強夯替代重錘夯實法在地基加固中的應用

摘要：結合蘭武二線工程實例，在地基加固處理中同時運用強夯法和重錘夯實法的過程中，針對重錘夯實地段較少的情況，為減少重錘夯實設備的進出場費用，經過理論計算和現場試驗，提出運用強夯法來替代重錘夯實法進行施工的可行性和實際應用，并提出施工中注意事項。

關鍵詞：強夯 替代 重錘夯實 施工技術

1 工程概況

新建蘭州～武威鐵路二線DK239+000～DK239＋300段，長300m，地處洪積平原，路段主要采用填方形式，最高填方約3m，地勢平坦，為耕地。路線所經地段大部分為第四系沖積砂質黃土（Q3pl3），主要參數為：厚度大于15m，顏色灰黃色，土質均勻，局部夾粘質黃土層，硬塑性，II級土，σ0=110KPa，具II級自重濕陷性，濕陷土層厚1.0～2.0m。路段地下水埋深大于20m，地震動峰值加速度為0.4g，最大凍結深度1.38m，設計時速160Km。由于砂質黃土承載力較低，具II級自重濕陷性，須對地基進行加固處理。考慮到工點濕陷土層厚較薄，地下水位低，且附近沒有建筑，不需考慮振動影響，所以基底處理用較為能量相對較少且經濟合理的重錘夯實法來消除黃土濕陷性并提高地基承載力。

2 替代方案的比選

2.1 加固原理

2.1.1 重錘夯實法是用起重機將夯錘提高到一定高度，然后自由下落，利用沖擊能重復夯擊地基，使地表面形成一層比較密實的硬殼層，從而提高地基表土層的強度。對濕陷性黃土，可減小表層土的濕陷性。

2.1.2 強夯法施工是使用起重設備，將大重量（80～300kN）和一定外形結構規格的夯錘起吊至某一高度（一般為6～30m）后，自由下落，給地基土以強大的沖擊能量的夯擊，使地基土產生強烈的振動和很高的動應力，從而在一定范圍內使土體的強度提高，壓縮性降低。從以上原理分析，兩種方法都是利用重物的自由落體所產生的沖擊能量來加固地基，只是針對不同地基濕陷性黃土的覆蓋和處理厚度而能量大小不同，具有一定的通用性。

2.2 機具設備

2.2.1 重錘夯實的主要機具是起重機和重錘。重錘為截頭圓錐體，夯錘的自重不小于25KN，錘底直徑約為0.7m～1.5m。夯錘材料，特別是大噸位的夯錘，多數采用以鋼板為外殼和內灌C20以上混凝土的錘。錘底面靜壓力可控制在15~20Kpa，錐底直徑D一般為1.5m。起重設備宜用帶有摩擦式卷揚機的起重機。

2.2.2 起重設備：采用50t履帶式起重機，有效提升高度大于10m，并設置脫鉤裝置。從以上機具設備的比較，基本原理相同，即采用提升設備將垂體自由落下，只是兩者錘頭大小重量不等，所產生的能量不同，具有一定的可替代性。

2.3 工藝參數因強夯法與重錘夯實法在錘重、落距、錘徑及加固深度上有所不同。經綜合比選確定如下：

2.3.1 重錘夯實法根據規范及經驗數據，其加固深度一般為1.5m，錘重2.5T，直徑1.5m，夯打遍數6~10遍，落距3.5m，故每平方米上能量為：（2.5t*10kN*3.5m/3.14*0.752）*8遍=396KN/m2；而強夯法施工，錘重10T，直徑2.5m，落距10m，根據能量等換原理，確定其初步理論夯打遍數為：396/（10T*10kN*10m/3.14*1.252）=2遍。

