机械时,常采用单根钢丝绳提升夯锤,夯锤下落时钢丝绳也随着下落,所以夯击效率较高。但当夯锤重超过15t时,一般要选用起重量超过100t的起重机。而我国因缺少大吨位起重机,所以常以小吨位起重机吊重锤,这样不得不通过动滑轮组以脱钩装置来起落夯锤。操作时将夯锤挂在脱钩装置上,为便于夯锤脱钩,将系在脱钩装置手柄上的钢丝绳的另一端,直接固定在起重机臂杆根部的横轴上,当夯锤起吊至预定高度时,钢丝绳随即拉紧而使脱钩装置开启,这样既保证了每次夯击的落距相同,又做到自动脱钩,提高了工效。目前国外强夯施工机械也有配置液压挂钩和自动脱钩装置的,这样施工过程中不需人员进入夯击区,既提高了施工效率,又保证了入身安全。因此,研制新型的挂钩和脱钩装置,将是强夯机具革新的重要内容。

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