CN104264655A - 预成孔深层水下夯实法 - Google Patents

Abstract

一种预成孔深层水下夯实法，它水下施工：对地下水位以下地基土进行加固处理；夯锤在水中起落，与地基土作用点位于地下水位以下；施工过程中夯锤不脱钩，以实现水下连续作业。它包括以下步骤：①地基土中预成孔；②孔内第一次填料，填料量以分层填料厚度进行控制；③孔内第一次夯实，夯击能与分层填料厚度相匹配，夯击过程中夯锤不脱钩，自动测量夯沉量，逐次夯击直至满足收锤标准；④重复步骤②～③，由下而上，逐层回填逐层夯实，填料、夯击交替进行，直至地面标高，完成一个孔位的施工；⑤重复步骤①～④，完成全部孔位施工；⑥采用满夯夯实表层土体。本发明有益效果是：它具有水下施工、深层加固、造价低、工期短、高效、节能、环保等优点。

Description

预成孔深层水下夯实法

技术领域

本发明涉及地基处理技术领域，是一种预成孔深层水下夯实法，是对深层水下地基土进行加固的地基处理技术。

背景技术

强夯法地基处理技术是利用大型履带式起重机将一定质量的重锤从一定高度自由落下，对土进行强力夯实。适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。但其处理深度有限，一般不超过15m～20m。

深层孔内强夯法是通过机具成孔，然后在孔内进行填料夯实，挤密成桩，并与桩间土共同作用形成复合地基。但其存在需要人工挂钩、夯沉量难以准确测量等问题，难以实现深层水下施工作业，同时其处理效果主要是对孔内填料的挤密与冲孔，难以实现真正意义上的强夯振动加固的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种预成孔深层水下夯实法，它用于解决强夯法与深层孔内强夯法存在的技术问题，实现了水下施工作业，是一种对深层水下地基土进行加固的地基处理技术。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种预成孔深层水下夯实法，其特征在于，它水下施工：

对地下水位以下地基土进行加固处理；

夯锤在水中起落，与地基土作用点位于地下水位以下；

施工过程中夯锤不脱钩，以实现水下连续作业。

它分层夯实：

夯实施工在预成孔内自下而上进行；

根据土层条件确定每层加固厚度，根据加固厚度将地基延深度为若干加固层；

由下而上逐层对地基进行加固，夯击能应与分层厚度相适应；

收锤标准以夯击次数、末两击平均夯沉量与填料量进行多重控制，保证每一分层的夯实效果。

振动夯实为主同时具有挤压的作用：

夯锤冲击土体产生振动波，向下向四周传递，对孔内土体及夯间土体均可进行有效加固；

夯锤冲击孔内填料使填料向四周挤扩，产生挤压作用。

为实现深层水下施工采用特殊制作的夯锤与不脱钩技术：

夯锤上设有上下相通的导水孔，以最大限度地减小夯击过程中地下水阻力对夯击能的影响。

处理后形成不同性质的人工地基：

当孔内填料与地基土性质相同时，形成均质人工地基；

当孔内填料性质明显好于地基土时，可形成挤密桩复合地基。

它包括以下施工步骤：

①地基土中预成孔；

②孔内第一次填料，填料量以分层填料厚度进行控制；

③孔内第一次夯实，夯击能与分层填料厚度相匹配，夯击过程中夯锤不脱钩，自动测量夯沉量，逐次夯击直至满足收锤标准；

④重复步骤②～③，由下而上，逐层回填逐层夯实，填料、夯击交替进行，直至地面标高，完成一个孔位的施工；

⑤重复步骤①～④，完成全部孔位施工；

⑥采用满夯夯实表层土体。

预成孔深层水下夯实法首先在地基土中预先成孔，成孔深度由处理深度进行控制，然后在孔内由下而上逐层回填，逐层夯实加固地基土。本地基处理方法采用地基土中预成孔、不脱钩技术与特殊设计的夯锤，实现了在地下水位以下的深层地基土中进行施工。当孔内填料与地基土性质相同时，形成均质人工地基；当孔内填料性质明显好于地基土时，可形成挤密桩复合地基。该地基处理方法可实现提高地基稳定性、提高承载能力、减少(不均匀)沉降变形、改善渗透性、消除液化与湿陷性等目的。

