强夯法自动脱钩装置

A. 简述重锤夯实地基和强夯地基的机具设备.施工要点，质量检查

一、重锤夯实地基是用起重机械将夯锤（2吨-3吨）提升到一定高度，然后自由落下，重复夯实地基表面。使地基表面形成一层比较密实的硬壳层，从而使地基得到加固。重锤夯实地基是利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层填土地基，使表面形成一层较为均匀的硬层来承受上部载荷。强夯的捶击与落距要远大于重锤夯实地基。重锤表面夯实的加固深度为1.2-2.0米，湿陷性黄土地基经重锤表面夯实后，透水性有显著下降，可消除湿陷性，地基土密度增大，强度可提高30%，对杂填土可减少其不均匀性，提高承载力。
二、强夯地基是用起重机械（起重机或起重机配三脚架、龙门架）将大吨位（一般8-30t）夯锤起吊到6-30m高度后，自由落下，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层空隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土料重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性的一种有效的地基加固方法，使表面形成一层较为均匀的硬层来承受上部载荷。工艺与重锤夯实地基类同，但锤重与落距要远大于重锤夯实地基。
施工质量控制要点：
1、施工前应进行试夯，选定夯锤重量、底面直径和落距，以便确定最后下沉量及相应的最少夯实遍数和总下沉量等施工参数。试夯的密实度和夯实深度必须到达设计要求。
2、基坑的夯实范围应大于基础底面。开挖时，基坑每边比设计宽度加宽不宜小于0.3米，以便于夯实工作的进行，基坑边坡适度放缓。夯实前，基坑底面应高出设计标高，预留土层的厚度可为试夯时的总下沉量加50至100毫米。夯实完毕，将基坑表面拍实至设计标高。
3、做好施工过程中的监测和记录工作，包括检查夯锤重和落距，对夯点放线进行复查，检查夯坑位置，按要求检查每个夯点的夯击次数、每夯的夯沉量等，对各项施工参数、施工过程实施情况做好详细记录，作为质量控制的依据。
施工要求：
1、施工前应检查奔锤重量、尺寸，落距控制手段，排水设施及被夯地基的土质。
2、施工中应检查落距、夯击遍数、夯点位置、夯击范围。
3、施工结束后，检查被夯地基的强度并进行承载力检验。

B. 强夯加固

（一）方法简介

强夯法是1969年法国Menard技术公司首创的一种地基加固方法。它一般通过8～30t的重锤（最重可达200t）和8～20m的落距（最大可达40m），对地基施加强大的冲击能，强制压实地基。

工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。我国在20世纪70年代末首次在天津新港3号公路进行强夯法试验研究。强夯法在开始创立时，仅用于加固砂土和碎石土地基。经过20多年的发展和应用，它已适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土、粘性土、湿陷性黄土等地基的处理。在浅部岩溶发育地区，通过强夯法对地基土体的压实，可消除土洞和浅部溶洞，对防治岩溶塌陷具有明显的效果。

（二）加固机理

通常情况下，第一锤夯击可使夯锤陷入地面以下1m左右深度，在这个深度范围内，土中的固体物大部分被强制性挤压到夯坑以下土的孔隙中，从而使土体呈超压密状态。因此，强夯法加固地基有以下3种不同的加固机理。

1）动力密实：强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土为动力密实机制，即强大的冲击能强制超压密地基，使土中气相体积大幅度减小。

2）动力固结：强夯加固颗粒饱和土为动力固结机理，即通过强大的冲击能冲击破坏土的结构，使土体局部液化并产生许多裂隙，作为孔隙水的排水通道，土体发生触变，强度逐步恢复并增强。

3）动力置换：强夯加固淤泥为动力置换机理，即强夯将碎石整体挤入淤泥成整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。

（三）强夯法设计

1.有效加固深度

根据我国大量的工程实践经验，有效加固深度的计算公式为

地质灾害防治技术

式中：H为强夯的有效加固深度（m）；W为夯锤重（t）；h为落距（m）；a为与土的性质和夯击能有关的系数，一般变化范围为0.5～0.9，对于细粒土，夯击能较大时可取大值。

2.强夯的单位夯击能

强夯的单位夯击能应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m²；细颗粒土可取1500～4000kN·m/m² 。

3.夯锤与落距

对施工单位已有的夯锤与起重机型号进行调查后，根据所需有效加固深度与单击夯击能，选择夯锤与落距。实践表明：在单击夯击能相同的情况下，增加落距比增加锤重更有效。

4.确定每个夯点重复夯击次数

通常每个夯点应多次重复夯击，才能达到有效加固深度。最佳夯击次数可由现场试夯所得夯击次数与夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：

