三、分层分步回填强夯施工工法

分层分步回填强夯施工工法

山西机械化建设集团公司

张丽孙学强孙强侯宇程寇孝仕前言传统露天开采需要剥离上层岩土，排弃大量的土石，尤其较深的露天矿，往往占用大面积耕地与建筑用地，对原地形地貌破坏严重，治理难度大，成本高。是制约露天开采后土地治理技术的推广和发展的一大难题。由于填土为露天开采时就地排弃的碎石土，压缩性大。一次性回填厚度较大时，土石分离现象明显，密实度小，欠固结。作业过程中发现，单点累计夯沉量达到4m以上,夯击数远超设计要求，起重工需借助爬梯挂钩，工作效率大幅降低。提锤过程中频繁出现偏锤、翻锤现象，存在较大安全隐患。而单击沉降量不能得到有效控制，且未发现吸锤、隆起，基岩未破坏。针对上述问题，我集团公司结合现场多次试验数据的分析结果开展科技创新，取得了“分层分步回填强夯法”这一新成果，由于处理地基对上层建（构）筑物承载作用效果明显，工后沉降小，技术先进，可操作性强。通过对单点总夯沉量的控制，拓展了中高能级高填方强夯施工的应用前景，有明显的社会效益和经济效益。工法特点填方作业时,每层分步回填,每步通过工程车拉运土往返过程中的动荷载作用下,形成初步的压实效果（必要时可用压路机辅助）。结合单层回填后的强夯作业从而达到高效、可靠的加固效果。分层分步回填后，在保证质量的前提下，强夯单点总夯沉量控制在2.5m左右，杜绝了挂钩、提锤困难等问题，且最后两击沉降量在设计要求范围内，拓展了强夯作业的可行性、适用性。分层分步回填可就地取材，最大限度保证矿山开采过程中原地排弃土石的回收再利用。有利于控制填土级配，防止单层填土过高时重力作用下造成的土石分离，从而杜绝块石堆积形成的多缝隙地基处理薄弱地带。鉴于建设项目的单一性，将每步压实数据整理分析后结合地基加固原理应用于施工，通过对试验段施工数据分析，动态调整回填厚度和强夯能级，确保施工安全、高效、快速。能促进露天煤矿废弃矿坑的土地循环再利用，恢复露天开采对原地貌形成的破坏，满足矿山不良地质治理过程中的节能环保要求。适用范围适用于以块石、碎石土为主要填料的高填方地基处理。

工艺原理分层分步回填强夯是采用分层分步回填方式，即每层填土分多步回填至强夯作业厚度,可控制填土级配,防止土石分离。每步通过施工车辆运土过程中的动荷载作用,对填土进行初步压实,再结合后续强夯作业进行地基加固的一种方法。经试验段施工收集数据表明,每步填土密实度为上大下小，强夯后密实度在有效深度范围内为下大上小。不同的两种机理相互作用，加固效果显著增强，且有效地避免了夯坑过深的施工难题。碾压强夯实践表明通过控制每步填土厚度将强夯总夯沉量控制在2.5m以内为宜，易于挂钩提锤。在保证施工质量的前提下，提高了强夯作业的安全性和可操作性。施工工艺流程及操作要点施工工艺流程数据采集分析一基底清理一抄平标线，分层回填一强夯作业一检测分析。操作要点数据采集分析首先选用有代表性的填土进行试验段施工，经对不同厚度回填压实效果数据分析，确定单步回填厚度，一般控制在1.5〜2.5m。再分步回填至单层强夯厚度，进行试夯，对单击总夯沉量及加固效果进行分析。直至符合设计质量要求并具备安全施工作业条件为止。基底清理施工作业前将基底滞留水清理干净，无巨石杂物等，与周围边坡接茬处挖成台阶状，避免回填土滑移塌方。抄平标线，分层回填在工作面周围边坡等相对较高位置撒线定桩标出回填高度，之后分步回填，回填过程中采用水准仪测量抄平。分层回填施工工艺见图5.2.3分层分步回填施工工艺流程图。施工准备1抄平丿标线填料筛选分层填筑压实数据分析图5.2.3分层分步回填施工工艺流程图分层回填施工操作要点：1）由于露天开采后弃土中土石比例不确定，碎石粒径差别大。根据工程要求需对超大粒径碎石进行分拣破碎，确保回填料中土石混合均匀，防止出现碎石扎堆现象。有建筑物区域严格控制最大碎石粒径，确保后续工程顺利进行。每层最后一步填土1.5米以上厚度填土碎石粒径最大不宜超过300mm，避免强夯作业过程中整平困难。2） 严格控制填土厚度。根据现场回填土密实度、含水量等各项指标，结合工程车（压路机）动荷载作用下的压实效果动态调整分步回填厚度。3） 对工程车往返碾压效果通过试验确定，局部压实效果不佳的采用压路机碾压补强。4） 矿坑坑顶周边要设置截水沟，防止雨季施工过程中降水在坑内聚积；矿坑坡体存在的废弃井巷、采空区等要及时注浆封堵，预防老窑水回灌；煤层底板顶部有岩层裂隙水，局部潜水存在时，把水抽干晾晒后，该层回填料选用遇水不易泥化，级配良好的碎石料进行回填，人为引导该地域渗透地表水的走向，以证地下水系统的平衡与畅通。5） 场地处理至设计标高以下2-4m时，改用素土回填碾压，以利于地表植被生长与相应生态系统的恢复。6） 在施工过程中，要动态、合理调整机械设备配置，对取土区域、运土线路、填土及强夯工作面进行整体规划，尽可能形成流水施工格局。强夯作业强夯施工工艺见图5.2.4-1强夯施工工艺流程图。

