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岩土研究院

强夯的施工要点及步骤

470 2022-02-22 15:45:23

强夯的施工机具和设备

强夯施工的主要机具及设备有;夯锤,起重设备,脱钩装置等。

一、夯锤

夯锤的设计或选用需考虑下列因素;

1.夯锤质量

夯锤质量与需加固土层的厚度、土质条件及落距等因素有关,根据自由落体冲量公式;

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在冲量一定的条件下,由于冲量与锤重的一次方以及落距的12次方成正比,从形式上看,增加夯锤质量比增大落距好;另一方面增加落距 h 可增大夯锤着地时的速度,能减小能量损耗,更有效地将夯击能传到土层的深部,使加固效果更好。因此,应综合考虑这两个因素。国内常用的夯锤质量有∶8、10、12、16、20、25、30、40t等多档;国外大都应用大吨位起重机,夯锤质量一般大于15St,最大的达到200t。

2.夯锤材料

夯锤的材料可用铸钢(铁),也可在钢板壳内填筑混凝土。二者的加固效果没有大的差别。混凝土锤是重心高,冲击后晃动大,夯坑易坍土,夯坑开口较大,易起锤,易损坏,可就地制作,成本较低。而铸钢(铁)锤则相反,它的稳定性好,且可按需要拼装成不同质量的夯锤,故它的作用效果优于混凝土锤;但在夯坑较深时,塌土覆盖锤顶易造成起锤困难。有将锤底制成稍带凸弧形的,这样增加了侧挤,使坑壁稳定,减小了起锤力和坑壁塌土。

3.夯锤形状

夯锤形状可做成圆形和方形。方锤落地,方位改变与夯坑形状不一致,影响夯击效果;圆锤无此缺点。现时工程中多选用圆锤。常用锤形结构如图3.5.1。锤形选择一般应根据夯实要求,加固深层土体可选用锥底锤、球底锤,以利于较好地发挥夯击能的作用,加大地基变形,提高能量的有效利用率;加固浅层和表层土体时,多选用平底锤,以利于充分夯实且不破坏地基表层。

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4.锤底面积

锤底面积一般根据锤重和土质来决定。锤重为 100~250kN 时,可取锤底静接地压力值为 25~40kPa,对于饱和细粒土宜取低值;强夯置换锤底静接地压力值可取 100~200kPa。对砂质和碎石土、黄土,单击能高时,锤底面积宜取大值,一般为2~4m²;粘性土一般为3~4m²,淤泥质土为4~6m²;对饱和细颗粒土,单击能低时宜取静压力的下限。以上适用于单击夯击能小于 8000kN·m 时;若夯击能加大,锤重加大,静压力值宜相应增大。

锤底面积对加固深度有一定影响,加固土层厚度小于5m 时,锤底面积为2~5m²;加固土层厚度大于 5m 时,锤底面积为 4.5m2以上。

5.夯锤气孔

强夯作业时,由于夯坑对夯锤有气垫作用。消耗的功约为夯击能的 30%左右,并对夯锤有拔起吸着作用(起拔阻力常大于夯锤自重,因而会发生起锤困难);因此,夯锤上须设排气孔。排气孔数量为4~6个,对称均匀分布,中心线与锤的轴线平行,直径为 250~300mm,过小易堵孔,不起作用。

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二、起重设备

起重机是强夯施工的主要设备,国内外强夯用的起重设备大都是自行式、全回转履带式起重机。目前国内采用的起重机的起重能力多为10~40t,由于起重能力较小,一般采用滑轮组和脱钩装置来起落夯锤。近年来各施工单位普遍采用在起重机臂杆端部设置辅助门架的措施,这样不仅可以防止落锤时机架倾斜,而且能提高起重能力,如图3.5.2所示。

三、脱钩装置

脱钩装置是强夯施工的重要机具。由于我国缺少大吨位起重机,另外也考虑到大吨位起重机用于强夯施工会大大增加施工台班费用;因此常采用通过动滑轮组以脱钩装置来起落夯锤。这样就可用小吨位吊车吊重锤。施工时,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,又保证了自动脱钩,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,施工人员在施工过程中不需进入夯击区,既提高了施工效率,又保证了人身安全。