本发明的技术特点是：

(1)可进行深层水下施工，适用于处理深度大、地下水位高等条件下进行地基处理；

(2)在预成孔内分层回填分层夯实，分层厚度与夯击能相匹配，可对夯间土同时产生挤密和夯实的效果；

(3)可选择多种方式进行预成孔，根据不同地质条件可选用旋挖钻进、冲击成孔、长螺旋钻进、柱锤冲扩等方法；

(4)选用特殊设计的夯锤，最大限度地减小地下水阻力对夯击能的影响；

(5)采用夯锤不脱钩技术，无需人工挂钩，节约人力提高效率的同时，实现了深层孔内连续作业；

(6)除软弱饱和土外，各种性质的土石料均可用于孔内填料；

(7)在软弱粘性土中，可在孔内填入性质与透水性均较好的粗颗粒材料，形成挤密桩体复合地基；

(8)透水性良好地粗颗粒土中，可就地取材，在孔内填入与被加固土体相同的材料，通过夯实与挤密使地基土得到均匀加固；

(9)夯实挤密效果好，分层夯实后的成桩直径可达预成孔直径的1.2～1.5倍；

(10)适用各种性质的土体，即可用于饱和软粘土，也可用于松散粗颗粒土；应用范围广，即可用于高填方地基，也可用于深厚原状土地基；

(11)解决了柱锤冲扩桩法难以进行深层地基处理的问题，解决了深层孔内强夯法不适用于水下施工的问题，实现了高度自动化施工。

本发明的适用范围是：

适用于地下水位以下深层地基土的加固处理，即可用于饱和软粘土，也可用于松散粗颗粒土；即可用于高填方地基，也可用于深厚原状土地基。

本发明的技术原理是：

首先在地基土中预先成孔，成孔深度由处理深度进行控制，然后在孔内由下而上逐层回填逐层夯实。对地基土产生挤密、冲击与振动夯实等多重效果，当孔内填料与地基土性质相同时，形成均质人工地基；当孔内填料性质明显好于地基土时，可形成挤密桩复合地基。

本地基处理技术是在现有柱锤冲扩桩法与深层成孔强夯法等地基处理技术的基础上，通过采用地基土中预成孔、夯锤不脱钩、特殊设计的夯锤等技术与设备，实现了在地下水位以下的深层地基土中进行施工。

本发明的有益效果是：该方法具有水下施工、深层加固、造价低、工期短、高效、节能、环保等优点。

附图说明

图1是预成孔深层水下夯实法施工流程示意图；

其中，图1(1)是成孔；

图1(2)是填料；

图1(3)是夯实；

图1(4)是重复填料；

图1(5)是重复夯实；

图1(6)是孔内施工完成；

图1(7)是满夯。

图2是本发明的夯锤外形结构示意图。

图3是图2仰视示意图。

图4是地基加固原理示意图。

图5是本发明的工艺流程框图。

附图标号：1、吊耳；2、夯锤；3、导流孔。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4、图5所示：