图5.2.4-1强夯施工工艺流程图强夯施工操作要点：1）针对现场地势以及顶面设计坡度的不同，施工各区域回填厚度不一致，需设置至少两种以上能级的强夯施工参数。2） 在保证质量的前提下，强夯单点总夯沉量控制在2.5m左右，杜绝了挂钩、提锤困难等问题，且最后两击沉降量在设计要求范围内。3） 强夯作业面50m范围内，严禁任何非作业人员及车辆入内，以防碎石飞溅伤人。4） 相邻两步填土的夯点应错位布点。5） 强夯施工降噪：施工区域周边存在居民区、养殖场等生活、生产设施时，通过对施工场界进行多点位噪声测量，各测点等效连续A声级不得大于55dB(A),且强夯机、破碎锤等机械设备不得夜间施工。在水平距离50m、垂直距离15m范围内，必须降低填土厚度，改用低能级强夯或压路机作业方式,并设置隔振沟。周边建筑物、边坡变形与沉降观测：当强夯对场地附近建筑物可能造成振害时，应设置监测点，必要时挖掘隔振沟或分层碾压等防振措施，如发生紧急情况应有专项应急预防方案。对每层处理后的地基均需要沉降观测，观测地基的沉降量、沉降差及沉降速度，预测填土的整体沉降量，且需一直观测至沉降稳定为检测技术与分析即通过施工阶段各项原位测试的数据收集，结合理论计算值的分析比较，得出经处理后地基的承载力及填土密实度等参数，并及时反馈指导设计和施工。主要的检测项目参见下表。表5.2.5强夯地基质量检测项目汇总表序号检测项目检测仪器检测频率检测目的1浅层平板载荷试验液压千斤顶，0.4级精密压力表，百分表，压重块每个检验批不少于3个确定每强夯回填层的地基承载力特征值和变形模量2重型动力触探钻机，落锤，钻头钻杆终夯后每个检验批不少于3个密实度分层统计和地基处理效果评价3瑞雷面波测试数字图像检测仪，检波器，笔记本电脑每个检验批夯前夯后各一次判定强夯影响深度4大体积密度试验电子台秤，量筒每个检验批夯前夯后不少于3个确定夯后回填土重度值材料与设备材料要求：不得使用泥炭、淤泥、耕土、冻土、生活垃圾及有机质含量大于5%的土。宜选用匀质的同类土填筑，用于回填的岩石，必须保证粒径小于500mm且不大于分层厚度的2/3，大于500mm的石块应打碎。大块填料不应集中，且不宜填在分段接头处或回填与山坡连接处。两种透水性不同的填料分层填筑时，上层宜填透水性较小的填料。填料含水量与最佳含水量的偏差控制在±2%范围内，含水量过大或过小的土不能用于填方。设备强夯设备根据设计要求的强夯能级，选用带有自动脱钩器装置、与夯锤质量相匹配的履带式起重机或其它专用设备。中、高能级强夯施工时，起重机宜配门架或采取其它措施，防止落锤时机架倾覆。脱钩器的设计应保证强度和耐久性，结构形式应轻便灵活、易于操作。夯锤底面宜为圆形，重心应在中垂线上，且低于1/2夯锤高度，夯锤底面积宜按土的性质确定，锤底静接地压力值可取 25kPa〜40kPa，高能级强夯，锤底接地压力值可增加至80kPa，强夯夯锤宜按底面积大小，均匀设置4〜6个直径250mm〜500mm上下贯通的排气孔。强夯置换夯锤宜在周边设置排气槽。夯锤质量应有明显、永久的标志。推土机：采用140或D85型号的推土机均可。压路机：根据压实度设计要求，选用适宜的压路机。自卸汽车：根据工程量、施工进度及施工作业面，选用适宜的自卸汽车。质量控制土石方工程按照施工、试验规程要求，进行土质分析试验，对施工区内所有土样进行全面系统的物理性能指标试验和有关力学性能指标试验，以便准确地确定土壤性质和类别，为施工提供准确可靠的依据。严格控制回填土质量，填方用土要严格选择。严格控制回填土的厚度。成分简单、粒径均匀的回填土可采用抛填。成分复杂、粒径不均匀的块石和碎石回填地基，采用分层分步回填，禁止抛填。严格控制回填土的含水量。加强复测，进行严格定位，在坡顶、坡脚设置明显标志和边线，并设专人检查。施工前和施工中，采取各种防排水措施，永久同临时结合，确保填方稳定。