3.5.2 正式强夯前的试夯

由于强夯法的许多设计参数还是经验性的,影响因素又复杂繁多,到目前为止,还不能做精确的理论计算和设计;因此,设计时常采用工程类比法和经验法。为验证设计参数并符合预定目标,常在正式施工前做强夯试验,即试夯,以校正各设计、施工参数,考核施工机具的能力,为正式施工提供依据。

一、试夯的目标

设计时应根据工程需要确定加固后地基承载力、变形模量、有效加固影响深度,特别是消除黄土的湿陷性或地基的地震液化的深度,以此根据土的类型、特征,选定单点夯击能、单位面积夯击能、夯击次数、夯击遍数、夯点间距、间歇时间等,确定是否需加设垫层及填料并确定其厚度。

试夯的目的就是根据这些选定的施工参数,进行试夯,并根据试夯后的检测结果,适当调整设计、施工参数,使其达到预想的处理效果。

二、试夯的步骤和程序

1.根据期察资料、建筑场地的复杂程度、建筑规模和建筑类型。在拟建场地选取一个或几个有代表性的区段作为试夯区。

2.在试夯区内进行详细原位测试,采用原状土样进行室内试验。有条件时,可做室内动力固结分析,测定土的动力性能指标。

3,试夯应有单点及小片试区,必要时应有不同单击夯击能的对比,以提供合理地选择。单点夯应布置测试地表位移(包括竖直、水平位移);记录每击夯沉量;测定夯坑深度及口径、体积;测定孔隙水压力增长消散值与时间的关系;振动影响值及范围;测定夯坑填料厚度。小片试区.小区试夯面积应根据布点要求确定包括各批各遍夯击的作用,以使试夯区内部的检验有代表性,可参考图3.3.3和图3.3.4所示范围的测定。测试内容除单点夯内容外,应记录计算各遍的填料量及各遍的场地下沉量,以便正式施工时,预留下沉量及校核加固效果。测试还应包括夯点及夯间,最好能每遍夯后均进行,以便调整夯击遍数。

4.夯击结束一至数周后(即孔隙水压力消散后),应对试夯场地进行测试。测试项目与夯前应相同。如;取土试验(抗剪强度指标c、φ,压缩模量 E密度 p,含水量w,孔隙比e,渗透系数k 等)、十字板剪切试验、动力触探、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验、波速试验、载荷试验等。试验孔布置应包括坑心、坑侧,坑侧一般应在距坑心(2.5~3)D内布3~4个点,以测定加固范围,确定合理的夯点间距。对强夯置换法除和强夯法一样的方法以外,还应用超重型或重型动力触探等方法,检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。

5.根据夯前、夯后的测试资料,经对比分析,若试夯效果符合要求,则可确定强夯施工参数,否则应修改试验方案,进行补夯或调整夯击参数后重新试验。

6.根据试夯结果及试夯中出现的问题,在初步施工方案的基础上,编制正式施工方案,并以此指导施工。

3.5.3 强夯的施工要点

为使强夯加固地基达到预想的加固效果,正确适宜地组织施工,加强施工管理非常重要。同时,强夯施工应按正式的施工方案及试夯确定的技术参数进行。

下面就强夯的施工要点做简要说明。一、施工步骤1.强夯法的施工步骤

(1)在已平整好的场地上标出第一遍夯点位置并测量场地高程。

(2)起重机就位,使夯锤对中夯点位置。

(3)测量夯前锤顶高程。

(4)将夯锤起吊到预定的高度,待夯锤脱钩自由下落后。放下吊钩。测量锤顶高程。若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时,应及时将坑底整平。

(5)重复步骤 4;按设计和试夯的夯击次数及控制标准完成1个点的夯击。

(6)重复步骤2~5,完成第一遍全部夯点的夯击。

(7)换夯点。用推土机将夯坑填平,并测量场地高程,停歇规定的间歇时间.待土中超静孔隙水压力消散。

(8)按上述步骤逐遍完成全部夯击遍数,再用低能量"满夯",将场地表层松土夯实并测量夯后场地高程。

2.强夯置换法的施工步骤

(1)清理并平整施工场地,当表层土松软时可铺设一层厚度为1.0~2.0m 的砂石施工找平层。

(2)标出夯点位置,并测量场地高程。

(3)起重机就位,夯锤置于夯点位置。

(4)测量夯前锤顶高程。

(5)夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯,向坑内填料直至与坑顶平。记录填料数量。如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时,可随时清理并在夯点周围铺垫碎石,继续施工。