1）最后两击的平均夯沉量：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m时取100mm；当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm。

2）夯坑周围地面不应发生过大隆起。

3）不因夯坑过深而发生起锤困难。

5.夯点平面布置

1）按设计起重机开行路线、顺序布置夯击点。

2）强夯夯击时，应力向外扩散，因此，夯击点必须间隔5～9m夯距，如图4－1a所示的为正确布置。若夯距太小，则应力叠加，效果降低，图4－1b为不正确的布置。通常夯击平面按行列式（正方形）布置施工较为方便，也可采用梅花形（等边三角形）布置。

图4－1 夯距布置图

3）确定夯击遍数。根据土的性质、夯击能与有效加固深度确定，一般情况为2～3遍，最后再以低能量满夯一遍。对于渗透性弱的细粒土，夯击遍数可适当增加。

图4－2为采用强夯4遍的平面布置。第一遍夯击（如图4－2中“1”所示）时，两个夯击点相隔7m，按行、列将整个场地夯击完后，开始第二遍夯击（如图4－2中“2”所示），依此类推。

6.两遍夯击之间的时间间隔

两遍夯击之间的时间间隔，取决于土中超孔隙水压力的消耗时间。对碎石与砂土可连续夯击；对渗透性差的粘性土，应不少于3～4周。

图4－2 夯击平面布置图

7.现场试验测试调整

初定强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试验，经间隔时间后进行夯后测试并与夯前数据对比，检验强夯效果，确定正式强夯参数。

（四）强夯法的施工

1.强夯法的机具设备

强夯法的机具设备很简单，主要为夯锤、起重机和自动脱钩装置。

（1）夯锤

夯锤的平面形状一般呈圆形或方形，并有气孔式和封闭式两种。实践证明，圆形和带有气孔的夯锤较好。锤重宜根据加固要求由计算与现场试验确定，我国常用夯锤重8～25t，最大锤重为40t。因夯锤频繁使用，故要求夯锤的材料坚固、耐久、不变形，理想材料为铸钢，也可用厚钢板外壳，内浇筑混凝土制成。锤底面积对加固效果有直接影响，对同样的锤重，当锤底面积较小时，夯锤着地压力更大，可形成更深的夯坑。因此，锤底面积宜按土的性质确定，岩溶塌陷一般发生在砂性土和碎石填土地段，对于这类土，一般夯锤的底面积可取2～4m²，锤底静压力值可取25～40kPa，对于细粒土宜取小值。锤的底面应对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔，以消除高空下落时的气垫，且便于从夯坑中起锤，孔径可取250～300mm。

（2）起重机

西欧国家起重机大多采用履带式吊车，日本采用轮胎式吊车。履带式起重机稳定性好，可在臂杆端部设置辅助门架，防止夯锤在高空自动脱钩时发生机架倾覆。吊车能力大于锤重。

（3）自动脱钩装置

当起重机将夯锤吊至设计高度时，要求夯锤自动脱钩，使夯锤自由下落，夯击地基。自动脱钩装置有两种：一种利用吊车副卷扬机的钢丝绳，吊起特制的锁卡焊合件，使锤脱钩下落；另一种采用定高度自动脱锤索，效果良好。

2.强夯法的施工工艺

为了保证强夯加固地基的预期效果，需要严格的、科学的施工技术与管理制度。

1）夯前通过详细的工程勘察，查明场地内岩土层的分布、厚度与工程性质指标，尤其是土洞、岩溶的发育情况。

2）现场试夯与测试。在建筑场地内，选取代表性小块面积进行试夯或试验性强夯施工。间隔一段时间后，测试加固效果，为强夯正式施工提供参数依据。

3）清理并平整场地。平整的范围应大于建筑物外围轮廓线。

4）标明第一遍夯点位置，并测量场地高程。对每一夯实点，均要求用石灰标出夯锤底面外围轮廓线。

5）起重机就位，夯锤对准夯点位置，测量夯前锤顶高程。

6）将夯锤起吊到预定高度，自动脱钩，使夯锤自由下落夯实地基，放下吊钩，测量锤顶高程。若因坑底倾斜造成夯锤歪斜时，应及时整平坑底。

7）重复步骤6），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。

8）重复步骤5）～步骤7），按设计夯点的夯击次序，完成第一遍全部夯点的夯击。

9）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程，标出第二遍夯点位置。

10）按规定的间隔时间，待前一遍强夯产生的土中孔隙水压力消散后，再按上述步骤，逐次完成全部夯击遍数，通常为3～5遍。最后采用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量场地夯后高程。