强夯工程点夯质量控制要点：开夯前应检查夯锤重量和落距，以确保单击夯击能符合设计要求。在每遍点夯前，应对夯点位置进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏位或漏夯应及时补夯。施工过程中必须及时检查各项测试数据（如夯沉量、地面隆起量）和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其它有效措施。偏差控制标准1夯锤落距允许偏差土300mm。2锤重允许偏差土100kg。夯点偏差土50mm。质量保证技术措施测放的夯点位置,应用明显的标志标出夯位中心点,并用白灰粉撒出夯位轮廓线。夯锤气孔保持畅通,如遇堵塞,应随时将塞土清除。如施工中发现锤偏离坑中心,应立即调整对中,夯击后如发现坑底歪斜较大,需及时用填料将坑底垫平后,方可继续夯击。密切注意异常现象,对夯沉量异常、夯锤反弹、地表隆起要加强监测，如实记录,并及时报告业主和监理工程师研究解决办法。消除质量通病的措施夯点偏移和夯锤歪斜是强夯施工最容易出现的质量通病，施工中将采用以下针对性措施：夯点偏移：严格测量放线夯前复核制度，确保夯点位置正确、精度满足要求。夯锤就位前，使夯锤对准夯点位置。夯锤歪斜：夯击时，落锤保持平稳；如坑底歪斜过大，及时采用填料将坑底垫平。安全措施强夯机械为大型施工机械，在操作时，需采取相应的技术措施和监测措施，从而确保整个施工的安全。夯机的作业场地应平整，门架底座与夯机着地部位应保持水平，不得一条履带低一条履带高，当下沉超过100mm时，应重新垫高。夯机回转刹车必须可靠有效，蜗轮和蜗杆必须有自锁功能。吊杆刹车必须按出厂规定执行。强夯机械的门架、横梁、脱钩器等主要结构和部件的材料及制作质量，应经过严格检查，对不符合设计要求的，不得使用。夯机在工作状态时，起重臂仰角应置于70°。梯形门架支腿不得前后错位，门架支腿在未支稳垫实前，不得提锤。门架上部应向车身倾斜5°左右，保持门架和起重臂成三角形态。变换夯位后，应重新检查门架支腿，确认稳固可靠，然后再将锤提升100〜300mm，检查整机的稳定性，确认可靠后，方可作业。夯锤下落后，在吊钩尚未降至夯锤吊环附近前，操作人员不得提前下坑挂钩。从坑中提锤时，严禁挂钩人员站在锤上随锤提升。当夯锤留有相应的通气孔在作业中出现堵塞现象时，应随时清理。但严禁在锤下进行清理。8.10当夯坑内有积水或因粘土产生的锤底吸附力增大时，应采取措施排除，不得强行提锤。8.11组装门架拆门架时应把吊杆和门架放倒在地面上组装和拆卸，并检查各个连接部位螺栓、钢丝绳磨损情况。钢丝绳按规定要求应及时更换。8.12作业后，把夯机停放平稳在坚实地面上。并把回转刹车刹好。把夯锤放到地面上。把操作杆放到空挡位置，关闭电源，锁好门窗。环保措施加强环保教育组织职工学习环保知识，加强环保意识，使大家认识到建筑工程环境保护的重要性和必要性。强化环保管理定期进行环境检查，及时处理违章事宜，主动联系当地政府环保机构，请示汇报环保工作，做到文明施工。建立环保责任制。美化施工场地保持工地整齐干净卫生，施工中尽量减少对周围绿化环境的影响和植被的破坏。控制扬尘污染做好防尘工作，在干旱少雨时，对施工现场以洒水降尘为主，减少尘土飘散对施工现场及周围环境的污染。使施工作业产生的灰尘公害减少到最低限度。控制噪声污染在施工过程中，项目部将根据具体情况，采取有效的隔音技术手段和管理措施将施工噪声控制到最低程度。效益分析本工法与同类地基处理工程的工法相比，工序简单、工程进度快、加固效果好、有利于安全文明施工、有效促进露天煤矿废弃矿坑的土地循环再利用，恢复露天开采对原地貌形成的破坏，满足矿山不良地质治理过程中的节能环保要求，社会效益和环境效益明显。本工法与传统单一回填碾压或高填方强夯的施工作业方式相比，通过两种不同加固机理的作业方式相互结合，各取所长，形成流水施工模式。同时巧妙地利用了工程车往返拉运土过程中的动荷载作