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岩土研究院

强夯法的施工工艺与质量

314 2022-05-24 09:05:05

检测

施工工艺与施工要点

近年来,国际上开始采用信息化施工(Obser-vation control)。这种施工方法是在现场施工过程中进行一系列测试,将实测结果,利用电子计算机进行信息处理,对地基改良效果作出定量评价,然后反馈回来修正原设计。再按新方案进行强夯施工。如此反复进行,直至达到预定目标。从而可弥补由于设计阶段情况欠明,或设计人员将地基理想化简单化后所带来与实际情况不符的缺点,保证整个场地均匀性。例如.施工场地地基不均匀,但事前并未查明,以致按同一方案进行夯击,经现场实测,电子计算机进行信息处理。立即显示某部位的地基改良效果不理想.这样当即可采取补夯措施,从而保证场地均匀性。信息化施工使工程的安全性、经济性及高效率融为一体,也被称为 RCC(Realtime Construction Control)。目前信息化施工尚不够完善,为了更迅速地并尽可能多的得到地基改良效果的信息,正在改进检测手段及信息处理装置。强夯法施工程序框图如图12-12所示。


1.机具与设备


强夯法的主要设备包括∶夯锤、起重机设备,脱钩装置等。


(1)锤的选择

从国内外现有资料看,各国开始采用强夯法加固软土地基时,一般都把锤做成方形.但由干方形锤受到工艺上的限制,使两次夯击时着地不完全重合,造成棱角落地能量损失或锤着地不平影响加固效果的缺点。所以后来就做成圆形锤,或其他形状的锤。目前据不完全统计,有几十种锤形;方形、圆形、鸭蛋形和船形等、其中有透孔式和封闭式,装配式和整体式锤;从材料分类看,有混凝土(或钢筋混凝土)锤,也有用钢或链铁做成的锤。如表12 -1 所示为上海地区主要锤形。


选锤的原则有以下几点∶


①锤稳性好重心低.国外为使锤着地稳性好,有的将锤做成倒圆锥体,上海多做成圆台形锤。


②产生负压、吸力和气垫作用最小,这样可以减少起吊力和夯击能量损失。一般锤底设有孔洞或带齿脚,可以克服提升时土和锤之间的吸力,并能排出夯击时锤底与土之间空气,保证有效夯击能量。根据资料介绍和工程实践积累的经验,认为在饱和软粘土中吸力是相当大的,某工程测得最大吸力为0.5倍锤重,因此加大了吊机的负荷。国外一般把吊机力增大到3~5 倍锤重来克服上述缺点。


③大锤着地面积,尽量加大锤着地面积,可以提高加固深度。


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⑤制作装配式锤。随着夯锤的不断加大,为了运输方便或对不同土质采用不同锤重,有的施工单位做成大吨位的装配式组合锤,这样可以一锤多用,减少投资。


⑥根据吊车大小选锤。锤的选择还要视吊车大小而定。国外认为起吊力为3~5倍锤重。吊绳可跟锤上下起落。上海采用自动脱钩.起吊力大于1.5倍锤重也可施工,建议吊机加大比较安全。


(2)起重设备选择

从现有的资料看,要使土体加固深度加大。必须有足够大的能量,目前国内外发展趋势也是在增大强夯设备,国外开始采用强夯法加固软基时.仅用5~10t锤.后来用I0~20t锤。近几年来用到 20~40t锤.梅那德技术公司在尼斯(Nice)机场地基加固中采用了世界上最大的夯锤(200 t)。随着夯锤的不断加大,必须有相应的大设备跟上起吊,才能得到较大的夯击能量。


国内从1979年开始强夯,设备也在逐步加大,最初用10L锤150 kN吊机,后来用12t锤280kN 吊机。近几年用15~20t 锤.500kN 以上吊机,锤和吊机不断地迅速加大.同时落距也在相应地增加,如开始用10~13 m,目前已用到18~20 m。儿年来锤重和吊机能力增加一倍左右,落距增加 0.5倍左右。这可能是加大落距比增加锤重更为困难些。


