強夯法加固濕陷性黃土地基

強夯法加固濕陷性黃土地基

1、工程概況

西安咸陽國際機場位于咸陽市西北部的黃土臺塬區(qū)，地勢基本平坦，略向南傾斜。機場自一九八七年籌建施工，先后進(jìn)行了三次大的改、擴建工程，中鐵一局四公司場道項目經(jīng)理部自一九八七年以來一直參與了西安咸陽國際機場的建設(shè)和施工，并重中積累了大量的機場場道施工經(jīng)驗和豐富的施工技術(shù)資料，強夯處理濕陷性黃土基礎(chǔ)就是其中的一個部分。2、地形地貌及地質(zhì)特征

西安咸陽國際機場地勢基本平坦，略向南傾斜。該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降雨量約550毫米。整個機場工程處于Ⅲ級自重濕陷黃土場地，濕陷性黃土厚約10~12米，屬強濕陷中、高壓縮性地基土。垂直節(jié)理發(fā)育、具有濕陷性，在一定壓力（即土自重壓力或自重力和附加壓力）作用下，受水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞而產(chǎn)生顯著下沉變形。3、強夯法施工的原理及特點

強夯法的原理：是將機械能轉(zhuǎn)換為勢能，再變?yōu)閯幽茏饔迷诘鼗?。夯擊能傳給地基的能量是由壓縮波、剪力波和表面波聯(lián)合傳播的。在沖擊波的影響范圍之內(nèi)，土的天然結(jié)構(gòu)遭到一定的破壞，壓縮波使孔隙水壓力增加，使土粒錯位。剪力波和表面波使土粒受剪。土顆粒重新排列而使土變得密實。強夯法的特點：A、快速加固軟土地基、工期短、效果顯著。加固后地基容許承載力可提高2~5倍。B、工藝簡單，施工方便。C、機具設(shè)備少，不需專門機械。操作簡單，便與掌握。D、節(jié)省鋼材、木材、水泥。E、與其它加固方法相比，強夯法造價最低。4、試夯施工

根據(jù)工程地質(zhì)條件和設(shè)計要求，進(jìn)行試夯，確定施工參數(shù)、夯間點矩、每點擊數(shù)和夯擊遍數(shù)，夯擊能、夯錘面積，恰當(dāng)?shù)卮_定夯錘及夯擊數(shù)及施工條件。試夯夯點的夯擊次數(shù)：按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，且應(yīng)同時滿足下列條件：A、最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm；B、夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；C、不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。4.1強夯施工工藝參數(shù)

A、錘重和落距；夯錘大小的選擇，與加固土層的濕度和落距有關(guān)。錘重一般為10~40t，落距不小于6m。加固深度由下式估算：式中：H----加固深度（m）；

M----錘重（t）；

h----落距（m）；

α----小于1的修正系數(shù)，與加固目標(biāo)值、土質(zhì)和夯擊方法有關(guān)，一般取0.4~0.8。B、強夯法的有效加固深度：

應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。在缺少試驗資料或經(jīng)驗時可按下表預(yù)估。(強夯法的有效加固深度應(yīng)從起夯面算起)。夯擊能與土質(zhì)關(guān)系表單擊夯擊能（KN·m）碎石土、砂土等粉土、黏性土、濕陷性黃土等20005.0～6.05.0～6.030006.0～7.06.0～7.040007.0～8.07.0～8.050008.0～9.08.0～8.560009.0～9.5>8.5～9.0C、夯擊遍數(shù)：由不同的土質(zhì)來決定。對于細(xì)顆粒的土，特別是淤泥質(zhì)土則夯擊遍數(shù)應(yīng)多些。一般軟土夯三遍；兩遍重夯，一遍低錘滿拍。最后一遍是以一錘壓1/3錘進(jìn)行。D、夯點布置；夯點按正方格網(wǎng)格布置，梅花點間夯。E、相鄰兩遍夯擊的間隔時間：由孔隙水壓力的消散情況來決定。對于濕陷性黃土，兩遍夯擊間隔的時間為一周以上。各點夯擊數(shù)；由經(jīng)驗或參考已施工工程的強夯資料，選擇幾組夯擊數(shù)作試夯，以最后兩擊的平均沉降不大于5cm為準(zhǔn)。F、加固范圍；加固對象的幾何尺寸各不相同。夯錘的尺寸也不一樣，所以，強夯的有效半徑只能通過試驗確定。夯實地基影響深度示意圖

