CN105040671B - 一种强夯机及利用其实现的复合地基施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型强夯机以及利用其实现的一种复合地基施工方法。一种新型强夯机,包括调平底座，所述调平底座上设有主杆和提升设备，所述为筒状空心结构，所述主杆内部设有内置夯锤，所述内置夯锤的顶部通过挂钩装置连接缆绳，所述缆绳绕过主杆顶部的定滑轮连接至提升设备上。一种复合地基施工方法，包括根据施工图纸布置点位，布置砂井，孔内强夯施工，大能级强夯，对整个施工场地进行满夯等步骤。本新型强夯机的优点在于：数据测量准确，磨损小，使用寿命长，采用分节形式的内置夯锤，夯锤呈细长型，高度增加，提高了夯击能。本施工方法的优点在于：施工能量损耗低，加固效果好。

Description

一种强夯机及利用其实现的复合地基施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，具体涉及一种强夯机以及利用其实现的一种复合地基施工方法。

背景技术

随着新技术的不断出现，强夯施工出现了许多新的工艺，如：铸锤冲扩桩、孔内强夯法等。但受制于现有机械设备的限制，采用原有设备并不能很好完成施工，原因在于：一是受孔内施工环境、设备限制，施工能级不够高；二是孔内摩擦、撞击及水的影响，导致能级损失严重；三是施工不便，夯锤在孔内经常发生吸锤，但设备却不能提供足够的拉力，导致提锤困难；四是施工过程中发生蹬绳（夯锤还未落到底，卷扬锁死）的现象，对机器损伤大；五是原有的强夯机工作中稳定性差，造成较大的晃动，安全性、机械寿命都较差，且晃动导致自动测量系统误差大，使施工缺失了科学的数据，只能依靠经验，对施工质量造成了影响。

与此同时，地基施工过程中的孔内强夯工艺，施工能级太小，夯锤大多使用尖锤，加固效果并不好，如一次加夯填料太多，夯击会使上部的夯填料形成硬层，硬层包裹夯锤锤尖卡在孔洞中，导致下面的夯填料无法有效加固，尖锤的能量相当大部分作用孔壁的土体上，虽然对土体起到了侧向挤密效果，但相邻桩位点钻孔时，土体会释放掉很大一部分压力，导致施工效率低，遇到有地下水时，夯锤在水中施工能量损失太大，使本来就不大的能级更加小，加固效果很差。

因此，如何解决上述技术问题成为了该领域技术人员努力的方向

发明内容

本发明的目的在于：提供一种强夯机，和一种利用其实现的复合地基施工方法，通过下述技术方案来实现：

一种强夯机,包括调平底座，所述调平底座上设有主杆和提升设备，所述为筒状空心结构，所述主杆内部设有内置夯锤，所述内置夯锤的顶部通过挂钩装置连接缆绳，所述缆绳绕过主杆顶部的定滑轮连接至提升设备上。

作为优选，所述调平底座底部安装有行走装置，所述调平底座包括位于底部的底座前部，所述底座前部上设有底座后部，所述底座后部上设有调平部，所述调平部分为上下两层结构，其中上、下层之间设有若干万向关节、油缸及油缸支腿；整个调平底座为中空结构。调平底座具有的特点是：一、可拆卸，由于整个底座尺寸大，重量大，设计成可拆卸式后，移动更加方便；二、可以方便地进行调平，可灵活适应于不同坡度；三、底座内部为空心，在有坡度的情况，夯锤也不会损坏底座。

作为优选，所述主杆周围包括数根与其外壁紧固连接的支腿，所述支腿底部与调平底座顶部固定连接, 所述主杆下部壁厚加大作为加厚段，所述支腿下部从上到下增大两次，分别为支腿第一次变截面、支腿第二次变截面。主杆外壁的支腿起到加强的作用，可以在夯锤升降过程中保护主杆不受损坏。对主杆下部加厚的目的也是为了加强结构强度，可以在夯锤升降过程中保护主杆不受损坏。

