強夯法自動脫鉤裝置

A. 簡述重錘夯實地基和強夯地基的機具設備.施工要點，質量檢查

一、重錘夯實地基是用起重機械將夯錘（2噸-3噸）提升到一定高度，然後自由落下，重復夯實地基表面。使地基表面形成一層比較密實的硬殼層，從而使地基得到加固。重錘夯實地基是利用重錘自由下落時的沖擊能來夯實淺層填土地基，使表面形成一層較為均勻的硬層來承受上部載荷。強夯的捶擊與落距要遠大於重錘夯實地基。重錘表面夯實的加固深度為1.2-2.0米，濕陷性黃土地基經重錘表面夯實後，透水性有顯著下降，可消除濕陷性，地基土密度增大，強度可提高30%，對雜填土可減少其不均勻性，提高承載力。
二、強夯地基是用起重機械（起重機或起重機配三腳架、龍門架）將大噸位（一般8-30t）夯錘起吊到6-30m高度後，自由落下，給地基土以強大的沖擊能量的夯擊，使土中出現沖擊波和很大的沖擊應力，迫使土層空隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點周圍產生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和氣體逸出，使土料重新排列，經時效壓密達到固結，從而提高地基承載力，降低其壓縮性的一種有效的地基加固方法，使表面形成一層較為均勻的硬層來承受上部載荷。工藝與重錘夯實地基類同，但錘重與落距要遠大於重錘夯實地基。
施工質量控制要點：
1、施工前應進行試夯，選定夯錘重量、底面直徑和落距，以便確定最後下沉量及相應的最少夯實遍數和總下沉量等施工參數。試夯的密實度和夯實深度必須到達設計要求。
2、基坑的夯實范圍應大於基礎底面。開挖時，基坑每邊比設計寬度加寬不宜小於0.3米，以便於夯實工作的進行，基坑邊坡適度放緩。夯實前，基坑底面應高出設計標高，預留土層的厚度可為試夯時的總下沉量加50至100毫米。夯實完畢，將基坑表面拍實至設計標高。
3、做好施工過程中的監測和記錄工作，包括檢查夯錘重和落距，對夯點放線進行復查，檢查夯坑位置，按要求檢查每個夯點的夯擊次數、每夯的夯沉量等，對各項施工參數、施工過程實施情況做好詳細記錄，作為質量控制的依據。
施工要求：
1、施工前應檢查奔錘重量、尺寸，落距控制手段，排水設施及被夯地基的土質。
2、施工中應檢查落距、夯擊遍數、夯點位置、夯擊范圍。
3、施工結束後，檢查被夯地基的強度並進行承載力檢驗。

B. 強夯加固

（一）方法簡介

強夯法是1969年法國Menard技術公司首創的一種地基加固方法。它一般通過8～30t的重錘（最重可達200t）和8～20m的落距（最大可達40m），對地基施加強大的沖擊能，強制壓實地基。

工程實踐表明，強夯法具有施工簡單、加固效果好、使用經濟等優點，因而被世界各國工程界所重視。我國在20世紀70年代末首次在天津新港3號公路進行強夯法試驗研究。強夯法在開始創立時，僅用於加固砂土和碎石土地基。經過20多年的發展和應用，它已適用於碎石土、砂土、低飽和度的粉土、粘性土、濕陷性黃土等地基的處理。在淺部岩溶發育地區，通過強夯法對地基土體的壓實，可消除土洞和淺部溶洞，對防治岩溶塌陷具有明顯的效果。

（二）加固機理

通常情況下，第一錘夯擊可使夯錘陷入地面以下1m左右深度，在這個深度范圍內，土中的固體物大部分被強制性擠壓到夯坑以下土的孔隙中，從而使土體呈超壓密狀態。因此，強夯法加固地基有以下3種不同的加固機理。

1）動力密實：強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土為動力密實機制，即強大的沖擊能強制超壓密地基，使土中氣相體積大幅度減小。

2）動力固結：強夯加固顆粒飽和土為動力固結機理，即通過強大的沖擊能沖擊破壞土的結構，使土體局部液化並產生許多裂隙，作為孔隙水的排水通道，土體發生觸變，強度逐步恢復並增強。