4.2咸陽機場航站區(qū)擴建工程試夯參數(shù)的選定

A、土的含水量

結(jié)合場地土的天然含水量，并考慮土的含水量對強夯質(zhì)量的影響程度，機場采用的天然含水量為8~20%，最后，根據(jù)試夯結(jié)果確定強夯施工場地的含水量界限值的要求，以確保施工質(zhì)量。B、夯位排布方式（見下圖示）從強夯質(zhì)量的均勻性、施工夯位排布選用3mx3m正方形方格網(wǎng)形式。夯點點位布置圖C、強夯能量根據(jù)場地土質(zhì)條件、站坪需要處理深度，并結(jié)合施工速度、強夯造價等因素考慮，選擇100t.m和200t.m兩種強夯能量。

D、強夯遍數(shù)根據(jù)以往的試夯結(jié)果及工程經(jīng)驗，選取三遍夯法。第一、二遍為間隔跳位互補夯，第三遍為夯位壓疊滿面夯。第一、二、三遍間必須至少有四天間隔時間。E、擊數(shù)；為求得滿足站坪土基處理密度質(zhì)量的最佳擊數(shù)，結(jié)合機場一期工程經(jīng)驗，第一、二遍夯位的連續(xù)夯擊數(shù)選取12、15、18擊三種。試夯完畢，可針對站坪土基處理質(zhì)量要求，并考慮強夯施工速度、造價等因素，選定強夯施工的合理擊數(shù)。4.3試夯預(yù)期達(dá)到的目標(biāo):

A、對原地基土區(qū)；跑道、滑行道、快滑道、站坪、維修坪、停機坪等基礎(chǔ)地基承載力≥250kpa；壓縮模量Es≥20Mpa，處理深度≥4M,寬度≥30~80MB、對場區(qū)站場房屋、地面、道路廠區(qū)地基承載力≥250kpa；壓縮模量Es≥15Mpa，處理深度≥3.5MC、對于坑、塘、墳?zāi)?、陷穴等不良地質(zhì)區(qū)處理區(qū)域均勻沉降時，考慮到主要目的為提高地基承載力，需要進(jìn)行素土回填，其達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)同原地基填土區(qū)。4.4試夯施工程序試夯設(shè)計試夯試夯檢測修正試夯參數(shù)強夯施工強夯設(shè)計試夯檢測再試夯信息反饋夯后檢測驗收交工4.5試夯

按照試夯計劃確定試夯區(qū)（見下表）場地整平和測記標(biāo)高

平整、測量和記錄夯前地面標(biāo)高，設(shè)制標(biāo)高控制點，為施夯準(zhǔn)備資料。第一、二、三遍施夯完畢，均需分別整平場地，并測記場地標(biāo)高。夯位放線；按照夯位排布圖準(zhǔn)確放線。按照夯位排布圖準(zhǔn)確放線。試夯過程中，必須保護(hù)好場地四周四個定位樁，以確保第一、二遍夯位排布準(zhǔn)確。機械就位；

夯機準(zhǔn)確就位，（包括測工、安全員、掛釣手等。試夯實施作業(yè)。夯錘底面中心應(yīng)對準(zhǔn)夯位(3mx3m)中心，其最大偏差不得超過去10cm。第一、二遍必須嚴(yán)格按計劃表規(guī)定擊數(shù)夯擊，每夯一擊，觀測一次夯擊下沉量。試夯計劃表試夯場地及土的含水量W強夯能量（t.m）夯區(qū)編號每夯位擊數(shù)檢測深度（m）AW=8~12%(W=10%)鉆孔51#100A1124.5A215/124.5A318/155200A415/126BW=13~19%(W=106%)鉆孔51#100B1124.5B215/124.5B318/155200B415/126CW=19~21%(W=20%)鉆孔51#100C1124.5C215/124.5C318/155200C41254.6試驗及監(jiān)測

試夯結(jié)束后，及時委托地質(zhì)部門對加固地基進(jìn)行了檢測，為大面積施工選擇了合理的施工參數(shù)，試驗內(nèi)容包括：A、載荷試驗，以確定強夯后地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。B、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，輔助載荷試驗判定強夯加固工藝提高地基承載力并確定有效加固深度。C、其他土工試驗，測量內(nèi)容應(yīng)每隔50cm取土樣，夯面下測定土的干密度，濕陷系數(shù)指標(biāo)。D、施工過程中，對每個建筑地基抽檢驗點不應(yīng)少于3處。試夯檢測區(qū)位圖試夯區(qū)測點分布圖5、強夯施工5.1、施工機具5.2、強夯施工步驟5.3、咸陽機場強夯施工5.4、強夯施工順序5.1、施夯機具