作为优选，所述挂钩装置包括上部的动滑轮和下部的独立挂钩两部分，所述可移动护筒包括护筒主体，所述护筒主体顶部设置套筒，所述动滑轮向上穿过套筒，所述独立挂钩由三个自动复位挂钩组成，被套筒卡在护筒主体内部，所述护筒主体上还设置三个相向的脱钩油缸分别对准一个挂钩上部。施工时，通过与脱钩油缸相连的控制面板启动脱钩油缸，脱钩油缸推动挂钩上部，挂钩发生转动，从而脱钩。需要挂钩时，直接将挂钩装置下降，自动复位挂钩在重力作用下将其底部的缆绳勾住。

作为优选，所述主杆壁上从上到下开设一条向内供油的开口；所述主杆内还设有可移动护筒，所述内置夯锤顶部套在可移动护筒内，所述内置夯锤由若干节通过可拆卸的方式连接而成。外部的供油器通过油管由所述开口进入主杆内部为脱钩油缸供油，油管可随着脱钩油缸升降的开口内上下移动，因此，可减小油管的长度。

作为优选，所述护筒主体外壁上从上到下设置若干凸起杆件，所述主杆内壁上从上到下设置若干与凸起杆件相匹配的内部凹槽；所述护筒主体底部外壁还设置一圈尾部凸起，该尾部凸起外径与主杆内径配合。主杆内壁上的内部凹槽对可移动护筒起到导引作用，将护筒主体与主杆紧密配合之后后，可以更好地控制夯锤的升降轨迹，减小偏离。由于内置夯锤所有的运动都在主杆内部，基本上处在一个封闭的环境中，施工中的扬尘和噪音污染很小。

本强夯机的创新点在于：

1、将夯锤置于主杆内部进行升降，整机中心投影在主杆水平投影内，稳定性高，晃动小，数据测量准确，磨损小，使用寿命长；

2、夯锤分成若干节，其长度和重量均可以通过对节数的增减进行方便的调节；

3、由于整机稳定高，夯锤升降过程中偏差小，所打出来的孔质量好。

4、护筒主体将内置夯锤顶部套住后，可以保证内置夯锤始终保持居中的位置；

5、整机结构紧凑，体积小，重量较小；

6、适合较大能级的高效施工，高能级施工加固深度大，每次可以适当多填入夯填料，减少填料次数和夯击次数，大大提高施工效率。有效避免夯填料加入过多时因内置夯锤加固深度有限造成的软弱区，大幅提高施工质量；

7、采用分节形式的内置夯锤，夯锤呈细长型，高度增加，提高了夯击能，并且由于长度较长，夯锤顶部不易被埋，这是以往的夯锤不具备的优势。

一种复合地基施工方法，采用前述的强夯机实现，包括以下步骤：

a.根据施工图纸布置点位，包括砂井点位、孔内强夯点位、大能级强夯点位；

b.布置砂井：在砂井点位钻孔，灌入中粗砂，并振捣密实；

c.孔内强夯施工：在孔内强夯点位钻孔，采用强夯机进行孔内强夯施工形成较长的散体桩或柔性桩；

d.大能级强夯：在大能级强夯点位进行大能级强夯或强夯置换施工形成土石短桩；

e.对整个施工场地进行满夯。

作为优选，所述步骤a中，孔内强夯点位呈方形布置，砂井点位处于方形形心上呈梅花形布置，大能级强夯点位插点布置在砂井、孔内强夯点位中间，这样孔内强夯点位布置间距较大，可有效降低相邻孔位钻孔时的相互影响，对已加固土体扰动小，孔内强夯施工的效果较好。