2.3.2 根據規范及設計單位要求重錘夯實法檢測標準為：最后沉落量不超過10mm；故須通過試驗才能確定最終遍數，先試夯2遍后，再進行檢驗夯擊一遍，其下沉量同樣不得超過10mm；為等同于重錘夯實效果，采用強夯機械時其提升高度為：（2.5*10kN*3.5m）（3.14*0.752）=（10*10kN*X）/（3.14*1.252），X=2.43m。如檢測后沉落量不合格，再進行試夯3遍，然后再測量檢查，直到合格為止。

3 強夯替代重錘夯實的施工工藝

3.1 試夯根據以上工藝替代參數的計算，先按一夯挨一夯順序進行。夯位要準，落錘要平穩，每遍的夯跡不相重疊，前后兩遍的夯跡應互相錯開一半。第一遍夯擊次數2次，有效落距采用2.5m，由于該地基主要為砂質，地下水位低，兩遍航跡之間的間隔時間可為2個小時。通過記錄的夯擊次數，夯沉量，可以得到試兩者之間的關系：第二次夯擊后地基總夯沉量為22cm，周邊隆起量為13mm，檢測夯擊與前2擊后下沉量12mm；夯3擊后總夯沉量28cm，周邊隆起量19mm，檢測夯擊與前3擊后下沉量8mm。為確保工程質量，施工中按3擊控制。

3.2 施工步驟

①地質調查，平整場地。通過地質調查，確保強夯場地范圍內地下無構筑物；平整場地，清理范圍為路基坡腳外2～3m；整平后，測量放線，定出控制軸線、重錘夯實場地邊線，標出夯點的位置，并在不受重錘夯影響地點，設置若干個水準基點。②將夯錘起吊到替代計算2.5m高度，待夯錘脫鉤后，測量錘頂高程。若因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時整平坑底。③完成夯點的夯擊，每夯點夯3擊。④重復上述步驟。⑤換夯點，復上述步驟②至④，直到完成全部夯點的夯擊。將夯坑用推土機填平并用壓路機將浮土壓實。⑥夯擊后可取土樣進行土工實驗，確定是否符合設計規定壓實度和加固深度要求。經過重錘夯實的地基承載力也可通過靜荷載實驗確定，一般可達100~150Kn/m2。

3.3 施工注意事項：強夯替代重錘夯實施工不僅要嚴格遵照施工步驟進行，還應該派專人負責施工過程中的監測工作：

3.3.1 夯實過程中，應使地基土的含水量接近最優含水量，才能得到最好的夯實效果。故夯實前應檢查地基土的含水量，并根據試夯結果決定是否需要加水。當地基土的含水量低于最優含水量2%時，應灑水浸濕一晝夜后再行夯擊；若土的表面含水量過大，夯擊成軟朔狀態時，可采用涼干、鋪設吸水材料（干土、碎磚、生石灰等）、換土等措施進行處理。此外，施工宜盡量避免在雨季進行，冬季施工時，必須保證地基在不受凍的狀態下進行夯擊。

3.3.2 檢查夯錘重量和落距。因為夯錘由于使用時間過久，容易造成底面磨損而使重量減輕，另外落距為嚴格要求，這些都將影響單擊夯擊能。

3.3.3 夯點放線錯誤。在每遍夯擊前，都應檢查夯點放線，夯完后立即檢查夯坑位置，若發現偏差或漏夯應及時糾正。

3.3.4 施工過程中，應該嚴格記錄每個夯點的夯擊次數和每擊的夯沉量，因為這些參數在施工結束后往往很難進行檢查。

4 結束語

目前，強夯法和重錘夯實法已成為我國最常用的地基處理法之一，主要在于這兩種地基處理方法不消耗材料，使用勞動力也較少，相對于其他處理方法更為經濟、有效。鑒于強夯法施工和重錘夯實法施工加固原理和機具設備的情況，在能量等同原理下采用強夯設備來進行重錘夯實施工，不僅節約了二次設備進出場費用，而且實現了同一設備的連續作業，不僅加快了施工作業進度，而且提高了經濟效益，目前在實際施工中得到了廣泛的使用。

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