组合锤强夯处理的应用

组合锤强夯处理的应用

陈足远

通号建设集团有限公司第二分公司 湖南长沙 410205

摘　要：组合锤强夯法是一项应用广泛，同类比造价较低，施工时间较短，夯实完成后能有效减少土体不均匀沉降，提高地基承载力的施工方法。虽有以上优点却也存在各种限制：如受土体含水率、地下管线、电线高度等不利因素的影响。本文结合安顺市某工地的组合锤强夯地基处理的实例，通过介绍处理过程及处理完毕后的地基承载效果，浅谈组合锤强夯在地基处理中的应用及前景，为今后类似工程实践提供参考价值。

关键词：组合锤　地基处理　应用

一、前言

目前，组合锤强夯技术主要应用于改善软弱地层土体，通过将不同大小及重量的实心锤体从高空自由落下，利用锤体自身的重力势能对土体产生冲击力和振动能量以提高地基承载力并改进地基土性质，经处理后地基承载力可提高至1.5～3倍。目前主要的施工方法可分为强夯挤密法与强夯置换法，挤密法按柱锤夯击-回填夯坑-中锤夯击-回填夯坑-扁锤夯击的顺序进行施工，在回填夯坑时均使用原状土回填，以此得到两个叠加的倒“凸”字型的加固土体。若原状土层不能满足回填要求时，可采用置换法，将夯坑回填材料从原状土置换为建筑废骨料、工业废渣骨料、砂土、砾石、碎石、混凝土和水泥土等，以此得到加固的主墩体，直接增大了土体的整体受力能力。组合锤强夯技术既可以代替大范围内的挖除换填，也可以用于替代土体分层回填时的多道压实工作，经济实用且施工效率高。

二、前期准备工作

由于本工程实例为拟建四栋单层的钢结构厂房用作仓库。现有土质以杂填土、耕表土、红粘土为表层土，下伏基岩为强风化及中风化白云岩，且现有施工区域地下水位埋藏较深，对工程影响较小，无不良地质或溶洞，无地下管线，部分地区需要高填土，部分地段存在淤泥质土，整体地基承载力较差，土体含水率较为适合。在对以上情况进行综合考虑后，决定采用组合锤强夯法进行地基处理。

在确定采用组合锤强夯的施工工艺后，需做好前期准备工作：合理安排施工时间，尽量避开雨季，同时给予部分含水率较大的土体晾晒时间；对于含水量较大的淤泥质土，在强夯施工前先行采取挖除换填的方式进行处理。若大面积土体含水量较大或地下水充沛考虑采用轻型井点法配合施工；若大面积土体含水量较小或地表较为干燥时采用表面洒水、钻孔注水的方式加土体的含水率；待土体含水率接近强夯最佳含水率时，对强夯区进行原地貌测量并做好场内的土方调配工作，同时对强夯区域进行平整，场地平整标高控制在基础底标高以上0.5m左右（规范要求夯击完成后标高不少于0.3m），既方便后期刨除强夯主墩体上方的松散土体，又预留了夯沉量需要的土体；规划、修建好临时施工道路，满足强夯设备的进出场和回填料运输的需要。

本工程实例中，由于部分地段需高填土施工，要做好预处理工作，将原状土分层填入分层压实，使得每层土体的承载力特征值达到60Kpa及以上，在高填土之后，易因填土高差而产生土质边坡，为使得强夯施工时不影响边坡稳定性，需要对边坡坡度及基础底面外边缘线至坡顶的水平距离做好验算工作：本工程实例中主要的土体类别为三类红黏土，根据《建筑工程施工手册》可查得，坑上有机械运作时，放坡系数不得大于1:0.67；由于本工程实例中的仓库基础为1.8m的正方形独立基础，查《建筑地基基础设计规范》可知：“当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合该式a≥2.5b-d/tanβ要求，且不得小于2.5m”。式中符号代表如下:

1. 基础底面外边缘线至坡顶的水平距离（m)；

2. 垂直于坡顶边缘线的基础底面边长(m);

3. 基础埋置深度（m);

β-边坡坡角(°)。

根据既有数据代入可得，基础底面外边缘线至坡顶的水平距离a≥2.5*1.8-2.2/1.49=3.02m，考虑后期的满夯施工的范围影响，本工程实例中将距离设为4m。除以上验算外，现场还做了一系列措施如：将边坡处理为台阶型，在边坡上做好排水系统等，留下多重保障，防止边坡失稳。

本工程确定的强夯处理范围为20000㎡，施工工期为二个月，根据施工经验，在充分考虑强夯间歇时间的情况下，每台强夯机械一天的处理范围约为600㎡，根据工期要求可采用单台机器施工，在进行地基处理时，提前准备强夯设备，如夯锤、履带式起重机、测量设备及推土铲车等；同时为保证强夯效果，需对进场设备进行要求，如所有夯锤均需采用圆形锤；履带式起重机进场时需附带三角形支架等，后期可以通过试夯确定实际施工时是否需要在臂杆端部设置三角架以提高起重能力和稳定性。