作为优选，步骤b中，采用小直径砂井，砂井直径150-600mm，砂井施工过程中，对填料进行振捣，使之密实。

作为优选，一般情况下，砂井长度应该和孔内强夯所成的桩长度相匹配，两者基本等长，以更好的消散孔内强夯造成的超空隙水压，但在底部有较厚砂层时，砂层可以发挥比砂井更好的排水作用，此时要求砂井底伸入砂层，两者联通即可，可大幅减少砂井长度。

进一步地，所述步骤（c）包括以下小步骤：

①开始孔内强夯点位钻孔，钻至地下水位附近；

②边钻边观察出水情况，如地层渗水小，可继续下钻，在大量出水前，将准备好的夯填料加入孔洞中，要求初始加入的夯填料含水较少，颗粒硬度大，不吸水，级配较好，整体挤压密实后，渗水率小；

③夯填料加入后，马上开始孔内强夯，使夯填料挤压密实，形成密实、渗水小的一段桩体，在过程中不断加入夯填料；

④在不断的夯击，加夯填料的过程中，密实桩体不断加长、加粗，同时不断向下挤入土体，使桩体向下发展，桩体在形成过程中把水不断挤向周围土体，最终大部分的水汇集到周围的砂井，涌向地表。

⑤桩体向下发展达到一定深度后，不再发展，继续加入夯填料夯击，直到桩体延伸到地表。

步骤（c）中采用大能级平底锤孔内强夯施工，超大的施工能级，成桩质量好，成桩直径大，对周围土体挤密效果明显；而且底部可以形成较深的挤入桩体，同时对底部土体的竖向挤密效果好，原状土体压缩形成一段桩体，这样可以减少钻孔深度，在水位附近开始夯锤夯击施工，水位下依靠夯填料挤入及原状土竖向挤压成桩，避免了水下施工，成桩质量有保证。同时，超大能级的夯击，使周围土体受到很大的挤压，产生很大的超孔隙水压，超孔隙水压通过周围的砂井可以较快速的消散，增加孔内强夯的效果。大能级强夯不仅形成致密的桩体，同时对周围的土体有很大的挤密加固效果，间接对周围的砂井也有一定的挤密效果，可形成较短的土石柱，同时对桩间土进一步挤压密实。

在所述步骤（e）中，场地满夯，加固表层土体，对桩头形成保护。在场地满夯完成后，整个施工基本结束，此时砂井作为竖向排水通道，继续发挥作用，孔隙水压可通过砂井进一步消散，增加土体的固结。

该复合地基处理方法可拆分为两个独立性较强的方法：

（1）孔内强夯和大能级强夯的组合使用，施工顺序为，孔内强夯施工-大能级强夯施工-场地满夯施工，该法适用于较干燥土体。

（2）孔内强夯和砂井的组合使用，施工顺序为，砂井设置-孔内强夯施工场地满夯施工，该法适用于地下水较多的土体。

附图说明

图1是本发明所述的强夯机的整体结构示意图；

图2是图1中标记为2的部分的结构示意图；

图3是图1中标记为4的部分的主视结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是图1中标记为5的部分的立体结构示意图；

图6是图1中标记为6的部分的立体结构示意图；

图7是图1中标记为7的部分的立体结构示意图；

图8是本发明所述的施工方法的施工布置图；

图9是图8中大能级强夯点位83的剖视图；

图10是图9中孔内强夯点位82的剖视图；

图11和图12是砂井布置示意图；

图13是大能级孔内强夯成桩示意图；

图14是孔内强夯、砂井复合地基施工布置图；

图15是孔内强夯、大能级强夯复合地基施工布置图。

图中标记：

1为行走装置，2为调平底座，3为卷扬机，4为主杆，5为内置夯锤，6为可移动护筒，7为挂钩装置，8为定滑轮；

21为底座前部，22为底座后部，23为调平部；

41为支腿，42为支腿第一次变截面，43为支腿第二次变截面，44为开口，45为加厚段，46为内部凹槽；

61为脱钩油缸，62为套筒，63为凸起杆件，64为护筒主体，65为尾部凸起；

71为动滑轮，72为独立挂钩；

81为砂井点位，82为孔内强夯点位，83为大能级强夯点位，84为桩体，85为大能级强夯成土石柱体，86为砂井，87为挤密区，88为地面，89为地下水位，90为夯填料，91为夯锤，92为砂层。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

