1、強夯法處理濕陷性黃土地基施工工法Dynamic Consolidation Method for Intensify of Self Weight Collapsing Loess 目 次1 前言12 工法特點23 適用范圍24 工藝原理25 工藝流程及操作要點36 材料與設備57 質量控制68 安全措施69 環保措施710 效益分析711 工程實例8 1 前言1.0.1黃土【loess】指的是在干燥氣候條件下形成的多孔性、具有柱狀節理的黃色粉性土，濕陷性黃土受水浸濕后會產生較大的沉陷。1.0.2 黃土成因與分布 第四紀形成的陸相黃色粉砂質土狀堆積物黃土的粒徑范圍：0.005mm0.05mm，

2、其粒度、成分百分比在不同地區和不同時代有所不同。它廣泛分布于北半球中緯度干旱和半干旱地區。黃土的礦物成分有碎屑礦物、粘土礦物及自生礦物3類。碎屑礦物主要包括石英、長石和云母，占碎屑礦物的80，其次有輝石、角閃石、綠簾石、綠泥石、磁鐵礦等；此外，黃土中碳酸鹽礦物含量較多，主要是方解石。粘土礦物主要是伊利石、蒙脫石、高嶺石、針鐵礦、含水赤鐵礦等。黃土的化學成分以SiO2占優勢，其次為Al2O3 、CaO，再次為Fe2O3、MgO、K2O 、Na2O、FeO、iO2和MnO等。黃土的物理性質表現為疏松、多孔隙，垂直節理發育，極易滲水，且有許多可溶性物質，很容易被流水侵蝕形成溝谷，也易造成沉陷和崩塌。

3、黃土顆粒之間結合不緊，孔隙度一般在4050。黃土是指原生黃土，即主要由風力作用形成的均一土體；黃土狀沉積是指經過流水改造的次生黃土。中國北方新生代晚期土狀堆積物中常見有古土壤分布，尤以黃土高原地區黃土中最為普遍。在黃土古土壤層下部的白色鈣質沉積層常以結核形式表現出來。鈣結核的形狀有長柱狀、不規則樹枝狀及圓球狀等，一般長1525cm，寬510cm。黃土在北半球各大陸均有分布，以中國北方的黃土最為典型，在黃河中游構成了著名的黃土高原。中國黃土的分布區介于北緯34°45°之間，呈東西向帶狀分布，位于北半球中緯度沙漠-黃土帶東南部。黃土分布還與東西向山脈的走向大體一致，昆侖山、秦嶺

4、、泰山一線以北黃土分布廣泛。中國黃土的總面積為 380840km2，黃土狀沉積的總面積為254440km2。其中黃河流域黃土面積為317600km2。黃土的厚度各地不一，陜西涇河與洛河流域的中下游地區，最大厚度可達180200m。中國黃土物質主要來自里海以東北緯35°45°的內陸沙漠盆地地區。沙漠盆地中的上升氣流將粉塵顆粒輸送至高空，進入西風環流系統，隨著西風帶的高空氣流自西向東 、東南飄移，至東經100°以東的地區發生大規模沉降。堆積起來的粉塵顆粒，由于生物化學風化作用，發生次生碳酸鹽化形成黃土。 1.0.3 在上覆土層自重應力作用下，或者在自重應力和附加應力共

5、同作用下，因浸水后土的結構破壞而發生顯著附加變形的土稱為濕陷性土，屬于特殊土。有些雜填土也具有濕陷性。廣泛分布于我國東北、西北、華中和華東部分地區的黃土多具濕陷性。濕陷性黃土又分為自重濕陷性和非自重濕陷性黃土。 1.0.4 黃土的分類見下表：表1.0.4-1 黃土的工程分類黃土地層名稱特征濕陷性生成年代新黃土新近堆積黃土人類文化期內沉積物，多為坡積、洪積層，不均勻，常含有砂礫、石塊及雜物，高壓縮性。一般有Q4近期一般新黃土大孔隙發育，壁立性好，部分含有砂姜石。 有Q4早期及Q3老黃土經成巖作用，較密實，壁立性強，有一定大孔隙，常夾有砂姜石層和古土層一般無Q2及Q11.0.5 在濕陷性黃土地基上

6、進行工程建設時，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。經綜合比較強夯法、CFG樁法、粉噴樁法、堆載預壓法及換填法等，最終選定經濟、環保、節省工期的施工方法強夯法。2 工法特點2.0.1 本工法是以動力固結理論為基礎，采用起重機械，反復“吊起-下落”夯錘，使地基土“液化-觸變”，從而達到密實、消除黃土濕陷性的地基處理方法之一。2.0.2 本工法采用中型機械，耗費材料極少。2.0.3 本工法操作簡單，使用人力很少，而質量容易保證。2.0.4 本工法產生的振動及噪音大，這是其缺點。2.0.5 本工法不適宜50m內有建