11）强夯效果质量检测。全部夯击结束后，按砂土1～2周，低饱和度粉土与粘性土2～4周的时间间隔，进行强夯效果质量检测。采用两种以上方法，检测点不少于3处。对重要工程与复杂场地，应增加检测方法与检测点。检测的深度应不小于设计地基处理的深度。

（五）强夯加固的效果

强夯法可使深层地基得到加固，因而对土洞、浅部岩溶的处理效果明显。国内大量的工程实践表明，强夯法有效加固深度一般为5～10m，高能量强夯法加固深度可超过10m。

C. 强夯施工应注意哪些问题

1、强夯前场地土层需稳定、固结：适用的强夯法回填土场地需先进行自然堆载预压，自然预压堆载时间，堆载时间要让土层稳定，处于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土等要设塑料排水带砂井等排水竖井，总之在进行强夯或者强夯置换前要使场地的土层达到自然固结或者预压固结。
2、适用范围：强夯法适用处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等；强夯置换法可适用高度饱和的粉土与软塑~流塑的粘性土等对地基变形控制不严格的工程。
3、试夯确定地基承载力、参数、场地高程：地基强夯处理施工前，应根据施工现场有代表性的场地选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试夯后记录试验参数，夯点的累击次数，累计沉降量，最后两击平均沉降量应满足设计要求，强夯结束后一周至数周，要进行地基承载力检测，以判定强夯设计、施工方案是否满足设计承载力要求，试夯后也可确定累计沉降量，可以预估试夯后场地的水平高程、场地是否需要补土或者削土。
4、大面积施工前场地条件：施工前场地要进行平整，场地表面如果有巨大的孤石要先清除，笔者曾遇到一个工程，强夯场地表面有很多花岗岩巨石，工程技术人员都比较头痛，最后决定试夯后清除表面孤石并整平场地；试夯后确定是否需要补土或者削土，使整个场地强夯后的地面高程能达到设计要求，以免强夯后地面标高偏高或者偏低，偏高则需削土，偏低则需回填土或再做地基处理，两者皆造成建设成本增加和施工工期的延长。
5、场地地表下是否有地下水：如果强夯场地地表下有地下水，强夯过程需要有排放地下水的措施，如挖集水坑、排水沟等进行抽水排水；如果没有排除地表下的地下水，强夯过程，土体中的空隙水将无法被挤压排出、土体的空隙率将很高、密实度差，场地经强夯后无法达到设计要求。
6、排查场地周边建筑物、地下管线情况，是否设置隔震沟：由于强夯对地面的挤压作用比较大，所以必须排查强夯区域场地周边建筑物、地下管线、市政设施情况，以面强夯破坏现有建筑物基础、地下管线和市政设施，如果有上述构筑物等，则应设置隔震沟，由于设计规范和施工规范没有涉及强夯隔震沟如何设置的内容，笔者依据个人工程实践认为隔震沟的深度宜为强夯影响深度的0.7倍以上或者宜现场试验决定，隔震沟的开挖需符合土方放坡稳定要求。
7、开工前检查夯锤重量、形状、面积、锤底静接地面积：由于强夯机械的型号各种各样，而且不同的夯锤其重量、面积、形状、锤底静接地面积也不相同；夯锤的重量不同、面积不同，强夯过程将造成夯锤对地面的冲击力不同，所以施工、监理人员必须检查锤型号是否符合设计要求，这是有些工程人员不重视、不注意的。
8、施工过程夯点的布置、间距问题：强夯的夯点布置放样需符合设计要求，夯点形状、间距（一遍强夯或者二遍强夯）都需符合设计要求，夯点夯锤之间重合、叠加的部位需符合设计和施工规范要求，如果夯点间距过大或者夯点布置形状将改变将改变地基处理的积率，使有部分土体的地基处理效果变差。
9、检查核实夯击能：强夯的夯击能必须达到设计要求，即夯锤的锤重、面积、夯锤提升高度需满足设计所要求的冲击能，施工、监理人员需旁站核实强夯夯击能量。
10、检查记录点夯累计夯击数、最后两夯的平均沉降量：由于部分工程人员对设计条文不理解，没有重视控制核查点夯的累计夯击数和最后两击平均沉降量，使得场地强夯后地基处理深度无法达到设计要求，土体颗粒的密实度和孔隙率也不能达到密实要求，这是我们工程人员要理解和注意的。
11、地基处理范围（宽度和长度）需符合设计要求：由于基础的受力范围为1.5~3倍基础宽度所以建筑地基处理的范围需符合设计要求、如果不能处理得到的或者无法处理的建筑物、构筑物地基需进行另外的地积处理（如置换法、桩基础、水泥搅拌桩等）。
12、个别土质情况不同的夯点：如果强夯过程由于土质情况不同导致累计沉降量比较大的夯点需进行回填补土、强夯处理，采用多次夯击、最后三击的平均沉降量需符合设计要求。
13、强夯点夯后需进行低夯能量的满夯：强夯点夯完成后，需推平场地、以低能量满夯，把场地表面的松土夯实，所以满夯后无需进行场地平整，这是一项施工内容和工序，无需再进行场地平整以增加建设成本。
14、强夯后检测问题：强夯后需依据《地基与基础验收规范》进行地基承载力检测，每个构筑物基础地基检测不少于3点且符合设计要求，本规范不同于公路市政的强夯验收规范。
15、强夯竣工图的绘制：强夯完成后，需依据实际情况完成绘制夯点竣工图，确定强夯区域范围和强夯后的地基承载力，施工、监理人员需进行签章，为以后改建、扩建工程提供相关依据。
16、施工安全问题：由于强夯机械属于起重机械，在强夯起吊或者落锤过程中严禁人员站在起重臂旁边，也严禁落锤过程中工程人员靠近强夯机械，防止锤击过程中的飞溅物伤到人员。