3）動力置換：強夯加固淤泥為動力置換機理，即強夯將碎石整體擠入淤泥成整式置換或間隔夯入淤泥成樁式碎石墩。

（三）強夯法設計

1.有效加固深度

根據我國大量的工程實踐經驗，有效加固深度的計算公式為

地質災害防治技術

式中：H為強夯的有效加固深度（m）；W為夯錘重（t）；h為落距（m）；a為與土的性質和夯擊能有關的系數，一般變化范圍為0.5～0.9，對於細粒土，夯擊能較大時可取大值。

2.強夯的單位夯擊能

強夯的單位夯擊能應根據地基土的類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，並通過現場試夯確定。在一般情況下，粗顆粒土可取1000～3000kN·m/m²；細顆粒土可取1500～4000kN·m/m² 。

3.夯錘與落距

對施工單位已有的夯錘與起重機型號進行調查後，根據所需有效加固深度與單擊夯擊能，選擇夯錘與落距。實踐表明：在單擊夯擊能相同的情況下，增加落距比增加錘重更有效。

4.確定每個夯點重復夯擊次數

通常每個夯點應多次重復夯擊，才能達到有效加固深度。最佳夯擊次數可由現場試夯所得夯擊次數與夯沉量關系曲線確定，且應同時滿足下列條件：

1）最後兩擊的平均夯沉量：當單擊夯擊能小於4000kN·m時為50mm；當單擊夯擊能為4000～6000kN·m時取100mm；當單擊夯擊能大於6000kN·m時為200mm。

2）夯坑周圍地面不應發生過大隆起。

3）不因夯坑過深而發生起錘困難。

5.夯點平面布置

1）按設計起重機開行路線、順序布置夯擊點。

2）強夯夯擊時，應力向外擴散，因此，夯擊點必須間隔5～9m夯距，如圖4－1a所示的為正確布置。若夯距太小，則應力疊加，效果降低，圖4－1b為不正確的布置。通常夯擊平面按行列式（正方形）布置施工較為方便，也可採用梅花形（等邊三角形）布置。

圖4－1 夯距布置圖

3）確定夯擊遍數。根據土的性質、夯擊能與有效加固深度確定，一般情況為2～3遍，最後再以低能量滿夯一遍。對於滲透性弱的細粒土，夯擊遍數可適當增加。

圖4－2為採用強夯4遍的平面布置。第一遍夯擊（如圖4－2中「1」所示）時，兩個夯擊點相隔7m，按行、列將整個場地夯擊完後，開始第二遍夯擊（如圖4－2中「2」所示），依此類推。

6.兩遍夯擊之間的時間間隔

兩遍夯擊之間的時間間隔，取決於土中超孔隙水壓力的消耗時間。對碎石與砂土可連續夯擊；對滲透性差的粘性土，應不少於3～4周。

圖4－2 夯擊平面布置圖

7.現場試驗測試調整

初定強夯參數，提出強夯試驗方案，進行現場試驗，經間隔時間後進行夯後測試並與夯前數據對比，檢驗強夯效果，確定正式強夯參數。

（四）強夯法的施工

1.強夯法的機具設備

強夯法的機具設備很簡單，主要為夯錘、起重機和自動脫鉤裝置。

（1）夯錘

夯錘的平面形狀一般呈圓形或方形，並有氣孔式和封閉式兩種。實踐證明，圓形和帶有氣孔的夯錘較好。錘重宜根據加固要求由計算與現場試驗確定，我國常用夯錘重8～25t，最大錘重為40t。因夯錘頻繁使用，故要求夯錘的材料堅固、耐久、不變形，理想材料為鑄鋼，也可用厚鋼板外殼，內澆築混凝土製成。錘底面積對加固效果有直接影響，對同樣的錘重，當錘底面積較小時，夯錘著地壓力更大，可形成更深的夯坑。因此，錘底面積宜按土的性質確定，岩溶塌陷一般發生在砂性土和碎石填土地段，對於這類土，一般夯錘的底面積可取2～4m²，錘底靜壓力值可取25～40kPa，對於細粒土宜取小值。錘的底面應對稱設置若干個與其頂面貫通的排氣孔，以消除高空下落時的氣墊，且便於從夯坑中起錘，孔徑可取250～300mm。