7、筑物，或周圍有潛在滑坡體的情況等。3 適用范圍強夯法適用于處理一般粘性土、飽和砂土、碎石土、粉土、人工填土、濕陷性黃土、淤泥質土等地基，從而提高地基強度，降低壓縮性，提高土層均勻性，減小地基不均勻沉降。本工法適用于處理濕陷性黃土地基。4 工藝原理4.0.1 土力學有效應力原理 飽和土體內任意平面上受到的總應力可分為有效應力和空隙水壓力兩部分，即總應力有效應力+空隙水壓力并且，土的變形(壓縮)或強度的變化都只取決于有效應力的變化。4.0.2 動力固結理論 土木工程地基土常常為第四紀土，其中含有有機物，以微氣泡形式存在(含氣量約占1%-4%)，在強夯該土過程中，氣相體積被壓縮，加上孔隙水被擠出，兩

8、者體積均減小。在重復夯擊作用下，氣體被壓縮接近于零時，土體變得不可壓縮，相應地孔隙水壓力上升到與覆蓋壓力相等的能量級時，土即產生液化吸附水變成了自由水，土的強度達到了最小值。與此同時，夯點四周形成規則的垂直裂縫，出現涌水現象。停止夯擊后，當孔隙水壓力消散到小于土粒間的側向壓力時，裂隙即自行閉合，土中水的運動又恢復常態。隨著孔隙水壓力的消散，土的抗剪強度和變形模量有了大幅度增長，這是由于土粒間緊密接觸，以及新吸附水層逐漸固定所致，這乃是土的觸變性。4.0.3 梅納公式 Z = a (mh)0.5 = a(E/g)0.5其中 Z強夯有效處理深度(m)； a修正系數，a = 0.300.60； m夯

9、錘質量(kg)； g重力加速度(m/s2)； h夯錘落距(m)； E夯擊能（KN.m）。4.0.4 強夯工藝參數·夯錘和落距現有機具的夯錘重量為10t，主夯和副夯的夯錘落距取10m，即單擊夯擊能為1000kN.m。滿夯的夯錘落距取7m，即單擊夯擊能為700 KN. m。·夯擊點布置及間距 強夯處理范圍覆蓋該路段整個路基處理區域，采用的夯錘錘頭直徑為4m，靜壓約8.0Kpa，主、副夯擊點布置采用等腰三角形布點。各夯區外側邊緣以夯錘外側邊緣和夯區外緣平齊為準，夯區外側夯點間距可作小范圍調整。 ·夯擊擊數與遍數單點夯擊次數應按現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定，

10、且應同時滿足以下條件： 最后兩擊的平均夯沉量不大于50； 夯坑周圍地面不應發生過大的隆起； 不因夯坑過深而發生起錘困難。符合以上要求時的夯擊次數即為該點的最佳夯擊次數，以后各點擊數也可按此確定。夯擊遍數主要是根據地基土的性質和平均夯擊能確定，夯擊遍數為一次主夯、一次副夯和一次滿夯。第一遍為主夯，夯擊點間距取5米，按正方形布置；第二遍為副夯，夯擊點位于第一遍主夯的四個夯擊點中間，使兩個主夯點和一個副夯點構成等腰三角形；第三遍為滿夯，單擊夯擊能為700 KN.m。 ·夯擊能根據施工設備、地基土類別、結構類型、荷載大小和要求處理深度確定強夯的主夯、副夯單擊夯擊能取1000kN. m2，滿夯

11、單擊夯擊能取700kN.m。4.0.5 對于填方路基地基，強夯處理寬度為路基兩側排水溝外緣以外5m之間的范圍。4.0.6 對于挖方路基地基，強夯處理寬度為路基兩側邊溝外緣之間的范圍(設置碎石落臺的路段包括碎石落臺寬度)。4.0.7 地基處理寬度范圍內(除深溝壑路段)，清除大地表面植被或土壤層后直接進行強夯處理。4.0.8 布設擋土墻的路段，擋土墻位置處必須保證墻底地面高程等于墻底的設計高程。因強夯引起地面高程小于墻底設計高程的路段，應回填夯實至墻底設計高程。4.0.9 涵洞位置處的地基必須先強夯處理后，再進行涵洞施工。 5 工藝流程及操作要點5.1 工藝流程5.0.1強夯法施工工藝流程見圖5.