三、施工工艺流程

1.确定夯点布置：在完成设备和材料进场后，需先行确定夯点布置，由于本实例中拟建工程的基础类别为独立基础，故将柱锤点中心布置在独立柱基础中心，呈同心布置，再将中锤布置在柱锤中心及四周，呈梅花型布置，并将之编号,具体如下图：

图1: 柱、中锤夯点细部布置图

最后的扁锤布置需布满场内，为保证基础地基成块固结，夯点布置需向外扩张，外扩范围宜超出基础外缘设计深度的1/2～2/3，且不少于3m，本工程满夯范围按每边超出基础外缘3m进行处理，同时满夯点布置应满足搭接要求，搭接范围为扁锤直径的1/3，总体强夯夯点布置如下图所示：

图2: 夯点总体布置图

2.测量放线：在确定好夯点布置后，需将设计夯点位置测设到平整后的场地上，采用木桩定位，放线的允许偏差定为±100mm。测量放样应按以下顺序进行：试夯区域夯点测设→柱锤夯点测设→中锤第一次夯点测设→中锤第二次夯点测设→满夯第一次夯点测设→满夯第二次夯点测设，高程及夯沉观测需跟随施工进行。

3.试夯施工：在组合锤强夯大规模施工之前需要通过选取试夯区试夯来检测效果，测试各类参数等。为测试最不利因素下，试夯过后的地基承载力能否达到设计要求，本工程将试夯区域确定在高填土地区；需要通过试夯得出如各锤体大小、质量、起落高度、夯击次数、夯击遍数、间隔时间及土体有效加固深度等参数。并对强夯基坑的周边地面隆起值进行跟踪测量，以此确定是否需要采用强夯置换法。

根据工程实例中155Kpa的设计地基承载力要求及现场地质情况，决定在试夯区先采用组合锤强夯挤密法施工，在对高填土地区进行放线试夯后，对试夯区地基承载力进行检测，经检测合格后，得出以下强夯参数：柱锤直径1200mm，锤重15t，起落高度为9.1m，单击夯击能为1365KJ，动压当量为1207KJ/㎡，根据经验公式土体加固深度约为11～12m；中锤直径为2200mm，锤重20t，起落高度为6m，单击夯击能为1200KJ；扁锤直径为2500mm，锤重13t，起落高度为7.7m，单击夯击能为1000KJ。在柱锤的试夯过程中，需要在试夯区总体夯击1遍，并将最后两击的平均夯沉量200±40mm定为停锤标准，经过现场实践及跟踪测量，得出柱锤的单点夯击数约为8～15击，在回填完成后，对中心及四周进行后续中锤施工，在场内总体夯击2遍，将最后两击的平均夯沉量100±20mm定为停锤标准，经过现场实践及跟踪测量，得出第一遍的中锤夯击数约为6～9击，第二遍的中锤夯击数为1～3击，再次回填后进行扁锤施工，在场内夯印搭接总体夯击2遍，将最后两击的平均夯沉量100±20mm定为停锤标准，经过现场实践及跟踪测量，得出扁锤夯击数为2～3击，移锤距离约为1.47m，满夯施工前填料应填平夯坑，即为高于设计基底0.5m。经由以上配置，无需三角架，且仅采用强夯挤密的方式，施工完毕后也能测得试夯区域的地基承载力及标高符合要求。

4.正式大范围投入施工：先根据天气预报做好规划，将现有施工场地划分为若干块，按下列流程进行施工。

（1）放完设计柱锤点位及测量好原地貌高程后，将试夯确定的柱锤安装在履带式起重机上，将起重机开到柱锤点位附近进行瞄准，将柱锤起吊到预定的高度，开启脱钩装置，待柱锤脱钩自由下落即为完成一次夯击，在每一次夯击之后，都要测量基坑并回填原状土，再进行下一次夯击，直至达到停锤标准后记录好标高数据。夯击时先正向夯击所有柱锤点；

（2）开始整体填料，放完中锤设计点位并将柱锤更换为中锤后，重复上述夯击操作，施工方向为逆向夯击回到起点，由于中锤需夯击二次，应在第一次夯击完成后等待一定的间隙时间（间歇时间一般取决于超静孔隙水压力的消散时）开始二次填土放点工作，重复夯击操作，正向收尾。可通过第二遍的中锤强夯高程数据来控制中锤完成面标高（尽量接近设计基础底面标高）；

（3）以单栋仓库为分项，用推土机将整片区域内的夯坑推填平整，测量场地的高程是否满足预留值要求并对各个转角点放线，将中锤更换为扁锤，按试夯得出的移锤距离开始满夯，满夯时需注意夯印搭接。扁锤施工方向与工艺流程均与中锤相似。满夯完成后对场内标高进行测量，按规范要求，满夯完毕的场地标高需高于设计基底标高0.3m及以上；

