强夯置换施工工法改.docx

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强夯置换施工工法改

强夯置换施工工法

山西省机械施工公司

二00四年十二月

前言

1特点

2适用范围

3工艺原理

4工艺流程及操作要点

5材料

6施工机具

7劳动力组织

8安全措施

9质量控制要求

10效益分析

11工程实例

强夯置换施工工法

前言

强夯置换法是在强夯法处理地基基础上发展而来的一种新型的地基处理方法。

它是采用在夯坑内回填块石、碎石、砂、建筑废料及其它高强度、透水性好的粗颗粒材料，利用强夯法的高能量冲击和挤压，将这些粗颗粒料挤压入土中，形成整体层式置换或柱状墩式置换的地基，这种强夯法与置换法相结合的地基处理方法即是强夯置换法。

强夯置换法是强夯地基处理技术的新发展，此方法的产生扩展了强夯技术的应用领域。

强夯置换施工工法关键技术经过2004年12月山西省建设厅组织的科技成果鉴定，达国内领先水平。

1特点

1.1强夯置换法适用范围广，可处理的地基土类型广泛。

1.2具有良好的加固效果。

强夯置换法集垫层作用、混合土作用、透水桩排水作用、挤密作用、振密作用等诸多作用于一身，最后可形成单桩承载地基或桩土复合地基，地基承载力和场地均匀性大大提高。

1.3桩体材料可选用级配良好的块石、碎石、矿渣和建筑废料等坚硬粗颗粒材料，形成的特大直径排水桩井，有利于桩间、桩下地基土的排水和加密。

1.4强夯置换对周围建（构）筑物的影响程度比普通强夯小，且施工文明。

2适用范围

强夯置换法除了适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基外，还适用于处理高饱和度的粉土和软塑～流塑的粘性土等地基对变形控制要求不严的工程。

目前已用于各类堆场、公路、机场、房屋建筑、港口建（构）筑物，效果良好。

3工艺原理

强夯置换法加固地基作用机理类似于强夯法，通过大量的工程实践和现场实测资料分析，对它的作用机理的认识正逐步明朗。

它是用几吨或几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实，这种强大的夯击能在地基中产生强烈的冲击波（其中体积波起主导作用，包括纵波和横波）和动应力。

从夯击点发出的纵波和横波向地基纵深方向传播，使地基土经历孔隙压缩、局部液化、可变渗透（动力排水）和时效触变恢复等几个阶段，使原地基土压缩，形成夯孔。

再在夯坑内回填块石、碎石、砂、建筑废料及其它高强度、透水性好的粗颗粒材料，利用强夯法的高能量冲击和振动，将这些粗颗粒料夯入夯坑内，形成整体层式置换或柱状桩（墩）式置换的复合地基。

大量的工程实践证明，强夯置换的加固原理相当于强夯（加密）、碎石墩、特大直径排水井三者之和，对地基土有较好的加固效果。

4工艺流程及操作要点

4.1工艺流程

4.2操作要点

4.2.1施工准备

（1）开工前应首先对现场进行踏看调查，清除各类地上、地下障碍物。

（2）熟悉图纸等技术文件，编制详细的施工方案，进行技术安全交底。

（3）施工前要求场地平整，符合施工要求。

（4）施工机械、现场人员及材料齐备，具备开工条件。

（5）在施工现场周围设置平面及高程控制桩，桩附近应设立明显的标志加以保护，并设专人对其定期进行复核检查。

（6）场地平整后，并在开工前，对场地标高进行复测。

（7）设置安全警戒线，防止闲杂人员进入施工现场。

4.2.2试夯

（1）在施工前，应先对设计提出的强夯参数或其它替代方案进行试夯。

根据设计单位初步确定的参数提出试验方案，在施工现场有代表的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。

试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。

（2）通过试夯，以验证本工艺加固处理的可行性，确定最佳夯击能、最佳夯击数、夯坑间距、间隔周期、地面变形量以及填料的最优级配要求和填料量等参数，用于指导大面积的施工。