12、1.1，其中第一遍點夯為主夯，第二遍點夯為副夯。5.0.1-1強夯法施工工藝流程 5.2強夯施工步驟及注意要點 5.2.1 清理并平整場地，測量強夯前場地高程。按照設計要求清理表層的草皮和腐殖土層(一般路段清表厚度不得小于15cm，腐殖土層較厚及附著有非適用材料的路段應將其清除徹底)，并挖除局部的淤泥、翻漿土層，積水路段應排除積水并將土翻松晾干。預先估計強夯后可能產生的平均地面變形，并以此確定夯前地面高程，然后用推土機平整。強夯施工前應認真查明強夯場地范圍內的地下建筑物和各種地下管線的位置及標高等，并采取措施，以免因強夯施工而造成破壞。同時對路基范圍內的坑洞、水井及平整土地中填埋的淺溝壑進行調

13、查，采取切實可行的措施消除可能產生的路基質量隱患。5.2.2 試夯 選擇有代表性的路基回填位置一到兩處，長度可定為20m作為試驗段。每一夯點可先連續夯擊5次，然后按驗收規范檢測壓實度，并測量高程。如能滿足設計要求，可據此進行正常施工；如不能滿足設計要求，應繼續增加夯擊次數，直至滿足設計要求密實度為止，并記錄其夯擊次數。5.2.3 鋪墊層或降低地下水位 對地下水位較高的飽和濕陷性黃土，需在表層鋪0.5m左右厚的松散性材料或人工降低地下水位。目的是在地表形成硬層，用以支撐起重設備，確保機械通行和施工，也可加大地下水和地表面的距離，防止夯擊時夯坑積水，土體發生流動或夯擊效率降低。鋪設的墊層材料中不能

14、含有黏性土。5.2.4 強夯施工步驟：在整平的場地上標出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程；起重機就位，使夯錘對準夯擊點的位置；測量夯前錘頂高程；將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發現因坑底傾斜而造成夯錘傾斜時，應及時整平坑底；重復上述步驟，按設計規定的夯擊次數及控制標準，完成一個夯點的夯擊；換夯點，重復上述步驟至，直到完成第一遍全部夯點的夯擊；用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數。最后按上述步驟用低能量滿夯，將場地表層夯實，滿夯錘印搭接不小于1/4夯錘的直徑，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。5.2.5 強夯加固土層的順

15、序應該是：先加固深層土，再加固中層土，最后加固表層土。5.2.6 除了測量夯擊后地基土的密實度以外，還應注意，夯擊次數的控制是以最后兩擊的夯沉降量之差不大于5cm為準的；夯坑周圍地面不應發生較大隆起，一般控制為小于等于10cm。5.2.7 深溝壑路段地基的特殊處理 若深溝壑路段的路基填料采用就地取土時，即路基填料同樣為濕陷性黃土時，原地面清表完成后，直接進行強夯處理，然后按照設計和施工規范的要求進行正常的路基填筑，每填高2m，進行1次強夯處理，同樣要求最后兩次夯沉量之差不大于5cm，直至此路段回填至設計要求的路床高度(設計要求：路床頂層摻加8%的熟石灰進行穩定)，再進行最后一次強夯處理。5.2

16、.8 土的天然含水量在低于塑限含水量的1%3%或液限含水量的0.6倍，且接近最佳含水量時，強夯效果最好。天然含水量接近最佳含水量且不大于塑限含水量，含水量分布均勻時，最后2擊夯沉量之和、之差越小，消除濕陷深度越深。在擬夯實的土層中，當土的含水量低于10%時，應對其增濕至接近最佳含水量；當土的天然含水量大于塑限含水量3%以上時，應晾干降低其含水量。5.2.9 在地表水和地下水的影響下，土體天然含水量無規律。地基的土質和含水量直接影響到強夯效果，當天然含水量大于塑限含水量時，同一夯擊能的影響深度大大減少，還會出現土體反彈現象。當濕陷性黃土處于或略低于最佳含水量時，孔隙內一般不會出現自由水。每夯完1

17、遍不必等孔隙水壓力消散，可采取連續夯擊，減少吊車移位，提高強夯施工效率，降低工程造價。5.2.10 最后2擊夯沉量之差的限值控制是強夯質量控制的關鍵，夯沉量之差要求不大于5cm。在夯沉量滿足設計要求的情況下，濕陷性消除深度亦可以滿足要求。6 材料與設備6.1 材料6.1.1 本工法除耗用燃油外，基本不用其他材料，這是本工法的優點之一。 6.2 設備6.2.1 本工法涉及的主要機具及檢測設備見表6.2.1-1。表6.2.1-1 主要機具與檢測設備序號機具或設備名稱型號用途1履帶式起重機W1-100起吊、移動夯錘2夯錘重10t，有排氣孔撞擊3推土機山工1600推土、整平、壓實4水準儀DS3高程測量