D. 如何准备强夯施工前的工作

试夯施工区域划分

强夯试夯区域由业主单位、设计院、监理单位以及总承包单位共同见证选取。试夯选两个20m×20m方形区域，为5000kN.m能级试夯区域，为4000kN.m能级试夯区域，试夯位置选择在生产厂房西南侧主道路上，道路为厂区内永久性道路，地基承载力要求高，试夯位置为生产厂区内南侧区域。

强夯试点布置

（1）5000kN.m能级试点布置

强夯试点布置严格按照图纸布设，第一遍夯点之间间距5m，共25个试点，按照点号为1~25顺序进行点夯施工，第二遍在第一遍点夯结束，完成场地整平后进行满夯，满夯夯印搭接1/4锤径。

（1）4000kN.m能级试点布置

强夯试点布置严格按照图纸布设，第一遍夯点之间间距5m，共25个试点，按照点号为1~25顺序进行点夯施工，第二遍在第一遍点夯结束，完成场地整平后进行满夯，满夯夯印搭接1/4锤径。

施工机具

(1) 夯锤：采用25t夯锤，用钢板制作组合而成，夯锤底部为圆形，锤底直径为2.52m。夯锤中设计4-6排气孔，减少锤底与土面间形成真空产生的强吸附力和夯锤下落时的空气阻力，夯锤质量应有明显、永久标志。

(2) 起重设备：选用履带式起重机加装门架支撑装置的强夯设备，重心低，稳定性好，行走方便。

(3) 脱钩装置：通过动滑轮组用脱钩装置来起落夯锤。自动脱钩器由吊环、耳板、销环、吊钩等组成。拉绳一端固定在销柄上，另一端穿过转向滑轮，固定在悬臂杆底部横轴上，当夯锤起吊到要求高度，升钩拉绳随即拉开销柄，夯锤便自动脱钩下落，同时可控制每次夯击落距一致。

(4) 门架装置：门架支撑选用与起重机配套的装置，防止落锤时机架倾覆。

施工技术要求

1、强夯施工的标高控制

强夯施工要求夯前及每遍夯完后均进行高程测量，并计算平均下沉量，取得数据作为技术资料存档。

2、每遍强夯的时间间隔控制

强夯施工时要求每遍强夯应有一定的时间间隔，具体时间由现场确定。

3、夯击按由内到外，隔行跳打原则完成全部夯点施工。

4、强夯的有效深度至少至老土层顶面，强夯须均匀可靠，对局部回填超过5m处须采取分层强夯。

强夯施工质量保证措施

1、及时在施工中将质量监控信息反馈并指导调整施工参数，确保质量。

2、强夯施工必须按设计参数和强夯工艺进行施工，夯点测量定位允许偏差±5cm；夯锤就位允许偏差±15cm；满夯后场地整平平整度允许偏差±10cm。

3、每个夯击点的夯击数按单点夯后确定的沉降量及贯入度控制，如按沉降量控制时采用水准仪观测，并做好记录。

4、每夯击一遍完成后，应进行场地平整和测量场地标高与平均下沉量，并再进行施工放线及放夯击点位，方可进行下一遍夯击，在施工过程中，对毁掉的施工夯击点标桩，应及时进行补放，以免丢失。