（3）强夯置换夯点的夯击次数除应通过现场测试确定外，且应同时满足下列条件：

1）置换体应穿透软弱土层，到达较硬土层上，且达到设计墩长。

2）累计夯沉量为设计墩长的1.5~2.0倍。

3）填料后最后两击的平均夯沉量应符合规范及设计要求。

（4）由于强夯置换时有大量的填料填入地基中，施工场地不可避免要抬高，尤其是饱和粘性土地基。

试夯时，应认真对置换前后的场地标高进行观测，详细记录观测值，得出合理的抬高或沉降数据，以便控制夯后标高。

（5）经检测满足要求后方可大面积施工。

4.2.3测量及放线定位

（1）根据施工图纸和现场布设的坐标控制网，采用经纬仪或全站仪测放夯点位置，用明显的标志标出或用石灰点标出夯位中心点。

（2）在每一遍夯击前应对夯点放线进行复核，如施工中发现夯锤偏离夯坑中心，应立即调整对中；夯击后如发现坑底歪斜度较大，需及时用填料将坑底垫平后，方可继续夯击。

夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。

（3）夯机就位即夯锤就位时，夯锤中心和测放的夯点要重合，必要时以夯点为中心画石灰圈，提高夯锤就位准确度。

（4）在夯前及夯击过程中，用塔尺立于锤顶，由专门测量人员用水准仪测量锤顶标高，每夯一锤测量一次，前后两次的差值即为此次夯击的夯沉量，以最后两击夯沉量满足设计要求为停夯标准。

4.2.4夯击能（落距）控制

根据工程所需的夯击能和选定的锤重，即可确定相应的夯锤落距。

开工前，应检查夯锤的质量和落距。

施工过程中，落距应通过钢丝绳长度锁定控制，并在龙门架上做出落距标志。

在技术交底中，应由技术员按照能级要求，针对不同的夯锤，将每一夯锤的落距向班组长逐一交底，以确保夯击能符合设计要求。

施工过程中对夯锤落距的的偏差要求，一般控制在30cm以内。

4.2.5夯击及填料控制

（1）夯锤及起重机就位后，便开始起锤对该夯点进行连续夯击。

（2）强夯置换的深度由施工现场的土质条件决定，置换体应位于较硬的土层上。

在夯击过程中应根据设计及试夯参数由专人来控制夯击数及及停夯标准，并详细记录。

一般填料时夯坑深度不小于2m。

（3）当夯坑成形后，测量上坑口直径，计算夯坑体积，然后用装载机向坑内填料，直至与坑顶平，记录填料数量，并用推土机辅以整平后再落锤夯击。

如此重复直到满足规定的夯击次数及控制标准即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垫层，以利于继续施工。

垫层材料可与回填料相同，粒径不宜大于100mm。

（4）为提高置换成桩效果和施工效率，严格控制填料的频次和夯坑的深度，一般填料视地质情况控制在2~3次为宜。

如遇不良地质情况，可适当增加填料次数，但不宜超过5次。

4.2.6间距及布点形式

强夯置换布点形式应根据基础形状和宽度采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。

置换墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时，第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5~3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。