一种预成孔深层水下夯实法，它水下施工：

对地下水位以下地基土进行加固处理；

夯锤在水中起落，与地基土作用点位于地下水位以下；

施工过程中夯锤不脱钩，以实现水下连续作业。

它分层夯实：

夯实施工在预成孔内自下而上进行；

根据土层条件确定每层加固厚度，根据加固厚度将地基延深度为若干加固层；

由下而上逐层对地基进行加固，夯击能应与分层厚度相适应；

收锤标准以夯击次数、末两击平均夯沉量与填料量进行多重控制，保证每一分层的夯实效果。

振动夯实为主同时具有挤压的作用：

夯锤冲击土体产生振动波，向下向四周传递，对孔内土体及夯间土体均可进行有效加固；

夯锤冲击孔内填料使填料向四周挤扩，产生挤压作用。

为实现深层水下施工采用特殊制作的夯锤与不脱钩技术：

夯锤2上设有吊耳1和上下相通的导水孔3，以最大限度地减小夯击过程中地下水阻力对夯击能的影响。

处理后形成不同性质的人工地基：

当孔内填料与地基土性质相同时，形成均质人工地基；

当孔内填料性质明显好于地基土时，可形成挤密桩复合地基。

它包括以下施工步骤：

①地基土中预成孔；

②孔内第一次填料，填料量以分层填料厚度进行控制；

③孔内第一次夯实，夯击能与分层填料厚度相匹配，夯击过程中夯锤不脱钩，自动测量夯沉量，逐次夯击直至满足收锤标准；

④重复步骤②～③，由下而上，逐层回填逐层夯实，填料、夯击交替进行，直至地面标高，完成一个孔位的施工；

⑤重复步骤①～④，完成全部孔位施工；

⑥采用满夯夯实表层土体。

1.设计

(1)预成孔深层水下夯实法的设计参数包括：设计孔径、成孔间距、处理深度、分层回填厚度、夯击能、收锤标准(夯击次数、末两击平均夯沉量、填料量)、地基处理要求(地基承载力、压缩模量、密实度)等。

(2)正式施工前应进行试验性施工，以验证施工参数的合理性及地基处理效果是否满足要求。

(3)孔位布置可采用正三角形或正方形布置。

(4)分层厚度应与夯击能相适应，分层厚度宜为0.5～4.0m，夯击能宜为1000kN.m～4000kN.m。

(5)填料性质应根据被加固土体的性质确定，松散的粗颗粒土中可就低取材，选用与地基土体性质相同的材料；软粘土中应选用透水性良好地粗颗粒土石料；填料应级配良好，最大粒径不宜大于孔径的1/3或500mm。

(6)夯击次数按一下原则确定：

随夯击次数的增加，单击夯沉量不再有明显的减小；

累计填料量不小于分层厚度的1.5～2.0倍；

不应出现吸锤等现象导致提锤困难。

(7)孔内施工可分遍2～3遍进行，具体分遍次数应根据土体性质、成孔直径、成孔间距，并结合现场实际条件进行确定。

(8)成孔完成后应立即进行孔内填料与夯实施工，孔内填料与夯实应连续施工，避免长时间放置后预成孔的孔壁坍塌。

(9)孔内填料与夯实完成后，应在地表进行一遍满夯施工，满夯能级1000kN.m～2000kN.m，夯击次数2～3击，夯印搭接1/4～1/3。

(10)各遍施工之间应有一定的间隔时间，间隔时间取决于土体中的超孔隙水压力消散时间。缺乏资料时，渗透性良好的砂土与碎石土地基中可连续施工，粘性土地基中间隔时间不应小于2周。

2.施工

(1)施工准备

柱锤的选择，根据设计孔径与夯击能确定夯锤的规格，夯锤直径一般为设计孔径的0.8～1.0倍，夯击重量根据夯击能大小一般选择2～30T，夯锤主体部分呈圆柱形或正多边形柱状体，锤头部分根据需要呈0～60度，满夯施工一般采用10～20T直径2.0～3.0m的圆形水泥锤或铸钢锤。