（2）起重機

西歐國家起重機大多採用履帶式吊車，日本採用輪胎式吊車。履帶式起重機穩定性好，可在臂桿端部設置輔助門架，防止夯錘在高空自動脫鉤時發生機架傾覆。吊車能力大於錘重。

（3）自動脫鉤裝置

當起重機將夯錘吊至設計高度時，要求夯錘自動脫鉤，使夯錘自由下落，夯擊地基。自動脫鉤裝置有兩種：一種利用吊車副卷揚機的鋼絲繩，吊起特製的鎖卡焊合件，使錘脫鉤下落；另一種採用定高度自動脫錘索，效果良好。

2.強夯法的施工工藝

為了保證強夯加固地基的預期效果，需要嚴格的、科學的施工技術與管理制度。

1）夯前通過詳細的工程勘察，查明場地內岩土層的分布、厚度與工程性質指標，尤其是土洞、岩溶的發育情況。

2）現場試夯與測試。在建築場地內，選取代表性小塊面積進行試夯或試驗性強夯施工。間隔一段時間後，測試加固效果，為強夯正式施工提供參數依據。

3）清理並平整場地。平整的范圍應大於建築物外圍輪廓線。

4）標明第一遍夯點位置，並測量場地高程。對每一夯實點，均要求用石灰標出夯錘底面外圍輪廓線。

5）起重機就位，夯錘對准夯點位置，測量夯前錘頂高程。

6）將夯錘起吊到預定高度，自動脫鉤，使夯錘自由下落夯實地基，放下吊鉤，測量錘頂高程。若因坑底傾斜造成夯錘歪斜時，應及時整平坑底。

7）重復步驟6），按設計規定的夯擊次數及控制標准，完成一個夯點的夯擊。

8）重復步驟5）～步驟7），按設計夯點的夯擊次序，完成第一遍全部夯點的夯擊。

9）用推土機將夯坑填平，並測量場地高程，標出第二遍夯點位置。

10）按規定的間隔時間，待前一遍強夯產生的土中孔隙水壓力消散後，再按上述步驟，逐次完成全部夯擊遍數，通常為3～5遍。最後採用低能量滿夯，將場地表層鬆土夯實，並測量場地夯後高程。

11）強夯效果質量檢測。全部夯擊結束後，按砂土1～2周，低飽和度粉土與粘性土2～4周的時間間隔，進行強夯效果質量檢測。採用兩種以上方法，檢測點不少於3處。對重要工程與復雜場地，應增加檢測方法與檢測點。檢測的深度應不小於設計地基處理的深度。