对独立基础或条形基础，可取夯锤直径的1.5~2.5倍。

满夯应采用轻锤或低落距锤按试夯结果进行夯击。

4.2.7场地整平

（1）每遍施工完成后，应用推土机对其场地进行整平。

（2）表面平整度应以不影响强夯机械行走和正常施工且高差不大于200mm为宜。

4.2.8满夯

（1）满夯是强夯置换的一个重要工序。

场地表层土是基础的主要持力层，如果处理不好，将会增加建筑物的沉降和不均匀沉降。

（2）当点夯完成后，用推土机将场地推平，采用轻锤或低落距锤进行满夯，以确保场地表层松土夯实。

（3）满夯能级及布点形式由试夯确定。

4.2.9变形及标高控制

（1）变形控制

在试验区试验之前，根据初步确定的各种参数，在每个试区均应做单点夯击试验和群点夯击试验，进行夯间地表变形观测。

单点夯击试验点，在夯点轴线上，两侧应对称埋设4个沉降标点，埋设点距夯点中心位置一般为2.25m、2.75m。

群点夯击点应在夯点轴线上两侧对称埋设6个沉降标点，埋设点距夯点中心位置一般为1.85m、2.25m、2.85m。

沉降观测标点为15×15cm、厚1cm的钢板制作，钢板中心两侧均焊15cm长Φ16钢筋，一侧为埋设锚固筋，一侧为沉降观测基准。

在试夯过程中，应测量每次夯击沉降标点的位移量，绘制夯击数-地表位移曲线。

通过地表夯沉量的监测和夯间地表变形观测，掌握地表的沉降、隆起程度及夯坑的填料，确定饱和夯击数和最佳夯击能。

（2）标高控制

开工后，首先对施工场地进行清理、整平。

在标出夯点位置后，用水准仪按10m×10m的方格网进行夯前标高测量。

待满夯结束后，仍按原来的方格网测量夯后标高，从而确保夯沉量、夯后标高的准确度。

（3）夯击时应观测对周围构筑物的影响，发现问题及时处理。

4.2.10施工顺序

夯点施打顺序应根据场地和地质条件合理安排，一般按由内向外，隔行跳打的原则进行施工。

但对于软弱土质或淤泥质土地基进行强夯置换处理时，可一遍逐点逐行完成。

4.2.11如果在施工中遇到地下水位较高，影响正常施工，应采取适当的降水措施。

5材料

回填材料选用级配良好的块石、碎石、砾石土、风化的山皮石、矿渣或建筑废料等坚硬的粗颗粒料，最大粒径不超过300mm为宜，且含量不宜超过全重的30%。

6施工机具

强夯施工机具主要由履带式或轮胎式起重机、门式支架、自动脱钩器和夯锤组成，辅助机械有装载机、自卸汽车、推土机等。

6.1夯锤

夯锤的选用是强夯置换的关键。

为提高强夯置换的处理深度和成坑速度，夯锤选用自制的异形倒锥台形夯锤（普通夯锤为圆柱形），夯锤底面积为1.3㎡左右，锤底静接地压力值不小于100kPa（具体形状见后附照片）。