①起重吊机类型。起重吊机类型是多样的。一般选用履带式吊机,其稳定性好,行走方便,施工速度快,上海地区施工中常用的吊机如表12-2。有的工程加固深度较大,或为了增加稳定性,可以采用三角架式或门式起重机进行起吊,但这种设备有移动慢,要求配备较多辅助机械,以致造价高等缺点,所以一般工程不采用。另外还有一些特殊工程,如尼斯机场软基加固,采用200t锤,造了一座特级吊机——Giga 吊,它有72个轮子,吊高25m,加固深度达40 m,是目前世界上最大的强夯设备。


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③根据国内外资料,采用自动脱钩时,起重力为(1.5~3)Q,起重制丝绳跟锤上下起落时,要求起重力为(3~5)Q。


④吊机起吊速度为1次/(0.5~2 min),这样才能保证施工进度。⑤起重机接地压力,要求小于表土的承载力(安全系数为1)。


(3)最佳落距的选择。最佳落距的选择,从梅那德技术公司的经验看,加大落距间样可以获得较高的夯击能量,并且落距加大后可以利用提高重锤着地速度,得到更好的加固效果。但经验证明。落距加大,吊机的稳定性就差,很难满足要求;如果用小落距,加大锤重容易办到。所以获得相同的夯击能量,加大锤重比加大落距好些。


3.脱钩装置


当锤重超出吊机卷扬机的能力时,就不能使用单缆锤施工工艺。此时只有利用滑轮组并借助脱钩装置来起落夯锤。


图12-13为天津新港使用过的脱钩装置,操作时将夯锤挂在脱钩装置上,当起重机将夯锤吊到既定的高度时,利用吊机上副卷扬机的钢丝吊起锁卡焊合件,使锤自由下落进行夯击。这一方法已在全国范围内推广,取得良好的效果。


由于其它原因,当吊机上的副卷扬机不能使用时,曾改用定高度索的办法来完成脱钩强夯作用,其原理如图12-14 所示。这种办法在数十项工程中使用效果良好。


2.施工要点

(1)平整场地

预先估计强夯后可能产生的平均地面变形,并以此确定地面高程,然后用推土机平整。


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(2)铺垫层

遇地表层为细粒土,且地下水位高的情况,有时需在表层铺0.5~2m左右厚的砂、砂砾或碎石。这样做的目的是在地表形成硬层、可以用以支承起重设备,确保机械能通行、施工,又可加大地下水和表层面的距离,防止夯击效率降低。


(3)夯点放线定位

宜用石灰或打小木桩的办法进行。其偏差不得大于5cm。


(4)强夯施工

当第一遍夯完后,用新土或坑壁的土将夯坑填平,再进行下一遍夯击,直到将计划的夯击遍数夯完为止。最后一遍为满夯(也称作"搭夯"),其落距约为3~5 m。


(5)现场记录

强夯施工时就对每一夯实点的夯击能量、夯击次数和每次夯沉量等做好详细的现场记录。


(6)安全措施

为防止飞石伤人,现场工作人员应戴安全帽,另外在夯击时所有人员应退到安全线以外。


质量检测

1. 室内实验

主要通过夯击前后土的物理力学性质指标的变化来判断其加固效果,这些项目包括∶抗剪强度指标(C.q),压缩模量(或压缩系数),孔隙比,单位容重,含水量等,其实验方法已在土力学中介绍,本文不再叙述。


2.典型试验中的测试工作

现场的测试工作为强夯施工的一个重要组成部分。为此,在大面积施工之前应选择面积不小于400m²的场地进行典型试验,以便取得数据进行设计。


(1)孔隙水压力的观测

为了测定强夯时孔隙水压力场的分布,需要距夯击点等距离不同深度以及等深度不同距离埋设一系列的孔隙水压力测头,来测定孔隙水压力沿深度的分布规律,不同距离的分布规律,以便确定最大夯击能,两个夯击点之间的间距以及前后两夯遍数之间的间隙时间。


(2)夯坑体积与四周隆起量的量测


图12-15为新港软土夯坑四周隆起的实测资料。


图12-16为整个试验场区的平均地面沉降与四周隆起的实测资料,从而可以求得单位面积夯击能与平均地面沉降量的关系曲线,如图12-17所示。


图12-18为夯击次数(夯击能)与夯坑体积和隆起体积关系曲线。图中的阴影部分为有效压实体积。这部分的面积越大则说明夯实效果越好。上述两项为必须的观测项目,有条件时可辅以下列各项的观测,以便积累资料进一步研究强夯机理。


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