如图1所示，一种强夯机，包括调平底座2、卷扬机3、主杆4，所述主杆4顶部安装定滑轮8，底部安装在调平底座2顶部，所述卷扬机3安装在调平底座2上，所述主杆4中空，还包括设置主杆4内部的内置夯锤5、可移动护筒6和挂钩装置7，所述内置夯锤5分成若干节，各节之间通过卡位和插销实现可拆卸式连接，内置夯锤5顶部套在可移动护筒6内，所述挂钩装置7上部通过缆绳绕过定滑轮8之后与卷扬机3相连，挂钩装置7与内置夯锤5顶部的挂钩相连。

所述内置夯锤5分成若干节，各节之间通过卡位和插销实现可拆卸式连接，如图5所示。内置夯锤5的整体长度为10-20m，重30-50t。内置夯锤5采用分节设计之后，每节长度在5m左右，可根据孔洞长度和施工能级灵活选择安装节数。比如，内置夯锤为15m时，可以处理18m左右的孔洞。

如图2所示，所述调平底座2中空，且分为下部的底座前部21、底座后部22以及安装在二者顶部的调平部23，所述底座前部21、底座后部22可拆卸式连接。所述调平部23分为上下两层，上层与下层之间通过万向关节活动连接，还在上层与下层之间设置若干油缸和油缸支腿。

如图3所示，所述主杆4周围包括数根与其外壁紧固连接的支腿41，所述支腿41底部与调平底座2顶部固定连接。所述主杆下部壁厚加大作为加厚段45，所述支腿41下部从上到下增大两次，分别为支腿第一次变截面42、支腿第二次变截面43。

如图4所示，所述护筒主体64外壁上从上到下设置若干凸起杆件63，所述主杆4内壁上从上到下设置若干与凸起杆件63相匹配的内部凹槽46。

如图7所示，所述挂钩装置7包括上部的动滑轮71和下部的独立挂钩72两部分。

如图6所示，所述可移动护筒6包括护筒主体64，所述护筒主体64顶部设置套筒62，所述动滑轮71向上穿过套筒62，所述独立挂钩72由三个自动复位挂钩组成，被套筒62卡在护筒主体64内部，所述护筒主体64上还设置三个相向的脱钩油缸61分别对准一个挂钩上部。所述主杆4壁上从上到下开设一条向内供油的开口44。所述护筒主体64底部外壁还设置一圈尾部凸起65，该尾部凸起65外径与主杆4内径配合。

本强夯机的参考数据为：行走装置1长度7m左右，整机宽5m；主杆4高约26m，主杆4内径1000mm左右；可移动护筒主体64的内径为8050mm；内置夯锤5的直径为800mm，每节高5m；最大施工能级可达10000kN.m以上。

如图8所示，本发明的施工布置图，孔内强夯点位82呈方形布置，砂井点位81布置在方形形心呈梅花形，大能级强夯点位83插点布置在孔内强夯点位82和砂井点位81中间。

如图9所示的图8中大能级强夯点位83的剖视图，包括孔内强夯成桩桩体84和大能级强夯成土石柱体85。

如图10所示的图8中孔内强夯点位82的剖视图，包括砂井86和大能级强夯成土石柱体85。

如图11和图12所示的砂井布置示意图，砂井86长度应和孔内强夯成桩桩体84长度匹配，两者等长，在底部土层含较厚砂层92时，只需砂井86底部伸入砂层92，两者联通即可，可大幅减少砂井86伸入砂层92的长度。

