强夯法加固湿陷性黄土地基

强夯法加固湿陷性黄土地基

1、工程概况

西安咸阳国际机场位于咸阳市西北部的黄土台塬区，地势基本平坦，略向南倾斜。机场自一九八七年筹建施工，先后进行了三次大的改、扩建工程，中铁一局四公司场道项目经理部自一九八七年以来一直参与了西安咸阳国际机场的建设和施工，并重中积累了大量的机场场道施工经验和丰富的施工技术资料，强夯处理湿陷性黄土基础就是其中的一个部分。2、地形地貌及地质特征

西安咸阳国际机场地势基本平坦，略向南倾斜。该区属暖温带大陆性季风气候区，年平均降雨量约550毫米。整个机场工程处于Ⅲ级自重湿陷黄土场地，湿陷性黄土厚约10~12米，属强湿陷中、高压缩性地基土。垂直节理发育、具有湿陷性，在一定压力（即土自重压力或自重力和附加压力）作用下，受水浸湿后，结构迅速破坏而产生显著下沉变形。3、强夯法施工的原理及特点

强夯法的原理：是将机械能转换为势能，再变为动能作用在地基上。夯击能传给地基的能量是由压缩波、剪力波和表面波联合传播的。在冲击波的影响范围之内，土的天然结构遭到一定的破坏，压缩波使孔隙水压力增加，使土粒错位。剪力波和表面波使土粒受剪。土颗粒重新排列而使土变得密实。强夯法的特点：A、快速加固软土地基、工期短、效果显著。加固后地基容许承载力可提高2~5倍。B、工艺简单，施工方便。C、机具设备少，不需专门机械。操作简单，便与掌握。D、节省钢材、木材、水泥。E、与其它加固方法相比，强夯法造价最低。4、试夯施工

根据工程地质条件和设计要求，进行试夯，确定施工参数、夯间点矩、每点击数和夯击遍数，夯击能、夯锤面积，恰当地确定夯锤及夯击数及施工条件。试夯夯点的夯击次数：按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：A、最后两击的平均夯沉量不大于50mm；B、夯坑周围地面不应发生过大的隆起；C、不因夯坑过深而发生起锤困难。4.1强夯施工工艺参数

A、锤重和落距；夯锤大小的选择，与加固土层的湿度和落距有关。锤重一般为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----锤重（t）；

h----落距（m）；

α----小于1的修正系数，与加固目标值、土质和夯击方法有关，一般取0.4~0.8。B、强夯法的有效加固深度：

应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按下表预估。(强夯法的有效加固深度应从起夯面算起)。夯击能与土质关系表单击夯击能（KN·m）碎石土、砂土等粉土、黏性土、湿陷性黄土等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、夯击遍数：由不同的土质来决定。对于细颗粒的土，特别是淤泥质土则夯击遍数应多些。一般软土夯三遍；两遍重夯，一遍低锤满拍。最后一遍是以一锤压1/3锤进行。D、夯点布置；夯点按正方格网格布置，梅花点间夯。E、相邻两遍夯击的间隔时间：由孔隙水压力的消散情况来决定。对于湿陷性黄土，两遍夯击间隔的时间为一周以上。各点夯击数；由经验或参考已施工工程的强夯资料，选择几组夯击数作试夯，以最后两击的平均沉降不大于5cm为准。F、加固范围；加固对象的几何尺寸各不相同。夯锤的尺寸也不一样，所以，强夯的有效半径只能通过试验确定。夯实地基影响深度示意图

4.2咸阳机场航站区扩建工程试夯参数的选定

A、土的含水量

结合场地土的天然含水量，并考虑土的含水量对强夯质量的影响程度，机场采用的天然含水量为8~20%，最后，根据试夯结果确定强夯施工场地的含水量界限值的要求，以确保施工质量。B、夯位排布方式（见下图示）从强夯质量的均匀性、施工夯位排布选用3mx3m正方形方格网形式。夯点点位布置图C、强夯能量根据场地土质条件、站坪需要处理深度，并结合施工速度、强夯造价等因素考虑，选择100t.m和200t.m两种强夯能量。

D、强夯遍数根据以往的试夯结果及工程经验，选取三遍夯法。第一、二遍为间隔跳位互补夯，第三遍为夯位压叠满面夯。第一、二、三遍间必须至少有四天间隔时间。E、击数；为求得满足站坪土基处理密度质量的最佳击数，结合机场一期工程经验，第一、二遍夯位的连续夯击数选取12、15、18击三种。试夯完毕，可针对站坪土基处理质量要求，并考虑强夯施工速度、造价等因素，选定强夯施工的合理击数。4.3试夯预期达到的目标:

A、对原地基土区；跑道、滑行道、快滑道、站坪、维修坪、停机坪等基础地基承载力≥250kpa；压缩模量Es≥20Mpa，处理深度≥4M,宽度≥30~80MB、对场区站场房屋、地面、道路厂区地基承载力≥250kpa；压缩模量Es≥15Mpa，处理深度≥3.5MC、对于坑、塘、坟墓、陷穴等不良地质区处理区域均匀沉降时，考虑到主要目的为提高地基承载力，需要进行素土回填，其达到的技术指标同原地基填土区。4.4试夯施工程序试夯设计试夯试夯检测修正试夯参数强夯施工强夯设计试夯检测再试夯信息反馈夯后检测验收交工4.5试夯

按照试夯计划确定试夯区（见下表）场地整平和测记标高

平整、测量和记录夯前地面标高，设制标高控制点，为施夯准备资料。第一、二、三遍施夯完毕，均需分别整平场地，并测记场地标高。夯位放线；按照夯位排布图准确放线。按照夯位排布图准确放线。试夯过程中，必须保护好场地四周四个定位桩，以确保第一、二遍夯位排布准确。机械就位；

夯机准确就位，（包括测工、安全员、挂钓手等。试夯实施作业。夯锤底面中心应对准夯位(3mx3m)中心，其最大偏差不得超过去10cm。第一、二遍必须严格按计划表规定击数夯击，每夯一击，观测一次夯击下沉量。试夯计划表试夯场地及土的含水量W强夯能量（t.m）夯区编号每夯位击数检测深度（m）AW=8~12%(W=10%)钻孔51#100A1124.5A215/124.5A318/155200A415/126BW=13~19%(W=106%)钻孔51#100B1124.5B215/124.5B318/155200B415/126CW=19~21%(W=20%)钻孔51#100C1124.5C215/124.5C318/155200C41254.6试验及监测

试夯结束后，及时委托地质部门对加固地基进行了检测，为大面积施工选择了合理的施工参数，试验内容包括：A、载荷试验，以确定强夯后地基承载力标准值。B、标准贯入试验，辅助载荷试验判定强夯加固工艺提高地基承载力并确定有效加固深度。C、其他土工试验，测量内容应每隔50cm取土样，夯面下测定土的干密度，湿陷系数指标。D、施工过程中，对每个建筑地基抽检验点不应少于3处。试夯检测区位图试夯区测点分布图5、强夯施工5.1、施工机具5.2、强夯施工步骤5.3、咸阳机场强夯施工5.4、强夯施工顺序5.1、施夯机具

A、履带式起重机，我国大都采用履带式吊车改装。B、门架；由横梁和二个支腿组成，支腿的结构形式有格构式和管式（横梁一头衔接于吊杆头部，一头衔接于支腿），也可采用大吨位吊车直接起吊夯锤。C、脱钩装置；由带拉杆的吊钩和滑轮组成，配上牵引钢丝绳，当夯锤起到规定高度时自动脱钩落锤。D、夯锤；夯锤的选择应根据设计要求和强夯能级决定，夯锤重一般为10KN~400KN，设数个上下贯通的通气孔。可采用钢壳包钢筋混凝土锤和铸铁锤，其锤底形状可为园形、锤底面有平底，锅底、球形等。地面投影面积一般为4~8m2。5.2、施工步骤

强夯施工前，必须熟悉下列资料：A、工程地质戡察报告；B、地下坑穴普探图；C、基础施工图和夯点排布图；D、强夯地基的设计要求；E、编制施工方案；施工方案，其主要内容包括：A、选定强夯机具的类型、数量以及夯锤的质量、外型、尺寸、落距等参数；B、使地基土接近最佳含水量的措施；C、根据设计夯击遍数、击数及地质资料，按经验确定夯点的累计夯沉量和最后两击平均夯沉量，或按试夯确定这些参数；D、根据夯点排布图及强夯遍数确定施工顺序；E、保证强夯质量和工期的其它措施。大型重要工程，宜编制施工组织设计。清理场地：A、强夯施工前，应先清理施工场地农作物残留植株，树根杂草，污泥等及其它有机物质。拆除地下管线及其它构筑物。B、用推土机铲除原地表15~30cm厚草皮土及根植土层，用装载机配合自卸汽车将弃土运到甲方指定的弃土场。C、铲除根植土层后，若地表高于开夯标高，用推土机或者铲车挖至开夯标高，若地表低于开夯标高，用推土机整平后准备强夯施工。D、对于已开挖的古墓道，可采用分层人工回填蛙夯方法处理。先清理干净墓道中杂土，坑边按1：1的高宽比挖成台阶，将坑底夯实后，每层人工回填含水量为14～18％的黄土24cm厚，蛙夯2～4遍后，其上再继续分层人工回填蛙夯，直至开夯标高。强夯施工准备：A、强夯施工前，应在整平的施工场区按10m×10m方格网布点，测定开夯面5m以内(0.5m、1m、2m、3m、4m、5m深度)土的含水量，当含水量介于12～20%时，且含水量的平均值不低于15%，进行强夯施工，否则应提前3～5天增湿或换填含水量为13%～16%的黄土。B、在施工场地周围设置足够能满足施工的P，L坐标桩，每排不少于3个桩(钢桩)，并用混凝土保护，编组绘制布置图，安排测量人员定期检查，坐标桩主要控制夯位的放线及质量检测定位。C、施工前开挖临时排水沟，排水沟起点深度为地下水位下30cm，底宽1m，并设置深度为沟底以下1m的集水井。D、依据夯位布置图准确放线，夯位以3m×3m方格网定位，网格3m×3m方框为一个夯位，其放线偏差不能超过3cm.E、强夯施工能级为100t.m级，夯锤重10t，底面直径2.52m，并对称设置4～6个直径20～30cm上下贯通的排气孔。5.3、咸阳机场强夯施工(1)主要机具设备一览表名称数量单位规格型号履带式起重机2台W20050T履带式起重机2台W10015T夯锤2台φ2.5，20t夯锤2台工具式支架2台推土机1台装载机1台ZL50(2)施工人员及劳动力组织