(6)按由内而外,隔行跳打原则完成全部夯点施工。

(7)推平场地,用低能量满夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。

(8)铺设垫层,并分层碾压密实。二、强夯过程的记录及数据整理

1.每个夯点的每击夯沉量、夯坑深度、开口大小、夯坑体积、填料量都须记录。

2.场地隆起和下沉记录,特别是邻近有建构筑物时。

3.每遍夯击后场地的夯沉量、填料量记录。

4.附近建筑物的变形监测。

5.孔隙水压力增长、消散监测,每遍或每批夯点的加固效果检测;为避免时效影响,最有效的是检验干密度,其次为静力触探,以及时了解加固深度。

6.满夯前应根据设计基底标高,考虑夯沉预留量并整平场地,使满夯后接近设计标高。7.记录最后2击的贯入度,看是否满足设计或试夯要求值。三、强夯的施工监测

强夯施工过程中应有专人负责下列监测工作;

1.开夯前应检查夯锤质量和落距,以确保单击夯击能量符合设计要求。因为夯锤使用过久,往往因底面磨损而使质量减小,落距也得不到保证,必将影响单击夯击能。

2.在每一遍夯击前,应对夯点放线进行复核,夯完后检查夯坑位置,发现偏差或漏夯应及时纠正。

3.按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。4.对强夯置换法应检查置换深度。

四、强夯施工的注意事项

1.施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工而造成破坏。

2.当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有膏影响时,应设置监测点,并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。

3.强夯的施工顺序是先深后浅,即先加固深层土,再加固中层土,最后加固浅层土。由于夯坑底面以上的填土(经推土机推平夯坑)比较疏松,加上强夯产生的强大振动,亦会使周围已夯实的表层土有一定的振松,如前所述,一定要在最后一遍点夯完成之后.再以低能量满夯一遍。但在夯后工程质量检验时,有时会发现厚度 1m左右的表层土,其密实程度要比下层土差,说明满夯没有达到预期的效果,这是因为目前大部分工程的低能满夯,是采用和强夯施工同一夯锤低落距夯击,由于夯锤较重,而表层土因无上覆压力和侧向约束小,所以夯击时土体侧向变形大。对于粗颗粒的碎石、砂砾石等松散料来说,侧向变形就更大,更不易夯密。由于表层土是基础的主要持力层,如处理不好,将会增加建筑物的沉降和不均匀沉降。因此,必须高度重视表层土的夯实问题。有条件时满夯宜采用小夯锤夯击,并适当增加满夯的夯击次数,以提高表层土的夯实效果。

4.在饱和软粘土场地上施工,或地下水位较高时,宜采用人工降水或在地表铺一定厚度的砂砾石、碎石、矿渣等粗颗粒垫层是非常必要的。采用人工降水应使地下水位低于坑底面以下 2m,坑内或场地积水应及时排除。若铺松散材料应根据需要设置,垫层料的粒径不应大于10cm,也不宜用粉细砂。在液化砂基中强夯,为防止夯坑涌砂流土,宜用碎石、卵石、矿渣等,而不宜用砂。这样做的目的是在地表形成硬层,以支承起重设备,确保机械设备通行和施工,这样还可加大地下水和地表面的距离,防止夯击时夯坑积水。

5.注意吊车、夯锤附近人员的安全。吊车要按其性能要求工作,不得超负荷工作,一段时间后应进行保养,驾驶室的挡风玻璃及回转大齿轮前应增设防护网(罩),施工中应经常对夯锤、脱钩装置、吊车臂杆及索具进行检查,以便及时发现问题。现场操作人员,必须戴安全帽,夯锤起吊后,操作人员应迅速撒至安全距离以外(一般为10m).以防夯击时飞石伤人。非强夯施工人员,不得进入夯点30rn范围内。六级以上大风、雪天或视线不清时,不准进行强夯施工。