CN102251514A - 多段式变截面强夯法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多段式变截面强夯法建筑地基处理方法，它是先对软弱地基场地进行清理并平整，再按施工工艺流程和技术规范对已布置的强夯夯点进行多段式不同横截面的强夯施工。在夯坑形成、夯体成形过程中，软弱地基土自下而上分别采用二个以上横截面依次增大的夯锤分段夯击土体形成夯坑或扩孔，再往夯坑内分次分层回填干土或骨料并夯击，逐段完成夯坑及回填料夯填，形成二段以上自下而上横截面依次增大的强夯夯体或置换墩体，最后进行强夯区满夯作业。本发明方法强夯加固后整体密实度、地基强度和承载力大大提高，且上下均匀。地基土受力稳定性、均匀性和整体刚度显著增加。施工质量更稳定，地基压缩模量高，沉降值和沉降差异值明显减小。

Description

多段式变截面强夯法

技术领域

本发明涉及建筑地基处理技术施工方法，其主要针对软弱地基强夯加固的多段式变截面强夯法施工。

背景技术

在建筑地基处理技术中，强夯法由于具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工期短、节约材料、施工费用低等优点迅速在全国推广应用。但在深厚填方区、软弱地基含水率大或地层水位高的地基加固，经强夯处理后，地基土持力层厚度薄、软弱地基土下部土体结构依然松散、地基强度和承载力低。当地基土受力后，容易出现下沉量大或夯点与夯间土下沉不均等情况，导致上部建（构）筑物因沉降量大或不均匀等原因影响建筑结构安全。而且现有强夯法采用的强夯机械起重性能和夯坑土体对夯锤的吸附等因素，在一定程度上限制了单击夯击能的无限增大，由此造成软弱地基土层中下部加固效果差、有效加固厚度浅，从而导致基底存在较厚的软弱下卧层。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于软弱地基强夯加固的多段式变截面强夯法，这种强夯法用低单击夯击能、普通强夯机械进行强夯施工，达到高夯击能的加固效果。并可大幅提升深层软弱地基的有效加固深度。经地基强夯处理后整体密实度、地基土强度和承载力大大提高，土体性能、地基土受力稳定性、均匀性显著增加，且沉降量和沉降差异值明显减小。尤其是夯坑内回填骨料能极大地增强夯体端阻力、侧摩阻力和抗鼓胀破坏、整体剪切破坏强度，在一定程度达到桩基效果。

本发明的所述的多段式变截面强夯法，包括清理并平整施工场地、测设强夯夯点、夯坑形成、夯体成形及满夯施工工序，其特征在于：在夯坑形成、夯体成形过程中，软弱地基土自下而上分别采用二个以上横截面依次增大的夯锤分段夯击土体形成夯坑或扩孔，再往夯坑内分次分层回填干土或骨料并夯击，逐段完成夯坑及回填料夯填，形成二段以上自下而上横截面依次增大的强夯夯体或置换墩体。

本发明所述的夯坑形成、夯体成形的施工步骤如下：

 a、第一段夯体成形：

强夯机械就位，Ⅰ型夯锤置于夯点位置，将Ⅰ型夯锤提升到设定高度，自动脱钩下落夯击土体，重复夯击并形成夯坑；在离设计夯坑深度≤50㎝时，往夯坑内回填干土或骨料继续夯击，直到夯坑底被夯击密实；

根据设计要求的强夯后地基承载力、深层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，将夯坑周边干土或骨料分次分层填入夯坑内，且每次回填料厚度控制在1.0～1.5m，再用Ⅰ型夯锤强夯密实该层回填料至收锤标准，重复分层填料和夯击，逐层提升该段夯体高度，直至达到该层土体的加固效果并控制该夯体顶面标高满足设计要求；

b、强夯扩孔及第二段夯体成形：

将Ⅱ型夯锤对准第一段夯体原夯坑中点并提升到设定高度，自动脱钩下落夯击原夯点，经多次夯击以达到第一段夯体上部夯坑横截面扩大；在离第一段夯体衔接面≤50㎝时，往扩大的夯坑内回填填料继续夯击，直至第一段夯体以上部分所扩孔的夯坑底与第一段夯体接合部被夯实，以及第一段夯体顶部嵌入新回填料；

