《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》是雲南建工集團總公司完成的建築類施工工法；作者分別是沈家文、王明聰、代紹海、王開科、呂小林；該工法的適用範圍是大面積岩溶漏斗、岩溶窪地和地面塌陷的處理。
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》主要的工法特點是：可降低造價；選用夯擊能合理，設備數量多，容易租賃；施工工藝簡便，工程質量容易控制；回填料就地取材。
2009年10月19日，《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法
- 工法編號：GJEJGF019-2008
- 完成單位：雲南建工集團總公司
- 主要完成人：沈家文、王明聰、代紹海、王開科、呂小林
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2007-2008年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的形成原因是：
雲南省屬高原地區，由於地質構造的特殊性，有大量的喀斯特地質地貌。本著少占農田的原則，截至2007年，大量的工業廠房、機場等都建在山嶺地區，在場地中，存在大量的溶洞、漏斗、窪地和塌陷。如何快速、經濟地處理類似地基，難度很大。該工法結合昆明新機場建設的實踐，進行了系統的總結。昆明新機場工程土石方工程量大，挖方量約1.14億立方米，填方量約1.08億立方米，最大填方高度約52米，場址區地貌總體以岩溶地貌為主，其次為構造剝蝕低中山地貌，地面多呈波狀起伏，地貌形態有岩溶漏斗、岩溶窪地和地面塌陷。由於土、岩性質差異大或同一岩層由於風化程度不同造成其力學強度差異大，挖方整平後，將形成軟硬不均或軟硬相間的土岩組合地基。土岩組合不均勻地基主要表現易產生差異沉降，影響跑道的正常使用，因此，必須對岩溶漏斗、岩溶窪地和地面塌陷進行處理。2007年進行了試驗段施工，通過實驗獲取的數據在施工中得到了廣泛的套用。在施工過程中，對強夯地基進行荷載試驗，達到設計承載力≥180千帕時，沉降量為2.66毫米，加荷至360千帕時沉降量為11.74毫米，且沉降穩定。
工法特點
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的工法特點是：
一、相對於碎石樁、高壓旋噴注漿樁處理，可降低造價。
二、選用夯擊能合理，設備數量多，容易租賃。
三、施工工藝簡便，工程質量容易控制。
四、回填料就地取材，可減少石方外運。
操作原理
適用範圍
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》適用於大面積岩溶漏斗、岩溶窪地和地面塌陷的處理。
工藝原理
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的工藝原理敘述如下：
一、強夯法是利用落錘產生的巨大夯擊能，在地基中產生衝擊波和動應力，對地基進行擠密，使乾密度大大提高，以達到減小壓縮性，提高承載能力。
二、地基處理深度深淺不同，地質構造差異較大，夯擊能及洞頂埋深厚度的確定是該工藝的關鍵；用夯擊沉降量控制夯擊遍數是控制質量的重點。
施工工藝
- 工藝流程
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的工藝流程是：分析勘察資料→確定使用區域→確定填充情況→地面清理→塊碎石墊層鋪填→強夯施工→檢測驗收。
- 操作要點
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的操作要點如下：
一、認真分析岩溶勘探資料，查清充填物的厚度。
二、由於地基承載力要求不同，因此必須根據總圖的標識確定使用區域，並在地基處理面標識清楚。
三、確定處理面強夯能級。