图13是大能级孔内强夯成桩示意图：

①始孔内强夯点位82钻孔，钻至地下水位89附近；

②钻边观察出水情况，如地层渗水小，可继续下钻，在大量出水前，将准备好的夯填料90加入孔洞中，要求初始加入的夯填料90含水较少，颗粒硬度大，不吸水，级配较好，整体挤压密实后，渗水率小；

③填料90加入后，马上开始孔内强夯，使夯填料90挤压密实，形成密实、渗水小的一段桩体，在过程中不断加入夯填料；

④在不断的夯击，加夯填料的过程中，密实桩体84不断加长、加粗，同时不断向下挤入土体，使桩体向下发展，桩体84在形成过程中把水不断挤向周围土体，最终大部分的水汇集到周围的砂井86中，涌向地表；

⑤桩体84向下发展达到一定深度后，不再发展，继续加入夯填料90夯击，直到桩体84延伸到地表，形成完整的桩体84，并形成挤密区87。

图14是孔内强夯、砂井复合地基施工布置图，孔内强夯点位82呈方形布置，砂井点位81插点布置在孔内强夯点位82中间；

图15是孔内强夯、大能级强夯复合地基施工布置图，孔内强夯点位82呈方形布置，大能级强夯点位83插点布置在孔内强夯点位82中间

如图8至图13所示的一种复合地基施工方法，包括以下步骤：

（a）根据施工图纸布置点位，包括砂井点位81、孔内强夯点位82、大能级强夯点位83；

（b）布置砂井：在砂井点位81钻孔，灌入中粗砂，并振捣密实，形成砂井86；

（c）孔内强夯施工：在孔内强夯点位82钻孔，采用强夯机进行孔内强夯施工形成较长的散体桩或柔性桩84；

（d）大能级强夯：在大能级强夯点位83进行大能级强夯或强夯置换施工形成土石短桩85；

（e）对整个施工场地进行满夯。

所诉步骤（a），孔内强夯点位82呈方形布置，砂井点位81处于方形形心上呈梅花形布置，大能级强夯点位83插点布置在砂井点位81、孔内强夯点位82中间，这样孔内强夯点位82布置间距较大，可有效降低相邻孔位钻孔时的相互影响，对已加固土体扰动小，孔内强夯施工的效果较好。

所诉步骤（c）分为以下小步骤：

②始孔内强夯点位钻孔，钻至地下水位附近；

③边钻边观察出水情况，如地层渗水小，可继续下钻，在大量出水前，将准备好的夯填90料加入孔洞中，要求初始加入的夯填料90含水较少，颗粒硬度大，不吸水，级配较好，整体挤压密实后，渗水率小；

④填料90加入后，马上开始孔内强夯，使夯填料挤压密实，形成密实、渗水小的一段桩体84，在过程中不断加入夯填料90；

⑤在不断的夯击，加夯填料的过程中，密实桩体84不断加长、加粗，同时不断向下挤入土体，使桩体向下发展，桩体在形成过程中把水不断挤向周围土体，最终大部分的水汇集到周围的砂井86，涌向地表。

⑥体向下发展达到一定深度后，不再发展，继续加入夯填料90夯击，直到桩体84延伸到地表，形成完整的桩体84。

该复合地基施工方法可拆分为两个独立性较强的方法：

（1）孔内强夯和大能级强夯的组合，孔内强夯点位82呈方形布置，砂井点位81插点布置在孔内强夯点位82中间间，施工顺序为，孔内强夯施工-大能级强夯施工-场地满夯施工，该法适用于较干燥土体。