根据设计要求的强夯后地基承载力、本层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，将夯坑周边干土或骨料分次分层填入扩孔的夯坑内，且每次回填料厚度控制在1.0m～1.5m，再用Ⅱ型夯锤强夯密实该层回填料到收锤标准，重复分层填料和夯击，逐层提升第二段夯体高度，直至达到该层土体的加固效果并控制该夯体顶面标高满足设计要求；

c、强夯扩孔及第n段夯体成形：

按步骤b采用第n型夯锤对前述n-1段夯体的基础上进行扩孔及第n段夯体成形，形成n段变截面强夯夯体或置换墩体，其中n为大于2的自然数，Ⅰ型、Ⅱ型…第n型夯锤的横截面积依次增大；

d、至此，单个夯点完成施工，按设计要求的施工顺序重复a～c施工步骤进行其他夯点强夯作业，完成全部强夯区的夯点施工。

e、满夯施工：强夯区域经多段式变截面强夯夯体或置换墩体整体施工完毕后，整个强夯区域采用第n型夯锤进行满夯施工作业，锤印搭接1/3。

本发明方法实施时，对于软弱地基土层厚度＜9m时，对地基土层下部采用一小横截面夯体施工，使软弱地基土层下部强夯密实，之后再采用另一大横截面夯体施工达到上部土层的加固效果，从而施工成上下两段呈倒凸字型变截面强夯夯体或置换墩体。

本发明方法实施时，对于层厚15～25 m的软弱地基土层，为使全层厚的软弱地基土层达到有效加固效果，经强夯施工作业，施工成4或5或6段变截面强夯夯体或置换墩体。

本发明所述Ⅰ型夯锤、Ⅱ型夯锤、Ⅲ型夯锤…第n型夯锤均为圆柱体，各夯锤尺寸关系如下：Ⅰ型夯锤：锤高与锤径的比值≥1，1.0m≤锤径≤1.5m，锤底静接地压力值为100～200kPa；Ⅱ型夯锤：锤高与锤径的比值≥1，1.5m＜锤径≤1.8m，锤底静接地压力值为80～150kPa；Ⅲ型锤高与锤径的比值＜1，1.8m＜锤径≤2.5m；第Ⅳ…第n型的夯锤的锤高与锤径的比值＜1，2.5m＜锤径≤5.0m。

本发明夯坑形成过程中出现缩颈或坍孔时，分次分层填入块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等骨料，边夯击边将填料挤压入坑壁和坑底，当离设计夯坑深度≤50㎝时，再夯入1.0m厚骨料挤密夯坑端土。

本发明具有如下优点：

1、更易保证软弱地基土层有效加固深度范围内的密实度和强度、均匀性一致。

2、易于解决强夯置换墩体着底和夯体的承载力与密实度随深度变化仍能保持均匀一致性和稳定性。

3、可用低单击夯击能对厚度≥20 m的软弱地基土层全厚度进行加固密实，拓宽了低夯击能强夯施工的适用条件和范围。

4、多段式变截面强夯夯体在基底受力范围内因其横截面上大下小，夯体着底稳，承载力和稳定性明显增强等特点，科学合理地解决了上部构造基底持力层厚度和基底应力扩散面等难点。

5、上大下小的变截面可增大夯体尤其置换墩体的端阻力、侧摩阻力和抗鼓胀破坏、整体剪切破坏强度，地基加固后承载力和地基土强度大大提高，沉降值和沉降差异值明显减小，墩体在一定程度上可达到桩基效应。

6、回填料分次分层进行夯填，大量填料与夯坑边土体嵌实、挤密并降低土层的含水量和改善土体性能，形成带有扩大头性质的坚硬桩墩式复合地基，显著降低其压缩性，压缩模量提高明显。

7、适用范围：适用于各类碎石土、砂土、粉土与粘性土、湿陷性黄土、素（杂）填土、淤泥或淤泥质土，以及埋藏较深的高压缩性原状土等软弱地基加固，且加固的土体颗粒无限制。