對道槽（包括道面影響區）、規劃道面區及邊坡穩定影響區，當充填物厚度H≤5米時，採用2000千牛·米級單擊夯擊能進行強夯；當充填物厚度5米≤H≤8米時，採用3000千牛·米級單擊夯擊能進行強夯；當充填物厚度H>8米，採用4000千牛·米級單擊夯擊能進行強夯。對於飛行區土面區、工作區，當充填物厚度H≤8米，採用2000千牛·米級單擊夯擊能進行強夯；當充填物厚度H>8米，採用3000千牛·米級單擊夯擊能進行強夯。詳見表1。
所在區域 | 洞頂埋深H（米） | 夯型 | 單擊夯擊能（千牛*米） | 夯點間距 | 夯點布置 | 夯擊遍數 | 單點擊數 | 最後兩擊平均夯沉量 | 墊層厚度（米） | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
道槽（包括道影響區）、規劃道面區及邊坡穩定影響區 | H≤5米 | 點夯 | 2000 | 4.5米 | 正方形 | 2遍 | 10~12 | ≤8厘米 | 1.5 | 錘底靜壓力25~40千帕 |
滿夯 | 1000 | d/4搭接 | 搭接型 | ╱ | 3~5 | ≤5厘米 | ||||
5米≤H≤8米 | 點夯 | 3000 | 4.5米 | 正方形 | 2遍 | 10~12 | ≤8厘米 | 1.5 | ||
滿夯 | 1000 | d/4搭接 | 搭接型 | ╱ | 3~5 | ≤5厘米 | ||||
H>8米 | 點夯 | 4000 | 4.5米 | 正方形 | 2遍 | 10~12 | ≤10厘米 | 1.5 | ||
滿夯 | 1000 | d/4搭接 | 搭接型 | ╱ | 3~5 | ≤5厘米 | ||||
土面區及工作區 | H≤8米 | 點夯 | 2000 | 3.0米 | 形 | 2遍 | 10~12 | ≤8厘米 | 1.5 | |
滿夯 | 1000 | d/4搭接 | 搭接型 | ╱ | 3~5 | ≤5厘米 | ||||
H>8米 | 點夯 | 3000 | 4.5米 | 正方形 | 2遍 | 10~12 | ≤8厘米 | 1.5 | ||
滿夯 | 1000 | d/4搭接 | 搭接型 | ╱ | 3~5 | ≤5厘米 |
四、岩溶漏斗、岩溶窪地和地面塌陷地表清理採用人工配合挖掘機進行。
五、塊碎石墊層鋪填。強夯墊層採用挖方區開採的碳酸鹽類岩石，粒徑要求不大於40厘米，不均勻係數Cu≥5，曲率係數Cc=1~3，含泥量不超過7%，塊碎石的厚度為1.5米，採用堆填法分兩層填築，每層75厘米厚。
六、強夯施工
1.強夯施工工藝流程（圖1）
圖1 施工流程圖
2.強夯機械的選擇
強夯夯擊能分別為：點夯4000千牛·米、3000千牛·米、2000千牛·米，滿夯1000千牛·米，強夯錘底靜壓力為25~40千帕；根據以上參數，強夯機械選用50噸履帶式吊車，夯錘採用圓台形鋼錘，錘重分別為300千牛、200千牛和150千牛，底面帶透氣孔，錘底靜壓可滿足要求。
3.夯擊工作高度確定
落距H=夯擊能/夯錘重
4.施工程式
（1）測量放線，採用10米×10米方格網，同時標出夯點位置，放線誤差不超過5厘米，見圖2。
圖2 夯點位置圖
（2）夯機就位，並墊平主車，夯錘對準夯點位置，測量夯前錘頂高程。
（3）夯擊時起錘要平穩，錘頂面的積土或墊層料要及時清除，將夯錘起吊到規定高度，待夯錘自動脫鉤自由落下後，測量其夯錘頂高程，並做好夯沉降量記錄。
（4）由此重複起吊落下，測量高程，直至完成一個夯點所規定的夯擊次數（10~12擊）及終夯控制標準。
（5）對第二遍點夯位置測量放線，使之與第一遍夯點呈梅花形布置。
（6）重複步驟（2）~（4），完成第二遍點夯的施工。
（7）點夯完成後測量場地平均下沉量，用推土機將夯坑填平，待間歇時間滿足孔隙水壓力或孔隙壓力消散要求後，進行1000千牛·米的d/4搭接滿夯，最後兩擊平均夯沉量滿足設計要求。
（8）在夯擊過程中，出現夯沉量突然增大，夯坑周圍地面隆起嚴重和拔錘困難時，應終止強夯，做好記錄，並根據現場的情況向監理工程師提出解決的措施。
（9）在夯擊時，夯坑底部傾斜過大時，要填平夯坑後重新強夯。
七、檢測驗收