（五）強夯加固的效果

強夯法可使深層地基得到加固，因而對土洞、淺部岩溶的處理效果明顯。國內大量的工程實踐表明，強夯法有效加固深度一般為5～10m，高能量強夯法加固深度可超過10m。

C. 強夯施工應注意哪些問題

1、強夯前場地土層需穩定、固結：適用的強夯法回填土場地需先進行自然堆載預壓，自然預壓堆載時間，堆載時間要讓土層穩定，處於淤泥質土、淤泥和沖填土等飽和粘性土等要設塑料排水帶砂井等排水豎井，總之在進行強夯或者強夯置換前要使場地的土層達到自然固結或者預壓固結。
2、適用范圍：強夯法適用處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等；強夯置換法可適用高度飽和的粉土與軟塑~流塑的粘性土等對地基變形控制不嚴格的工程。
3、試夯確定地基承載力、參數、場地高程：地基強夯處理施工前，應根據施工現場有代表性的場地選取一個或幾個試驗區，進行試夯或試驗性施工。試夯後記錄試驗參數，夯點的累擊次數，累計沉降量，最後兩擊平均沉降量應滿足設計要求，強夯結束後一周至數周，要進行地基承載力檢測，以判定強夯設計、施工方案是否滿足設計承載力要求，試夯後也可確定累計沉降量，可以預估試夯後場地的水平高程、場地是否需要補土或者削土。
4、大面積施工前場地條件：施工前場地要進行平整，場地表面如果有巨大的孤石要先清除，筆者曾遇到一個工程，強夯場地表面有很多花崗岩巨石，工程技術人員都比較頭痛，最後決定試夯後清除表面孤石並整平場地；試夯後確定是否需要補土或者削土，使整個場地強夯後的地面高程能達到設計要求，以免強夯後地面標高偏高或者偏低，偏高則需削土，偏低則需回填土或再做地基處理，兩者皆造成建設成本增加和施工工期的延長。
5、場地地表下是否有地下水：如果強夯場地地表下有地下水，強夯過程需要有排放地下水的措施，如挖集水坑、排水溝等進行抽水排水；如果沒有排除地表下的地下水，強夯過程，土體中的空隙水將無法被擠壓排出、土體的空隙率將很高、密實度差，場地經強夯後無法達到設計要求。
6、排查場地周邊建築物、地下管線情況，是否設置隔震溝：由於強夯對地面的擠壓作用比較大，所以必須排查強夯區域場地周邊建築物、地下管線、市政設施情況，以面強夯破壞現有建築物基礎、地下管線和市政設施，如果有上述構築物等，則應設置隔震溝，由於設計規范和施工規范沒有涉及強夯隔震溝如何設置的內容，筆者依據個人工程實踐認為隔震溝的深度宜為強夯影響深度的0.7倍以上或者宜現場試驗決定，隔震溝的開挖需符合土方放坡穩定要求。
7、開工前檢查夯錘重量、形狀、面積、錘底靜接地面積：由於強夯機械的型號各種各樣，而且不同的夯錘其重量、面積、形狀、錘底靜接地面積也不相同；夯錘的重量不同、面積不同，強夯過程將造成夯錘對地面的沖擊力不同，所以施工、監理人員必須檢查錘型號是否符合設計要求，這是有些工程人員不重視、不注意的。
8、施工過程夯點的布置、間距問題：強夯的夯點布置放樣需符合設計要求，夯點形狀、間距（一遍強夯或者二遍強夯）都需符合設計要求，夯點夯錘之間重合、疊加的部位需符合設計和施工規范要求，如果夯點間距過大或者夯點布置形狀將改變將改變地基處理的積率，使有部分土體的地基處理效果變差。
9、檢查核實夯擊能：強夯的夯擊能必須達到設計要求，即夯錘的錘重、面積、夯錘提升高度需滿足設計所要求的沖擊能，施工、監理人員需旁站核實強夯夯擊能量。
10、檢查記錄點夯累計夯擊數、最後兩夯的平均沉降量：由於部分工程人員對設計條文不理解，沒有重視控制核查點夯的累計夯擊數和最後兩擊平均沉降量，使得場地強夯後地基處理深度無法達到設計要求，土體顆粒的密實度和孔隙率也不能達到密實要求，這是我們工程人員要理解和注意的。
11、地基處理范圍（寬度和長度）需符合設計要求：由於基礎的受力范圍為1.5~3倍基礎寬度所以建築地基處理的范圍需符合設計要求、如果不能處理得到的或者無法處理的建築物、構築物地基需進行另外的地積處理（如置換法、樁基礎、水泥攪拌樁等）。
12、個別土質情況不同的夯點：如果強夯過程由於土質情況不同導致累計沉降量比較大的夯點需進行回填補土、強夯處理，採用多次夯擊、最後三擊的平均沉降量需符合設計要求。
13、強夯點夯後需進行低夯能量的滿夯：強夯點夯完成後，需推平場地、以低能量滿夯，把場地表面的鬆土夯實，所以滿夯後無需進行場地平整，這是一項施工內容和工序，無需再進行場地平整以增加建設成本。
14、強夯後檢測問題：強夯後需依據《地基與基礎驗收規范》進行地基承載力檢測，每個構築物基礎地基檢測不少於3點且符合設計要求，本規范不同於公路市政的強夯驗收規范。
15、強夯竣工圖的繪制：強夯完成後，需依據實際情況完成繪制夯點竣工圖，確定強夯區域范圍和強夯後的地基承載力，施工、監理人員需進行簽章，為以後改建、擴建工程提供相關依據。
16、施工安全問題：由於強夯機械屬於起重機械，在強夯起吊或者落錘過程中嚴禁人員站在起重臂旁邊，也嚴禁落錘過程中工程人員靠近強夯機械，防止錘擊過程中的飛濺物傷到人員。