为了提高夯击效果，一般沿锤体边均匀设置4个上下贯通的排气槽，孔径30-40cm为宜。

满夯选用锤重10t左右、锤底面积大于5m2的夯锤，以利于表面地基土的夯实。

6.2起重机

起重机起重能力应根据强夯置换的能级和锤重选用。

一般20t左右的锤，选用32t以上的履带式起重机为宜。

6.3门式支架

门式支架，高度除满足落距的要求外，还应考虑锤高、挂脱钩器高度等并留有一定的空间高度。

门式支架在施工之前，必须通过计算，使其支承能力满足起吊要求。

采用门式支架起吊夯锤的优点是：

增强起重机起吊的稳定性，保持杆顶位置不变，落锤时不会因突然产生的冲击引起拔杆的颤动和左右晃动，从而保证了夯锤落点重迭性好和施工安全。

根据多项工程检测，带门架主机的强夯效果明显优于不带门架的效果。

6.4自动脱钩器

自动脱钩器由脱钩装置与滑轮组二者合一，强度可靠、施工灵活。

当夯锤吊起到设计高度时，与脱钩器连接的控制钢丝绳拉紧时，便打开锁卡使夯锤从吊钩中滑出自由落向地面。

6.5填料设备采用装载机，功率以满足工程需要为宜，通常为ZL50型。

6.6辅助机械为推土机。

7劳动力组织

7.1每个施工班组配备：

吊车司机2人，起重人员3人，测量工1人，记录员1人，修理工2人。

7.2每班配备装载机司机1人，推土机司机1人。

7.3现场管理人员：

项目经理、技术负责人、工长、质量检查员各1人。

8安全措施

8.1遵守机械操作规程，定时保养维护，保证机械运转正常。

8.2进入施工现场须佩戴安全帽，登高作业佩带安全带、防滑鞋，非施工人员严禁进入施工现场。

8.3关键岗位持证上岗，例如施工工长、质量检查员、吊车司机、测量人员及起重人员等。

8.4经常检查起落、脱钩装置和钢丝绳使用情况。

8.5夯锤起吊时，必须先稳锤，夯锤起吊过程中，应密切注视臂杆、门架、鹅头的稳定情况。

8.6施工中要随时注意观察机械运行情况和周边环境情况。

8.7夯机移位时，应注意起重机及支架的平稳。

8.8夯锤提升后不得在门架下站立穿行。

8.9六级以上大风、大雾及雨雪天气情况下，严禁强夯作业。

9质量控制要求

9.1质量标准统一要求

（1）夯锤落距偏差：

±300mm；

（2）锤重偏差：

±100kg；

（3）夯击遍数和顺序：

符合设计要求；

（4）夯点间距偏差：

±500mm；

（5）夯击范围和前后两遍间歇时间：

符合设计和规范要求；

（6）地基强度和地基承载力应满足设计要求。

9.2其它技术质量措施

（1）回填材料的级配及质量应符合施工要求。

（2）夯完的夯坑及时推平，不得积水。

（3）施工过程中应密切注意异常情况，如地表隆起、偏差、起锤困难等。

（4）加强季节性施工措施，保证工程质量。

（5）夯后处理效果，需经第三方检测。

10效益分析

强夯置换总的特点是节约材料，缩短工期，造价低，对周围建（构）筑物影响程度小。

在相同的工程地质情况下，比碎石桩、预制桩及混凝土灌注桩节约投资20%~30%，且加固效果显著，适用范围广，设备简单，施工方便和节约劳力等优点，具有良好的社会效益和经济效益。

11工程实例

11.1实例一

大连大窑湾外拖箱场站地基强夯工程，总强夯面积7万余平米，采用强夯置换处理的面积近1万多平米，该区紧邻挡土墙，且场地中竖向排水井林立，对侧向变形要求高。

山西省机械施工公司采用1200KN.m强夯置换处理该区域，以3.5m×3.5m正方形布点，每点8～14击，分3～4次回填碎石土。

该工程于2001年10月开工，并于2002年7月底竣工。

该场地强夯置换处理后经大连理工大学检测，地基承载力≥250Kpa，达到了设计要求，对排水井侧向变形观测结果显示几乎没有位移。

被大连港口质量监督站评为优良工程，并受到监理及业主的好评。

11.2实例二

北京至珠海高速公路信九段软土地基处理工程，采用1500~2000KN.m填料强夯进行地基处理，夯锤重18T，锤底直径1.5m，夯孔间距为3.5m正三角形布置，分3~4次往夯坑内填料。

该工程于2001年6月开工，并于2001年8月竣工，经检测达到设计规范要求，质量优良。

11.3实例三

大连大窑湾11、12号泊位基础处理地基强夯工程，总施工面积近40万㎡，采用5000KN.m能级强夯、8000KN.m能级强夯和2000KN.m～4000KN.m能级强夯置换进行地基处理。

强夯置换区位于码头前沿，离开沉箱内壁40m范围内，面积约10万㎡，采用3m×3m正方形布点，能级从沉箱内壁向外，由2000KN.m能级逐渐增大到4000KN.m能级，20击/点，分两次填料，最后两击夯沉量不大于50mm。

最后一遍为1500KN.m能级满夯。

该区域经试夯检测后于2004年5月开始正式施工，现已交工，经大连理工大学振动与强度测试中心检测，地基承载力达550Kpa，远远大于180Kpa的设计要求。

附件：

1、竣工验收证明

2、地基处理检测报告

3、经济效益和社会效益证明

4、用户意见

5、工程照片

6、企业工法荣誉证书

7、科学技术成果鉴定书

竣工验收证明

地基处理检测报告

经济效益和社会效益证明

用户意见

工程照片

企业工法荣誉证书

科学技术成果鉴定书