A、履帶式起重機，我國大都采用履帶式吊車改裝。B、門架；由橫梁和二個支腿組成，支腿的結(jié)構(gòu)形式有格構(gòu)式和管式（橫梁一頭銜接于吊桿頭部，一頭銜接于支腿），也可采用大噸位吊車直接起吊夯錘。C、脫鉤裝置；由帶拉桿的吊鉤和滑輪組成，配上牽引鋼絲繩，當(dāng)夯錘起到規(guī)定高度時自動脫鉤落錘。D、夯錘；夯錘的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和強夯能級決定，夯錘重一般為10KN~400KN，設(shè)數(shù)個上下貫通的通氣孔?？刹捎娩摎ぐ摻罨炷铃N和鑄鐵錘，其錘底形狀可為園形、錘底面有平底，鍋底、球形等。地面投影面積一般為4~8m2。5.2、施工步驟

強夯施工前，必須熟悉下列資料：A、工程地質(zhì)戡察報告；B、地下坑穴普探圖；C、基礎(chǔ)施工圖和夯點排布圖；D、強夯地基的設(shè)計要求；E、編制施工方案；施工方案，其主要內(nèi)容包括：A、選定強夯機具的類型、數(shù)量以及夯錘的質(zhì)量、外型、尺寸、落距等參數(shù)；B、使地基土接近最佳含水量的措施；C、根據(jù)設(shè)計夯擊遍數(shù)、擊數(shù)及地質(zhì)資料，按經(jīng)驗確定夯點的累計夯沉量和最后兩擊平均夯沉量，或按試夯確定這些參數(shù)；D、根據(jù)夯點排布圖及強夯遍數(shù)確定施工順序；E、保證強夯質(zhì)量和工期的其它措施。大型重要工程，宜編制施工組織設(shè)計。清理場地：A、強夯施工前，應(yīng)先清理施工場地農(nóng)作物殘留植株，樹根雜草，污泥等及其它有機物質(zhì)。拆除地下管線及其它構(gòu)筑物。B、用推土機鏟除原地表15~30cm厚草皮土及根植土層，用裝載機配合自卸汽車將棄土運到甲方指定的棄土場。C、鏟除根植土層后，若地表高于開夯標(biāo)高，用推土機或者鏟車挖至開夯標(biāo)高，若地表低于開夯標(biāo)高，用推土機整平后準(zhǔn)備強夯施工。D、對于已開挖的古墓道，可采用分層人工回填蛙夯方法處理。先清理干凈墓道中雜土，坑邊按1：1的高寬比挖成臺階，將坑底夯實后，每層人工回填含水量為14～18％的黃土24cm厚，蛙夯2～4遍后，其上再繼續(xù)分層人工回填蛙夯，直至開夯標(biāo)高。強夯施工準(zhǔn)備：A、強夯施工前，應(yīng)在整平的施工場區(qū)按10m×10m方格網(wǎng)布點，測定開夯面5m以內(nèi)(0.5m、1m、2m、3m、4m、5m深度)土的含水量，當(dāng)含水量介于12～20%時，且含水量的平均值不低于15%，進(jìn)行強夯施工，否則應(yīng)提前3～5天增濕或換填含水量為13%～16%的黃土。B、在施工場地周圍設(shè)置足夠能滿足施工的P，L坐標(biāo)樁，每排不少于3個樁(鋼樁)，并用混凝土保護(hù)，編組繪制布置圖，安排測量人員定期檢查，坐標(biāo)樁主要控制夯位的放線及質(zhì)量檢測定位。C、施工前開挖臨時排水溝，排水溝起點深度為地下水位下30cm，底寬1m，并設(shè)置深度為溝底以下1m的集水井。D、依據(jù)夯位布置圖準(zhǔn)確放線，夯位以3m×3m方格網(wǎng)定位，網(wǎng)格3m×3m方框為一個夯位，其放線偏差不能超過3cm.E、強夯施工能級為100t.m級，夯錘重10t，底面直徑2.52m，并對稱設(shè)置4～6個直徑20～30cm上下貫通的排氣孔。5.3、咸陽機場強夯施工(1)主要機具設(shè)備一覽表名稱數(shù)量單位規(guī)格型號履帶式起重機2臺W20050T履帶式起重機2臺W10015T夯錘2臺φ2.5，20t夯錘2臺工具式支架2臺推土機1臺裝載機1臺ZL50(2)施工人員及勞動力組織