每個工作面處理完畢後，進行自檢，並通知第三方進行乾密度、固體體積率、地基承載力檢測，符合要求後，方可進行下道工序施工。
- 勞動力組織
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的勞動力組織見表2。
序號 | 單項工程 | 所需人數 | 備註 |
|---|---|---|---|
1 | 工長 | 1 | ╱ |
2 | 技術員 | 1 | ╱ |
3 | 檢驗員 | 1 | ╱ |
4 | 測量員 | 1 | ╱ |
5 | 推土機手 | 1 | ╱ |
6 | 吊車司機 | 2 | ╱ |
7 | 輔助人員 | 2 | 配合用工 |
以上為每個操作組的人員配備，多台強夯機施工時，管理人員可適當減少。
材料設備
《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》無需特別說明的材料，採用的機具設備見表3。
序號 | 設備名稱 | 設備型號 | 單位 | 數量 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 履帶吊 | 50噸 | 台 | 1 | ╱ |
2 | 推土機 | Tyi20 | 台 | 1 | ╱ |
3 | 平地機 | GR2.5 | 台 | 1 | ╱ |
4 | 夯錘 | 150千牛 | 個 | 1 | ╱ |
5 | 夯錘 | 200千牛 | 個 | 1 | ╱ |
6 | 夯錘 | 300千牛 | 個 | 1 | ╱ |
7 | 全站儀 | ╱ | 台 | 1 | ╱ |
質量控制
施工單位採用《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的質量控制要求如下：
一、工程質量控制標準
土石方填築檢驗方法與檢驗數量按照《公路路基施工技術規範》TGF10一2006，具體見表4。
所在區域 | 檢驗項目 | 檢驗數量或頻率 | 檢驗方法 | 檢測指標 |
|---|---|---|---|---|
道槽區（包括道面影響區）、規劃道面區及邊坡穩定影響區 | 墊層乾密度 | 每個漏斗或窪地不少於2個點 | 灌水法 | ≥2.0克/立方厘米 |
墊層固體體積率 | 探坑法 | 78% | ||
地基承載力 | 每個漏斗或窪地不少於1個點 | 載荷試驗 | fk≥180千帕 | |
飛行區土面區及南工作區 | 墊層乾密度 | 每5000平方米一點 | 灌水法 | ≥1.9克/立方厘米 |
墊層固體體積率 | 每5000平方米一點 | 探坑法 | 75% | |
地基承載力 | 每10000平方米一點 | 載荷試驗 | fk≥150千帕 |
二、質量保證措施
1.從料場開始對填料的粒徑及含泥量逐車檢查，土石料攤鋪時應注意石料粒徑的級配。
2.控制測量放樣，夯點放線偏差控制再5厘米以內，夯錘對點就位誤差控制在允許範圍內。控制好攤鋪厚度，以確保強夯處理質量。
3.開夯前應標定夯錘的重量，檢查夯錘落距，以確保單擊夯擊能量符合設計要求；在起錘前測量夯前錘頂高程，待夯錘下落穩定後，測量其夯錘頂高程，並做好夯沉量記錄；嚴格按設計規定的夯擊擊數及控制標準完成一個夯點所規定的夯擊擊數及終夯控制標準；加強施工過程中的檢查力度，強化施工過程的規範化、信息化，隨時檢查每個夯點的夯擊總數和每擊的沉降量。
4.施工時，起吊錘要平穩，點夯單點總錘擊數按設計要求進行控制，最後2擊的平均沉降量≤5厘米（當夯擊能為4000千牛·米時按最後2擊的平均沉降量≤10厘米控制），施工中已滿足擊數要求，但未能滿足最後二擊平均夯沉量的要求時，應增加錘擊數，直到滿足要求為止，每點的錘擊數，以一次性夯完為宜。
5.施工中經常檢查夯後錘上的通氣孔，保證暢通以防夯錘下落過程中形成“氣墊”減小夯擊能量傳遞，影響夯擊效果。
6.在施工過程中出現夯沉量過大、因夯坑過深造成提錘困難或夯坑周圍土隆起過高等現象時，採取在夯坑中填料置換進行處理。
安全措施