8、实施效果：本发明在实施过程中根据上部结构物和设计地基承载力、有效加固深度等技术参数，有选择地选用回填干土、灰土或建筑垃圾、矿渣、块石、碎石、砂土等骨料进行夯实加固，强夯夯体或置换墩体与夯间土具有良好的共同作用特性，及其加固深度、强挤密、夯后承载力、均匀性、广泛使用性、环保节能等效果是其他地基处理技术无法比拟的。

附图说明

图1为多段式变截面强夯法施工工艺流程图；

图2为Ⅰ型柱锤结构示意图；

图3为Ⅱ型柱锤结构示意图；

图4为Ⅲ型夯锤结构示意图；

图5为实施例1对应的三段式变截面强夯体示意图。

具体实施方式

   以下结合实施例和附图对本发明进行详细说明

实施例1： 

    本发明方法包括以下步骤：

（1）清理并平整施工场地

（2）小横截面第一段夯体的强夯施工

① 测设强夯夯点：根据设计要求在施工场地布置强夯夯点。

② 夯坑形成：强夯机械就位，Ⅰ型夯锤（锤高h1与锤径d1的比值为1.5，锤径d1=1.2m，锤底静接地压力值为140kPa）置于夯点位置，将Ⅰ型夯锤提升到设定高度为13.0 m，自动脱钩下落夯击土体，重复夯击并形成夯坑。在离设计夯坑深度≤50㎝时，往夯坑内回填1.5m厚回填料继续夯击，直到夯坑底被夯击密实。

夯坑形成过程中出现缩颈或坍孔时，分次分层填入建筑垃圾等骨料，边夯击边将填料挤压入坑壁和坑底。当离设计夯坑深度≤50㎝时，再夯入1.0m厚建筑垃圾等骨料挤密夯坑端土。

③ 小横截面第一段夯体成形

根据设计要求的强夯后地基承载力、深层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，用回填机具（挖掘机、装载机或推土机）将夯坑周边干土或骨料分次分层填入夯坑内，且每次回填料厚度控制在1.2m，再用Ⅰ型夯锤强夯密实该层回填料至收锤标准。重复分层填料和夯击，逐层提升小横截面夯体高度，直至达到深层土体的加固效果并控制该段夯体直径D1和厚度H1的顶面标高均满足设计要求。

（3）强夯扩孔及中横截面第二段夯体成形

① 将Ⅱ型夯锤（锤高h2与锤径d2的比值为1.25，锤径d2=1.6m，锤底静接地压力值为80kPa）对准小横截面第一段夯体原夯坑中点并提升到设定高度为13.0 m，自动脱钩下落夯击原夯点，经多次夯击以达到小横截面第一段夯体上部夯坑横截面扩大。在离小横截面夯体衔接面≤50㎝时，往扩大的夯坑内回填1 m厚的填料继续夯击，直至第一段夯体以上部分所扩孔的中横截面夯坑底与小横截面第一段夯体接合部被夯实，以及原小横截面第一段夯体顶部嵌入新回填料。

② 中横截面第二段夯体成形

根据设计要求的强夯后地基承载力、中层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，用回填机具（挖土机、装载机或推土机）将夯坑周边干土或骨料分次分层填入夯坑内，且每次回填料厚度控制在1.0m，再用Ⅱ型夯锤强夯密实该层回填料到收锤标准。重复分层填料和夯击，逐层提升中横截面第二段夯体高度，直至达到中层土体的加固效果并控制该段夯体直径D2和厚度H2的顶面标高均满足设计要求。

（4）强夯扩孔及大横截面第三段夯体成形

① 原夯点扩孔

将Ⅲ型夯锤（锤高h3与锤径d3的比值为0.6，锤径d3=2.0m，锤底静接地压力值为50kPa）对准中横截面第二段夯体原坑中心并提升到设定高度为13.0 m，自动脱钩下落夯击原夯点，经多次夯击以达到中横截面第二段夯体上部夯坑横截面扩大。在离中横截面夯体衔接面≤50㎝时，往扩大的夯坑内回填0.5m厚的填料继续夯击，直至第二段夯体以上部分所扩孔的大横截面夯坑底与中横截面第二段夯体接合部被夯实，以及原中横截面第二段夯体顶部嵌入新回填料。