编号名称数量1项目经理12项目总工13施工队长14质安员15起重机司机86推土机司机27铲车司机28夯沉量测量员89强夯辅助人员810普工10（3）施夯A、施夯夯锤底面中心应对准方框中心，其偏差不得超过10cm，夯击时夯锤落距(夯锤起高后开始自由下落时，锤底面至地面开夯标高的距离)10m，落锤应保持平稳，夯锤错位或夯位坑底面倾斜过大，宜填土整平后再重新夯击。B、强夯分三遍施工，第一、二遍为间隔跳夯施工。第一遍为有阴影线夯位，连夯12击，整平场地；第二遍为无阴影线夯位，连夯12击，整平场地；第三遍满面拍夯，夯痕必须相互压叠，每夯痕连夯3击，整平场地。第一、二遍最后两击平均夯沉量不得超过5cm，否则加击。C、挖方区第二遍强夯完毕并整平场地后，应测量地面标高，以控制拍夯（夯沉量15～22cm）后地面标高达到槽底设计标高。必要时，对场地应适当铲高、填低整理。强夯施工（第三遍拍夯）后地面标高与槽底设计标高的误差不得超过＋2、－3cm。D、第三遍拍夯前，应先检查场地0.5m深度内的含水量是否合适，若太干或太湿时，应采取措施润湿(提前1～2天)或晾干场地土，以确保夯拍质量。E、第二遍夯位施夯时间，与其相邻的第一次点夯夯位施夯时间间隔不得少于4天（或按规定值），每个夯位的第三遍拍夯必须在该夯区第二次施夯完毕4天后进行。夯拍夯痕叠压图F、强夯施工场地，应在强夯前做好防排水措施(设排水沟或者挡土墙)，防止基坑被雨水淹没.G、强夯作业时，指定工程技术人员跟班做好施工记录，其内容包括施工工期，夯垂质量，底面直径，落距，强夯遍数，夯位编号，夯沉量，最后两击的平均值等。H、每台强夯机劳动力组织每台强夯机每班7人组成，其中领工员兼安全检查员1人，起吊司机二人，挂钩及稳定夯锤绳2人，工程技术人员2人(含测量工)。5.4强夯施工顺序

A、应按先远离、后渐近正在施工的结构物和构筑物的方法施工，以确保现附近结构物不受强夯施工的影响。对于接近正在施工的的夯位，应采用减振沟或其它处理方法。B、强夯机械走行线路（退行）。单行退打移锤操作单行退打移锤操作双行退打移动锤操作法双行退打移动锤操作法6、质量检测

A、强夯第三遍拍夯完工21天后，即可采集原状结构土样检测强夯施工质量。检测项目为土的含水量、干密度、压缩模量、湿陷系数。检测用的原状结构土样宜用探井法挖取。B、质量检测点的数量按强夯施工面积确定。每强夯施工8000m2的面积作为一个检测单元，施工面积不足8000m2时，仍按一个单元检测。C、每个检测单元内检测点的具体检测位置，由建设、监理、设计及施工单位根据其施工质量情况共同商定。检测点应选用对施工质量有疑虑并兼顾具有代表性的位置。D、土基处理的质量标准区域深度(m)湿陷系数干密度（G/cm3）压实度路面强夯土基（包括外方区）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路面填土碾压土基（包括外方区）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机场强夯监测结果

地区工程名称夯实厚度D（m）（等分为三层）Fk（KPa）Es(MPa)咸阳市北郊咸阳机场停机坪0----1.7350211.7----3.4280273.4----521024咸阳机场跑道0----1.33602