D. 如何准備強夯施工前的工作

試夯施工區域劃分

強夯試夯區域由業主單位、設計院、監理單位以及總承包單位共同見證選取。試夯選兩個20m×20m方形區域，為5000kN.m能級試夯區域，為4000kN.m能級試夯區域，試夯位置選擇在生產廠房西南側主道路上，道路為廠區內永久性道路，地基承載力要求高，試夯位置為生產廠區內南側區域。

強夯試點布置

（1）5000kN.m能級試點布置

強夯試點布置嚴格按照圖紙布設，第一遍夯點之間間距5m，共25個試點，按照點號為1~25順序進行點夯施工，第二遍在第一遍點夯結束，完成場地整平後進行滿夯，滿夯夯印搭接1/4錘徑。

（1）4000kN.m能級試點布置

強夯試點布置嚴格按照圖紙布設，第一遍夯點之間間距5m，共25個試點，按照點號為1~25順序進行點夯施工，第二遍在第一遍點夯結束，完成場地整平後進行滿夯，滿夯夯印搭接1/4錘徑。

施工機具

(1) 夯錘：採用25t夯錘，用鋼板製作組合而成，夯錘底部為圓形，錘底直徑為2.52m。夯錘中設計4-6排氣孔，減少錘底與土面間形成真空產生的強吸附力和夯錘下落時的空氣阻力，夯錘質量應有明顯、永久標志。

(2) 起重設備：選用履帶式起重機加裝門架支撐裝置的強夯設備，重心低，穩定性好，行走方便。

(3) 脫鉤裝置：通過動滑輪組用脫鉤裝置來起落夯錘。自動脫鉤器由吊環、耳板、銷環、吊鉤等組成。拉繩一端固定在銷柄上，另一端穿過轉向滑輪，固定在懸臂桿底部橫軸上，當夯錘起吊到要求高度，升鉤拉繩隨即拉開銷柄，夯錘便自動脫鉤下落，同時可控制每次夯擊落距一致。

(4) 門架裝置：門架支撐選用與起重機配套的裝置，防止落錘時機架傾覆。

施工技術要求

1、強夯施工的標高控制

強夯施工要求夯前及每遍夯完後均進行高程測量，並計算平均下沉量，取得數據作為技術資料存檔。

2、每遍強夯的時間間隔控制

強夯施工時要求每遍強夯應有一定的時間間隔，具體時間由現場確定。

3、夯擊按由內到外，隔行跳打原則完成全部夯點施工。

4、強夯的有效深度至少至老土層頂面，強夯須均勻可靠，對局部回填超過5m處須採取分層強夯。

強夯施工質量保證措施

1、及時在施工中將質量監控信息反饋並指導調整施工參數，確保質量。

2、強夯施工必須按設計參數和強夯工藝進行施工，夯點測量定位允許偏差±5cm；夯錘就位允許偏差±15cm；滿夯後場地整平平整度允許偏差±10cm。

3、每個夯擊點的夯擊數按單點夯後確定的沉降量及貫入度控制，如按沉降量控制時採用水準儀觀測，並做好記錄。

4、每夯擊一遍完成後，應進行場地平整和測量場地標高與平均下沉量，並再進行施工放線及放夯擊點位，方可進行下一遍夯擊，在施工過程中，對毀掉的施工夯擊點標樁，應及時進行補放，以免丟失。