18、5標尺5m輔助高程測量6鋼卷尺50m長整體測量7鋼卷尺5m配套測量6.2.2 一般采用起重能力15t以上的履帶式起重機，具有行走方便、穩定性好等優點。起重機要有一定的起重高度，大多在1014m。6.2.3 夯錘采用鋼材與混凝土制作，夯錘底面為圓形。錘底面積宜根據土質確定，錘徑一般2m左右，底面積34m2；錘重可視需要而定，多在1020t之間，錘底靜壓力值2540kPa。一般采用脫鉤夯錘。 圖6.2.1-1 履帶式起重機及夯錘7 質量控制7.1 質量標準7.1.1 公路路基施工技術規范(JTG F10-2006)7.1.2 建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002)7.1.3公路工程質量檢驗評

19、定標準（JTG F80/1-2004）7.2 質量控制措施7.2.1 強夯施工宜在干旱季節進行。在雨期施工時應采取措施，防止場地積水，否則，將導致土質變軟、出現土體擠出現象，降低強夯效果。7.2.2 強夯施工前應對夯點放線進行嚴格的復核，其偏差應小于5cm。夯完后檢查夯坑位置，發現偏差或漏夯時應及時糾正。7.2.3 應嚴格按照施工設計圖的次序進行強夯，不得漏夯；吊機就位應按次序，并有利于多臺吊機同時施工。7.2.4 開夯前應檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設計要求。若夯錘使用過久往往因底面磨損而使重量減輕。落距未達設計要求的情況，在施工中也常發生。這些都將影響單擊夯擊能的大小。7.2.

20、5 施工過程中應按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數和末夯的夯沉量。并詳細記錄強夯的各項參數(如夯擊能、夯擊次數、每次夯擊的沉降量等)和施工等情況，以備施工結束后進行檢測。7.2.6 強夯施工結束24周后應對地基加固質量進行檢驗。檢測點位置可分別布置在夯坑內、夯坑外和夯擊區邊緣。每1000m2范圍內抽檢不宜少于3處，檢驗深度應不小于設計處理的深度。7.2.7 強夯處理后的地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用原位測試或室內土工試驗。8 安全措施8.0.1 強夯施工應有固定的作業班組，施工現場應由專人統一指揮，并建立健全安全生產責任制度和安全保證體系，對全體施工人員進行安全教育，組織學習安全技術規范及施工

21、設備的安全操作規程。8.0.2 定期和不定期地組織安全檢查，發現隱患應及時整改。8.0.3 進入現場必須戴安全帽，特殊工種應持證上崗。8.0.4 施工前應在強夯區采取隔離措施，嚴禁非操作人員進入施工現場。吊機起重臂活動范圍內嚴禁站人。8.0.5 夯機駕駛室前應安裝安全防護網，測量儀器應架設在距夯機30m以外的地方，夯錘下落位置與施工人員的安全距離為20m。8.0.6 確保夯實設備使用中的安全可靠，防止起重機吊臂在強夯時突然釋重而產生后傾。當起吊過重時，應在起重機上附加門架或支撐架，以免前傾。8.0.7 強夯機械笨重，自行能力較差，需用大量拖車方能轉場，因此應盡量減少強夯施工中的轉場頻率，提高強

22、夯機械的利用率。拖車拖動強夯機械行走時應鋪放4m×2m×0.02m 鋼板。8.0.8 強夯一段時間后(一般在1000次左右)，起重機應進行保養。檢查機械設備、動力線路，鋼絲繩磨損等情況，重點檢查調整回轉臺平衡鉤輪與導軌的間距，避免加大對平衡鉤輪的沖擊。8.0.9 施工應按計劃有序進行，保持現場安全及文明施工。8.0.10強夯前，應對起重機、滑輪組及脫鉤器等進行全面檢查，并進行試吊及試夯，待一切正常后，方可強夯。8.0.11 在距離周圍建筑物50m范圍內之地基土不宜采用強夯。若必須采用強夯時，則應采取相應的預防措施。因強夯施工是利用夯錘的巨大沖擊能和沖擊波反復夯擊地基土表面，由此產生的噪音和振動對周圍的建筑物（或滑坡體）和居民將造成一定的不利影響，這些擾民問題必須在施工中考慮到。當遇距離小于40m的建筑物時，