E. 强夯的重锤为什么要自动脱钩

在建筑工程的地基强夯处理施工中，经常会遇到回填土或松软土层厚度较厚现象版(局部甚权至在10m以上)，施工时就需要使用履带式起重机来起吊强夯柱锤至一定高度，然后让强夯柱锤脱钩，强夯柱锤自由落下后对地基进行加固，使得经过强夯加固的有效影响深度及深层地基承载力满足上部建筑的设计要求，以便进行下一步施工。但是由于履带式起重机原有的脱钩装置是普通的挂钩，挂钩在钢绳的拉动下只能作上下运动，无法倾斜，因而强夯柱锤在被吊至一定高度后其吊轴很难与挂钩分离，既耽误时间，又影响工作效率，安全性较差。
实用新型的目的在于提供一种在强夯柱锤被吊至设计高度后其吊轴可以自动与吊钩分离、工作效率高、安全性好、结构简单的新型强夯柱锤自动脱钩装置。
由于吊钩的竖臂的弧线形头部分别与支架体左销轴和支架体右销轴相切，因而在支架体左销轴和支架体右销轴作用下，吊钩也开始倾斜，强夯柱锤的吊轴便从吊钩的钩臂中脱出，击向地面，从而达到了自动脱钩的目的。因此本实用新型具有在强夯柱锤被吊至一定高度后其吊轴可以自动与吊钩分离、工作效率高、安全性好、结构简单、操作容易、使用方便的优点。

F. 强夯法处理地基工程用什么机械呢

1、夯锤
强夯锤锤重一般可取10～40t，底面方法多为圆形或多边形。夯锤的质料最好为铸钢，如条件所限，则可用钢板壳内填混凝土。夯锤底面宜对称设置若干个φ250~300mm与顶面贯穿的排气孔，以利于夯锤着地时坑底空气活络排出和起锤时减小坑底的吸力。锤底面积宜按土的性质承认，关于砂质土和碎石填土，选用底面积为2~4m2较为适合；关于一般第四纪粘性土建议用3~4m2；关于淤泥质土建议选用4~6m2为宜。锤底静接地压力值可取25～40kPa，关于细颗粒土锤底静接地压力宜取较小值。
2、起重机具
起重机具的起重才干应大于1.5倍锤重，宜选用15t以上的履带式起重机或其他专用的起重设备。当起重机吨位不行时，亦可采用加钢支腿的方法，选用履带式起重机时，可在臂杆端部设置辅佐门架，或选用其他安全措施，防止落锤时机架倾覆。
3、脱钩器
选用自动脱钩设备：拉绳一端固定在锁柄上，另一端穿过转向滑轮固定在臂杆底部横轴上，当夯锤起吊到预定高度时，开钩绳随即拉紧，一同脱钩设备打开，夯锤脱钩下落。选用此设备可保证每次夯击落距相同。脱钩器要求有满意强度，起吊时不发生滑钩；脱钩活络，能坚持夯锤平稳下落，一同挂钩便当、活络。
4、推土机
运用履带式推土机用作回填、整平夯坑。
5、检测设备
有标准贯入、静载荷试验、静力触探或简洁触探等设备以及土工常规试验仪器。

G. 强夯地基处理用的机械有

起重设来备为强夯的主要机自械，一般额定起重能力为夯锤重量的1.5—3倍，我国大都用履带式吊车改装。根据工程所采用的夯锤和起重高度来选用起重机的型号。可单机作业，也可主、副机(移锤)联合作业。
门架由横梁和二个支腿组成，支腿的结构形式有格构式或管式。门架上部横梁中心绞接于吊杆顶部。脱钩装置强夯机械应采用带有自动脱钩装置的履带式起重机起吊夯锤，保证强夯机在起落锤时不发生倾覆。
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能自动脱钩落锤。夯锤夯锤的选择系根据土质条件、设计要求和强夯能级决定。夯锤重一般为80—400kN。设数个上下贯通的通气孔。
夯锤的材质为铸钢、铸铁或钢壳包混凝土几种。其锤底形状多为圆形，锤底面又有平底、锅底、球形等，地面投影面积一般为4—8㎡。
推土机是强夯必不可少的辅助机械，作为场地整平压实之用。