（4）采用组合锤法进行地基处理时,由于表层地基土容易受到横向波的振动作用，导致在墩体夯实过程中周遭地表土会有一定的隆起，且夯锤起锤时会使得表面土体松动，故在满夯完成后需要对基底标高以上0.3mcm松散土进行清除；

（5）以单栋仓库为分项，待松散土清除完成后，可以对已夯击场地进行沉降观测，若在14天内的平均沉降速率低于0.04mm/d，即可开始检测，若大于该沉降值，需进行补充处理。待检测合格后，为不影响后续基础施工，可开挖减震沟，将强夯区和基础施工区隔开，实现流水作业；

（6）待强夯施工完成后将有关资料和记录收集归档保存。

四、施工技术要点

1.柱锤落锤应保持平稳，夯击后若发现因坑底倾斜而使夯锤歪斜时，应立即停夯并向夯坑内回填填料使坑底平整，夯击时坑内积水应及时排除。

2.中锤夯击过程中，当发现上一击与本击之间出现基坑高程突变情况或周边隆起过大时，需暂停施工并分析原因进行相应处理。若仅为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骨料土，继续施工。

3.夯锤中设4个直径250mm上下贯通的排气孔，减小锤底与土面间形成真空产生的强吸附力和夯锤下落时的空气阻力。

4,脱钩及定位装置需检查完好，如吊环、耳板、销环、吊钩等是否有损坏，强夯时需通过动滑轮组及脱钩装置的运作来起落夯锤：将起落高度换算成拉绳长度后，将拉绳一端固定在销柄上，另一端穿过转向滑轮，固定在悬臂杆底部横轴上，当拉绳子达到指定高度，且夯锤垂直无摆动时，随即拉开销柄，夯锤便自动脱钩下落，可控制得每次夯击落距一致。

5.停锤间隙期应根据不同夯点的具体情况分析，如砂砾质土停锤时间一般为0～0.5h，黏土停锤时间一般为1～7d。

6.若部分地段土质差需换填，则置换材料可以为块（片）石、卵石、碎石、矿渣，多余混凝土等。

7.应评估对邻近建筑物、重要设施、地下管线等的变形和稳定影响;并应在施工过程中，对邻近建筑物、重要设施、地下管线等进行变形监测。

五、检测方法及前景

1.检测方法：检验强夯效果的测试工作，宜在强夯之后2周后进行，而不宜在强夯结束后立即进行测试工作，否则测得的强度偏低。本工程实例中采用的主要检测内容分为静载荷试验和动力触探试验。

静载荷试验以逐渐施加轴向压力，观测检测土体随时间产生的变形及位移，用以测定地基土承载力，检测数量按照总墩点数1%且每单位工程不少于3个点进行检测，检测前需开挖试验基坑并进行平整，铺设不超过20cm垫砂找平并开始安装设备。本工程实例中采用静载板底面面积为2㎡，终载力为31t，经检测整体强夯加固效果满足设计要求，土体地基承载力大于设计值。

动力触探试验是以通过用质量一定的锤体，将标准规格的探头，打入土中固定尺寸（如10cm、30cm）所需的锤击数，可用于判断土体的力学特性，检测数量按相关验收技术规范执行，本实例中按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》选点：每单位工程不应少于 3点，1000㎡以上工程，每100㎡至少应有1点。检测合格后可进行下一步施工。

2.前景：强夯施工拥有将建筑废骨料及工业废渣二次利用的能力，无需钢筋、混凝土等建筑材料即可加固深层土，较为绿色环保。而目前出现的新型工艺DDC法（孔内深层强夯法）和SDDC法（孔内深层超强夯法），较现有的强夯处理技术更为强力，通过孔道将强夯引入到地基深处，用异型重锤对孔内填料施加高动能、超压强、强挤密的作用力，能使得处理完毕后的地基承载力提高2-9倍，施工完毕后的承载力可达到300Kpa，土体有效加固深度直达30m。该新型工艺（DDC法和SDDC法）可作为高层建筑及其他重要设施的地基处理方法。

六、总结

对于20000㎡的地基处理工作，在仅采用一台强夯机的情况下，在50余日完成地基强化处理及检测工作，未使用钢筋、混凝土等建筑材料，且可消化一定的建筑废骨料、工业废渣骨料等，对于分片区式房建工程可以实现交错施工，使其在经济、工期、环境保护及前景方面有着更广阔的发展空间。

参考文献：

1.《建筑地基处理技术规范 JGJ 79-2012》;

2.《组合锤法地基处理技术规程 JGJT 290-2012》;

3.《建筑地基工程施工质量验收标准 GB 50202-2018》;

4.《建筑地基基础设计规范 GB 50007-2011》;

5.《土工试验方法标准 GB/T 50123-2019》;

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