施工單位採用《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
一、設定安全警界線和安全標誌，嚴禁非操作人員進入強夯操作區域，起重機司機持證上崗。
二、起重機操作室擋風玻璃前，設防護網遮擋，並設30厘米×30厘米的鋼絲網觀察孔，以便司機觀察作業情況。
三、強夯施工前，應對鄰近夯擊區已有工程，如電桿、地下電纜和管線等進行調查，嚴防情況不明，盲目施工，造成強夯時破壞地下電纜和管線等。
四、為防止起重機吊臂在強夯時突然釋重，產生後傾，採用地錨牽引鋼絲繩約束吊桿，或設定龍門架在起吊夯錘時起支架作用，落錘後起平衡約束作用，確保夯機的使用安全。
五、起吊夯錘後，嚴禁任何機械、人員進入夯錘下方。當夯錘提升接近脫鉤高度時，起重機司機要注意觀察，夯錘脫鉤時要及時停止起重機提升操作；脫鉤發生故障時，起重指揮人員必須立即發出信號，立即停機，並將夯錘慢慢的降落到地面，檢查判明原因進行處理後再行作業。
六、拉錘人員距離夯擊點要保持在15米以外，拉錘時禁止將拉繩繞在手上，以防萬一錘擺動時脫手不及造成危險。
七、夯擊1000次左右時，起重機應進行保養檢查，檢查機械各部件、動力線路、鋼絲繩磨損等情況，並著重檢查調整迴轉台平衡鉤輪導軌的間隙，避免加大平衡鉤的衝擊荷載和破壞。
八、現場設專人統一指揮，並設安全員負責現場的安全工作，堅持班前的安全教育。
九、距離建築物較近時，要採取防震措施，必要時，疏散人員。
環保措施
施工單位採用《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的環保措施如下：
一、夜間施工時，所有燈具設定燈罩，並注意燈罩方向，減少夜間施工光污染。
二、施工期間機械多，周圍道路使用頻率高，容易造成揚塵，必須對道路定期維修，定期酒水，養護，保護路面的濕潤，減少對大氣環境的污染。
三、注重保護周邊植被，保護好用水環境，如有破壞，應及時予以恢復，防止水土流失，保持生態平衡。
四、表層剝離及施工廢渣收集處理，減少人為破壞環境。
五、強夯振動較大，若距離生活區較近，必須採取有效的減震措施。
效益分析
施工單位採用《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的效益分析如下：
一、強夯使用的塊碎石均在現場挖方區開採，可減少土石方外運；而現場開採塊碎石價格低，成本容易控制。
二、施工工藝簡單，地基處理工程中的質量容易控制，且無需水泥、鋼材，不會對環境造成二次污染；若塊碎石不足，可使用部分建築垃圾作回填料，符合國家節能減排的環保政策，具有社會效益。
三、相同深度的地基處理與碎石樁、CFG樁比，而造價可降低30%，且利於環保及工期的實現。
套用實例
施工單位採用《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》的套用實例如下：
- 實例1：昆明新機場T10標段
昆明新機場T10標段地形起伏較大，場區內廣泛發育窪地、漏斗、溶脊、溶槽、石芽等岩溶現象，使得基岩面起伏不平，上覆土層厚度不均，容易引起地基不均勻沉降，必須進行處理。岩溶漏斗、窪地、地陷處理面積201354平方米，根據不同的充填物厚度，選用了夯擊能力1000千牛·米、2000千牛·米、3000千牛·米、4000千牛·米處理，取得了效果。
- 實例2：昆明新機場TD標段
昆明新機場TD標段工程位於多溶岩地區，區內斷裂構造及節理裂隙發育，相應的地表岩溶和地下岩溶均較發育。場區內岩溶漏斗、窪地、地陷處理面積308076平方米，夯擊能力分別為1000千牛·米、2000千牛·米、3000千牛·米，現已處理完畢，取得了效果。
- 實例3：楚雄州青山嘴水庫大壩
楚雄州青山嘴水庫大壩基礎強夯處理，處理面積5.54萬平方米，於2007年12月29日全部完工並通過相關部門組織驗收合格。
榮譽表彰
2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《岩溶洞區及窪地強夯處理施工工法》被評定為2007-2008年度國家二級工法。