編號名稱數(shù)量1項目經(jīng)理12項目總工13施工隊長14質(zhì)安員15起重機司機86推土機司機27鏟車司機28夯沉量測量員89強夯輔助人員810普工10（3）施夯A、施夯夯錘底面中心應(yīng)對準(zhǔn)方框中心，其偏差不得超過10cm，夯擊時夯錘落距(夯錘起高后開始自由下落時，錘底面至地面開夯標(biāo)高的距離)10m，落錘應(yīng)保持平穩(wěn)，夯錘錯位或夯位坑底面傾斜過大，宜填土整平后再重新夯擊。B、強夯分三遍施工，第一、二遍為間隔跳夯施工。第一遍為有陰影線夯位，連夯12擊，整平場地；第二遍為無陰影線夯位，連夯12擊，整平場地；第三遍滿面拍夯，夯痕必須相互壓疊，每夯痕連夯3擊，整平場地。第一、二遍最后兩擊平均夯沉量不得超過5cm，否則加擊。C、挖方區(qū)第二遍強夯完畢并整平場地后，應(yīng)測量地面標(biāo)高，以控制拍夯（夯沉量15～22cm）后地面標(biāo)高達(dá)到槽底設(shè)計標(biāo)高。必要時，對場地應(yīng)適當(dāng)鏟高、填低整理。強夯施工（第三遍拍夯）后地面標(biāo)高與槽底設(shè)計標(biāo)高的誤差不得超過＋2、－3cm。D、第三遍拍夯前，應(yīng)先檢查場地0.5m深度內(nèi)的含水量是否合適，若太干或太濕時，應(yīng)采取措施潤濕(提前1～2天)或晾干場地土，以確保夯拍質(zhì)量。E、第二遍夯位施夯時間，與其相鄰的第一次點夯夯位施夯時間間隔不得少于4天（或按規(guī)定值），每個夯位的第三遍拍夯必須在該夯區(qū)第二次施夯完畢4天后進(jìn)行。夯拍夯痕疊壓圖F、強夯施工場地，應(yīng)在強夯前做好防排水措施(設(shè)排水溝或者擋土墻)，防止基坑被雨水淹沒.G、強夯作業(yè)時，指定工程技術(shù)人員跟班做好施工記錄，其內(nèi)容包括施工工期，夯垂質(zhì)量，底面直徑，落距，強夯遍數(shù)，夯位編號，夯沉量，最后兩擊的平均值等。H、每臺強夯機勞動力組織每臺強夯機每班7人組成，其中領(lǐng)工員兼安全檢查員1人，起吊司機二人，掛鉤及穩(wěn)定夯錘繩2人，工程技術(shù)人員2人(含測量工)。5.4強夯施工順序

A、應(yīng)按先遠(yuǎn)離、后漸近正在施工的結(jié)構(gòu)物和構(gòu)筑物的方法施工，以確?，F(xiàn)附近結(jié)構(gòu)物不受強夯施工的影響。對于接近正在施工的的夯位，應(yīng)采用減振溝或其它處理方法。B、強夯機械走行線路（退行）。單行退打移錘操作單行退打移錘操作雙行退打移動錘操作法雙行退打移動錘操作法6、質(zhì)量檢測

A、強夯第三遍拍夯完工21天后，即可采集原狀結(jié)構(gòu)土樣檢測強夯施工質(zhì)量。檢測項目為土的含水量、干密度、壓縮模量、濕陷系數(shù)。檢測用的原狀結(jié)構(gòu)土樣宜用探井法挖取。B、質(zhì)量檢測點的數(shù)量按強夯施工面積確定。每強夯施工8000m2的面積作為一個檢測單元，施工面積不足8000m2時，仍按一個單元檢測。C、每個檢測單元內(nèi)檢測點的具體檢測位置，由建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計及施工單位根據(jù)其施工質(zhì)量情況共同商定。檢測點應(yīng)選用對施工質(zhì)量有疑慮并兼顧具有代表性的位置。D、土基處理的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域深度(m)濕陷系數(shù)干密度（G/cm3）壓實度路面強夯土基（包括外方區(qū)）0～0.8≤0.0151.69≥0.950.8～1.5≥0.931.5～3.0≥0.903.0以下≤0.03≥0.87路面填土碾壓土基（包括外方區(qū)）0～0.8≥0.950.8～1.5≥0.931.5～3.0≥0.90挖方及零填0～0.3≥0.95機場強夯監(jiān)測結(jié)果

地區(qū)工程名稱夯實厚度D（m）（等分為三層）Fk（KPa）Es(MPa)咸陽市北郊咸陽機場停機坪0----1.7350211.7----3.4280273.4----521024咸陽機場跑道0----1.33602