② 大横截面第三段夯体成形

根据设计要求的强夯后地基承载力、面层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，用回填机具（挖掘机、装载机或推土机）将夯坑周边干土或骨料分次分层填入夯坑内，且每次回填料厚度控制在0.8 m，再用Ⅲ型夯锤强夯密实该层回填料至收锤标准。重复分层填料和夯击，逐层提升大横截面第三段夯体高度，直至达到面层土体的加固效果并控制该段夯体直径D3满足设计要求和厚度H3的顶面标高高出基底设计高度30～50㎝以上。

至此，三段式变截面强夯夯体的单个夯点完成施工。按设计要求的施工顺序重复（2）～（4）施工步骤进行其他夯点强夯作业，完成全部强夯区的夯点施工。

（5）满夯施工

强夯区域经多段式变截面强夯夯体整体施工完毕后，整个强夯区域采用Ⅲ型夯锤进行满夯两遍施工作业，锤印搭接1/3。

Ⅰ型夯锤由锤体1 和吊环2组成，锤体1为圆柱体，锤底面设有与其顶面贯通的排气孔，锤高h1与锤径d1的比值为1.5，锤径d1=1.2m。

Ⅱ型夯锤由锤体1 和吊环2组成，锤体1为圆柱体，锤底面设有与其顶面贯通的排气孔，锤高h2与锤径d2的比值为1.25，锤径d2=1.6m。

Ⅲ型夯锤由锤体1 和吊环2组成，锤体1为圆柱体，锤底面设有与其顶面贯通的排气孔，锤高h3与锤径d3的比值为0.6，锤径d3=2.0m。

实施例2：

实施例2的多段式变截面强夯法所用夯锤和施工工艺均与实施例1相同。

不同之处在于：对于软弱地基土层厚度＜9 m时，对地基土层下部采用小横截面施工或直接采用中横截面施工，使填土层或软弱地基土层下部强夯密实，之后再采用大横截面施工达到上部土层的加固效果，从而施工成上下两段呈倒凸字型的变截面强夯夯体或置换墩体。

满夯施工：强夯区域经多段式变截面强夯夯体整体施工完毕后，整个强夯区域采用Ⅲ型夯锤进行满夯两遍施工作业，锤印搭接1/3。

实施例3

实施例3的多段式变截面强夯法所用的施工工艺与实施例1相同。

不同之处在于：对于层厚15～25 m的软弱地基土层，首先对软弱地基土层深层土体进行小横截面第一段夯体的强夯施工，之后对软弱地基土层的中部分成n-2段，自下到上分别采用递增横截面的夯锤进行n-2段式变截面分段夯体施工，最后对软弱地基土层面层土体进行大横截面第n段夯体的强夯施工，由此施工成n（n=4或5或6）段的多段式变截面强夯夯体或置换墩体。

满夯施工：强夯区域经多段式变截面强夯夯体整体施工完毕后，整个强夯区域采用第n段夯体施工的夯锤进行满夯两遍施工作业，锤印搭接1/3。

   本发明所述的夯锤锤体横截面不限于圆形,还可为多边形或其它任意形状。夯锤锤底面可设计与其顶面贯通的排气孔或无孔。

Claims (6)

1.一种多段式变截面强夯法，包括清理并平整施工场地、测设强夯夯点、夯坑形成、夯体成形及满夯施工工序，其特征在于：在夯坑形成、夯体成形过程中，软弱地基土自下而上分别采用二个以上横截面依次增大的夯锤分段夯击土体形成夯坑或扩孔，再往夯坑内分次分层回填干土或骨料并夯击，逐段完成夯坑及回填料夯填，形成二段以上自下而上横截面依次增大的强夯夯体或置换墩体。