（2）孔内强夯和砂井的组合，孔内强夯点位82呈方形布置，大能级强夯点位83插点布置在孔内强夯点位82中间，施工顺序为，砂井设置-孔内强夯施工场地满夯施工，该法适用于地下水较多的土体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种强夯机,包括调平底座（2），所述调平底座（2）上设有主杆（4）和提升设备，其特征在于：所述主杆（4） 为筒状空心结构， 所述主杆（4）内还设有可移动护筒（6）， 所述主杆（4）内部设有内置夯锤（5），所述内置夯锤（5）的顶部通过挂钩装置（7）连接缆绳，所述缆绳绕过主杆（4）顶部的定滑轮（8）连接至提升设备上；所述挂钩装置（7）包括上部的动滑轮（71）和下部的独立挂钩（72）两部分，所述可移动护筒（6）包括护筒主体（64），所述护筒主体（64）顶部设置套筒（62），所述动滑轮（71）向上穿过套筒（62），所述独立挂钩（72）由三个自动复位挂钩组成，被套筒（62）卡在护筒主体（64）内部，所述护筒主体（64）上还设置三个相向的脱钩油缸（61）分别对准一个挂钩上部。

2.如权利要求 1 所述的一种强夯机，其特征在于：所述调平底座（2）底部安装有行走装置（1），所述调平底座（2）包括位于底部的底座前部（21），所述底座前部（21）上设有底座后部（22），所述底座后部（22）上设有调平部（23），所述调平部（23）分为上下两层结构，其中上、下层之间设有若干万向关节、油缸及油缸支腿；整个调平底座（2）为中空结构。

3.如权利要求 2 所述的一种强夯机，其特征在于：所述主杆（4）周围包括数根与其外壁紧固连接的支腿（41），所述支腿（41）底部与调平底座（2）顶部固定连接, 所述主杆下部壁厚加大作为加厚段（45），所述支腿（41）下部从上到下增大两次，分别为支腿第一次变截面（42）、支腿第二次变截面（43）。

4.如权利要求 1 至 3 之一所述的一种强夯机，其特征在于：所述主杆（4）壁上从上到下开设一条向内供油的开口（44）；所述内置夯锤（5）顶部套在可移动护筒（6）内，所述内置夯锤（5）由若干节通过可拆卸的方式连接而成。

5.根据权利要求 1 至 3 之一所述的一种强夯机，其特征在于：所述护筒主体（64）外壁上从上到下设置若干凸起杆件（63），所述主杆（4）内壁上从上到下设置若干与凸起杆件（63）相匹配的内部凹槽（46）；所述护筒主体（64）底部外壁还设置一圈尾部凸起（65），该尾部凸起（65）外径与主杆（4）内径配合。

6.一种利用权利要求 5 所述的强夯机所实现的复合地基施工方法，其特征在于，包括以下步骤： a. 根据施工图纸布置点位，包括砂井点位、孔内强夯点位、大能级强夯点位；b. 布置砂井：在砂井点位钻孔，灌入中粗砂，并振捣密实； c. 孔内强夯施工：在孔内强夯点位钻孔，采用强夯机进行孔内强夯施工形成较长的散体桩或柔性桩； d. 大能级强夯：在大能级强夯点位进行大能级强夯或强夯置换施工形成土石短桩； e. 对整个施工场地进行满夯。

7.如权利要求 6 所述的一种复合地基施工方法，其特征在于：步骤 c 中所述的孔内强夯施工，具体包括如下步骤： ①开始孔内强夯点位钻孔，钻至地下水位附近； ②边钻边观察出水情况， 在大量出水前，将准备好的夯填料加入孔洞中；

③夯填料加入后，马上开始孔内强夯，使夯填料挤压密实，形成一段桩体，在过程中不断加入夯填料； ④通过持续大能量夯击，使桩体向下发展，桩体在形成过程中把水不断挤向周围土体，最终大部分的水汇集到周围的砂井，涌向地表； ⑤ 桩体向下发展达到一定深度后，不再发展，继续加入夯填料夯击，直到桩体延伸到地表。

8.如权利要求 7 所述的一种复合地基施工方法，其特征在于：步骤 a 中所述的孔内强夯点位呈方形布置，砂井点位处于方形形心上呈梅花形布置，大能级强夯点位插点布置在砂井、孔内强夯点位中间。