孔内填料的选择，孔内添加材料需根据所处理地基土的物理力学性质进行选择，地下水位以下时，填料一般应选择具有良好地透水性的土石料，必要时可加入一定比例的特殊掺合料。

在易塌孔的土层中成孔时，应根据护壁方式准备足量泥浆、护筒等护壁材料和机具。

(2)施工工艺流程

①地基土中预成孔；

②孔内第一次填料，填料量以分层厚度进行控制；

③孔内第一次夯实，夯击能与分层厚度相匹配，夯击过程中夯锤不脱钩，逐次夯击直至满足收锤标准；

④重复步骤②～③，由下而上，逐层回填逐层夯实，填料、夯击交替进行，直至地面标高，完成一个孔位的施工；

⑤重复步骤①～④，完成全部孔位施工；

⑥采用满夯夯实表层土体。

3.质量检测

(1)质量检测的内容包括：地基承载力、压缩模量、处理深度等。

(2)施工完成后，应间隔一定时间方可进行质量检验，对渗透性良好的砂土与碎石土地基应在施工结束1周以后，对粘土地基应在施工结束3～4周以后。

(3)检测方法可采用平板载荷试验、静力触探、标准贯入、动力触探、面波测试等原位测试方法与室内土工试验等方法。

(4)对深层土体，形成复合地基时，应对夯间土与桩体分别进行检测；

(5)对表层地基土，可采用浅层平板载荷试验进行检验。

(6)检测点的数量应符合现行有关规范与标准的规定。

4.质量控制要求

(1)质量控制标准与控制要点

施工过程中对成孔直径、间距、垂直度、深度、夯锤直径、重量、落距、填料量、夯击次数、最后两击的平均夯沉量等参数进行严格地检查与控制，保证设计要求与现行有关规范与标准的规定；

质量的主要控制项目包括地基承载力与地基强度；

质量的一般控制项目包括成孔直径、成孔间距、成孔深度、累计填料量与收锤标准。

(2)质量保证措施

在成孔过程中，严格检查保证成孔的垂直度，夯实过程中应保证柱锤垂直下落。

分遍施工，避免相邻孔的严重挤压造成塌孔影响施工质量。

填料量厚度严格控制避免超填，夯击次数严格按收锤标准进行控制，保证夯实质量。

若出现轻微塌孔则可不进行护壁处理直接进行夯实，若塌孔严重则应根据实际情况可采用泥浆护壁和钢套筒等方式进行护壁处理。

5.孔内填料要求

预成孔深层水下夯实法使用的主要材料为夯实时孔内添加材料：

(1)对于软弱粘性地基土，可选择性质与透水性均较好的粗颗粒材料；

(2)对于粗颗粒地基土，可就地取材，在孔内填入与被加固土体相同的材料；

(3)填料应级配良好，最大粒径不宜大于孔径的1/3或500mm；

(4)对于有特殊要求的地基，可在填料中掺入一定比例的特殊添加料如水泥或石灰等。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种预成孔深层水下夯实法，其特征在于，它水下施工：

对地下水位以下地基土进行加固处理；

夯锤在水中起落，与地基土作用点位于地下水位以下；

施工过程中夯锤不脱钩，以实现水下连续作业。

2.根据权利1要求所述的预成孔深层水下夯实法，其特征在于，它分层夯实：

夯实施工在预成孔内自下而上进行；

根据土层条件确定每层加固厚度，根据加固厚度将地基延深度为若干加固层；

由下而上逐层对地基进行加固，夯击能应与分层厚度相适应；

收锤标准以夯击次数、末两击平均夯沉量与填料量进行多重控制，保证每一分层的夯实效果。

3.根据权利2要求所述的预成孔深层水下夯实法，其特征在于，振动夯实为主同时具有挤压的作用：

夯锤冲击土体产生振动波，向下向四周传递，对孔内土体及夯间土体均可进行有效加固；

夯锤冲击孔内填料使填料向四周挤扩，产生挤压作用。

4.根据权利3要求所述的预成孔深层水下夯实法，其特征在于，为实现深层水下施工采用特殊制作的夯锤与不脱钩技术：

夯锤上设有上下相通的导水孔，以最大限度地减小夯击过程中地下水阻力对夯击能的影响。

5.根据权利4要求所述的预成孔深层水下夯实法，其特征在于，处理后形成不同性质的人工地基：

当孔内填料与地基土性质相同时，形成均质人工地基；

当孔内填料性质明显好于地基土时，可形成挤密桩复合地基。

6.根据权利5要求所述的预成孔深层水下夯实法预成孔深层水下夯实法，其特征在于，它包括以下施工步骤：

①地基土中预成孔；

②孔内第一次填料，填料量以分层填料厚度进行控制；

③孔内第一次夯实，夯击能与分层填料厚度相匹配，夯击过程中夯锤不脱钩，自动测量夯沉量，逐次夯击直至满足收锤标准；

④重复步骤②～③，由下而上，逐层回填逐层夯实，填料、夯击交替进行，直至地面标高，完成一个孔位的施工；

⑤重复步骤①～④，完成全部孔位施工；

⑥采用满夯夯实表层土体。