2.根据权利要求1所述的多段式变截面强夯法，其特征在于：夯坑形成、夯体成形的施工步骤如下：

 a、第一段夯体成形：

强夯机械就位，Ⅰ型夯锤置于夯点位置，将Ⅰ型夯锤提升到设定高度，自动脱钩下落夯击土体，重复夯击并形成夯坑；在离设计夯坑深度≤50㎝时，往夯坑内回填干土或骨料继续夯击，直到夯坑底被夯击密实；

根据设计要求的强夯后地基承载力、深层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，将夯坑周边干土或骨料分次分层填入夯坑内，且每次回填料厚度控制在1.0～1.5m，再用Ⅰ型夯锤强夯密实该层回填料至收锤标准，重复分层填料和夯击，逐层提升该段夯体高度，直至达到该层土体的加固效果并控制该夯体顶面标高满足设计要求;

b、强夯扩孔及第二段夯体成形：

将Ⅱ型夯锤对准第一段夯体原夯坑中点并提升到设定高度，自动脱钩下落夯击原夯点，经多次夯击以达到第一段夯体上部夯坑横截面扩大；在离第一段夯体衔接面≤50㎝时，往扩大的夯坑内回填填料继续夯击，直至第一段夯体以上部分所扩孔的夯坑底与第一段夯体接合部被夯实，以及第一段夯体顶部嵌入新回填料；

根据设计要求的强夯后地基承载力、本层土体密实度和单击夯击能等施工技术参数，将夯坑周边干土或骨料分次分层填入扩孔的夯坑内，且每次回填料厚度控制在1.0m～1.5m，再用Ⅱ型夯锤强夯密实该层回填料到收锤标准，重复分层填料和夯击，逐层提升第二段夯体高度，直至达到该层土体的加固效果并控制该夯体顶面标高满足设计要求；

c、强夯扩孔及第n段夯体成形

按步骤b采用第n型夯锤对前述n-1夯体的基础上进行扩孔及第n段夯体成形，形成n段变截面强夯夯体或置换墩体，其中n为大于2的自然数，Ⅰ型、Ⅱ型…第n型夯锤的横截面积依次增大；

d、至此，单个夯点完成施工，按设计要求的施工顺序重复a～c施工步骤进行其他夯点强夯作业，完成全部强夯区的夯点施工；

e、满夯施工：强夯区域经多段式变截面强夯夯体或置换墩体整体施工完毕后，整个强夯区域采用第n型夯锤进行满夯施工作业，锤印搭接1/3。

3.根据权利要求1或2所述的多段式变截面强夯法，其特征在于：对于软弱地基土层厚度＜9m时，对地基土层下部采用一小横截面夯体施工，使软弱地基土层下部强夯密实，之后再采用另一大横截面夯体施工达到上部土层的加固效果，从而施工成上下两段呈倒凸字型变截面强夯夯体或置换墩体。

4.如权利要求1或2这的多段式变截面强夯法，其特征在于：对于层厚15～25 m的软弱地基土层，为使全层厚的软弱地基土层达到有效加固效果，经强夯施工作业，施工成4或5或6段变截面强夯夯体或置换墩体。

5.如权利要求2所述的多段式变截面强夯法，其特征在于：Ⅰ型夯锤、Ⅱ型夯锤、Ⅲ型夯锤…第n型夯锤均为圆柱体，各夯锤尺寸关系如下：Ⅰ型夯锤：锤高与锤径的比值≥1，1.0m≤锤径≤1.5m，锤底静接地压力值为100～200kPa；Ⅱ型夯锤：锤高与锤径的比值≥1，1.5m＜锤径≤1.8m，锤底静接地压力值为80～150kPa；Ⅲ型锤高与锤径的比值＜1，1.8m＜锤径≤2.5m；第Ⅳ…第n型夯锤的锤高与锤径的比值＜1，2.5m＜锤径≤5.0m。

6.如权利要求1或2所述的多段式变截面强夯法，其特征在于：夯坑形成过程中出现缩颈或坍孔时，分次分层填入块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等骨料，边夯击边将填料挤压入坑壁和坑底，当离设计夯坑深度≤50㎝时，再夯入1.0m厚骨料挤密夯坑端土。

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