E. 強夯的重錘為什麼要自動脫鉤

在建築工程的地基強夯處理施工中，經常會遇到回填土或松軟土層厚度較厚現象版(局部甚權至在10m以上)，施工時就需要使用履帶式起重機來起吊強夯柱錘至一定高度，然後讓強夯柱錘脫鉤，強夯柱錘自由落下後對地基進行加固，使得經過強夯加固的有效影響深度及深層地基承載力滿足上部建築的設計要求，以便進行下一步施工。但是由於履帶式起重機原有的脫鉤裝置是普通的掛鉤，掛鉤在鋼繩的拉動下只能作上下運動，無法傾斜，因而強夯柱錘在被吊至一定高度後其吊軸很難與掛鉤分離，既耽誤時間，又影響工作效率，安全性較差。
實用新型的目的在於提供一種在強夯柱錘被吊至設計高度後其吊軸可以自動與吊鉤分離、工作效率高、安全性好、結構簡單的新型強夯柱錘自動脫鉤裝置。
由於吊鉤的豎臂的弧線形頭部分別與支架體左銷軸和支架體右銷軸相切，因而在支架體左銷軸和支架體右銷軸作用下，吊鉤也開始傾斜，強夯柱錘的吊軸便從吊鉤的鉤臂中脫出，擊向地面，從而達到了自動脫鉤的目的。因此本實用新型具有在強夯柱錘被吊至一定高度後其吊軸可以自動與吊鉤分離、工作效率高、安全性好、結構簡單、操作容易、使用方便的優點。

F. 強夯法處理地基工程用什麼機械呢

1、夯錘
強夯錘錘重一般可取10～40t，底面方法多為圓形或多邊形。夯錘的質料最好為鑄鋼，如條件所限，則可用鋼板殼內填混凝土。夯錘底面宜對稱設置若干個φ250~300mm與頂面貫穿的排氣孔，以利於夯錘著地時坑底空氣活絡排出和起錘時減小坑底的吸力。錘底面積宜按土的性質承認，關於砂質土和碎石填土，選用底面積為2~4m2較為適合；關於一般第四紀粘性土建議用3~4m2；關於淤泥質土建議選用4~6m2為宜。錘底靜接地壓力值可取25～40kPa，關於細顆粒土錘底靜接地壓力宜取較小值。
2、起重機具
起重機具的起重才幹應大於1.5倍錘重，宜選用15t以上的履帶式起重機或其他專用的起重設備。當起重機噸位不行時，亦可採用加鋼支腿的方法，選用履帶式起重機時，可在臂桿端部設置輔佐門架，或選用其他安全措施，防止落錘時機架傾覆。
3、脫鉤器
選用自動脫鉤設備：拉繩一端固定在鎖柄上，另一端穿過轉向滑輪固定在臂桿底部橫軸上，當夯錘起吊到預定高度時，開鉤繩隨即拉緊，一同脫鉤設備打開，夯錘脫鉤下落。選用此設備可保證每次夯擊落距相同。脫鉤器要求有滿意強度，起吊時不發生滑鉤；脫鉤活絡，能堅持夯錘平穩下落，一同掛鉤便當、活絡。
4、推土機
運用履帶式推土機用作回填、整平夯坑。
5、檢測設備
有標准貫入、靜載荷試驗、靜力觸探或簡潔觸探等設備以及土工常規試驗儀器。

G. 強夯地基處理用的機械有

起重設來備為強夯的主要機自械，一般額定起重能力為夯錘重量的1.5—3倍，我國大都用履帶式吊車改裝。根據工程所採用的夯錘和起重高度來選用起重機的型號。可單機作業，也可主、副機(移錘)聯合作業。
門架由橫梁和二個支腿組成，支腿的結構形式有格構式或管式。門架上部橫梁中心絞接於吊桿頂部。脫鉤裝置強夯機械應採用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機起吊夯錘，保證強夯機在起落錘時不發生傾覆。
由帶拉桿的吊鉤和滑輪組成，配上牽引鋼絲繩，當夯錘起到規定高度時能自動脫鉤落錘。夯錘夯錘的選擇系根據土質條件、設計要求和強夯能級決定。夯錘重一般為80—400kN。設數個上下貫通的通氣孔。
夯錘的材質為鑄鋼、鑄鐵或鋼殼包混凝土幾種。其錘底形狀多為圓形，錘底面又有平底、鍋底、球形等，地面投影面積一般為4—8㎡。
推土機是強夯必不可少的輔助機械，作為場地整平壓實之用。