強夯置換施工工法

《強夯置換施工工法》是山西省機械施工公司完成的建築類施工工法；主要完成人分別是李保華、韓晉寧、蘇繼華、李鋒瑞、劉淑芳；該工法的適用範圍是處理高飽和度的粉土、粉質黏土、黏土和軟塑~流塑的黏性土等地基工程。

《強夯置換施工工法》的工法特點是強夯置換法適用範圍廣，可處理的地基土類型廣泛，加固地基投入設備少、施工簡便、加固費用低，更適用於大規模地基加固。而且加固地基時，可根據上部結構需要在原地面上布置加固範圍，具有直觀性和靈活性等特點。

2008年1月31日，《強夯置換施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：強夯置換施工工法
• 工法編號：YJGF06-91
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要完成人：李保華、韓晉寧、蘇繼華、李鋒瑞、劉淑芳
• 完成單位：山西省機械施工公司

形成原因

《強夯置換施工工法》是在強夯法地基處理技術基礎上發展而來的一種新型的地基處理方法。它是採用在夯坑內回填塊石、碎石、砂、建築廢料及其他高強度、透水性好的粗顆粒材料，利用強夯法的高能量衝擊和擠壓，將這些粗顆粒料擠壓入土中，形成整體層式置換或柱狀墩式置換的地基，此種強夯法與置換法相結合的地基處理方法即是強夯置換法。強夯置換工藝是強夯地基處理技術的新發展，它解決了強夯法處理軟土地基、高飽和地基的不足。該方法的產生拓展了強夯技術的套用領域。山西省機械施工公司是中國國內最早引進強夯施工技術的單位之一。在多年的強夯施工中，不斷開發總結，並於20世紀90年代成功編寫和申報了國家級工法“強夯法處理地基工程施工工法”強夯加固地基是山西省機械施工公司的主營產品，並且施工項目遍布全國各地。但隨著市場的開放，施工領域的逐漸擴大，施工單位在港口、電廠、公路等大量建設施工中，遇到了只用強夯難以處理的高飽和地基、軟弱土地基。為了解決這個問題，山西省機械施工公司在強夯的基礎上，引進了置換的工藝，進行了大量的試驗、研究和改進，最終形成了較成熟的強夯置換施工工藝。該工藝施工簡便、節約材料、施工費用低、施工速度快、工期短、對周圍建（構）築物影響小，加固效果好，具有良好的社會效益和經濟效益。在強夯置換工藝改進中，由山西省機械施工公司研製的適用於各類軟弱地質條件的置換“異型夯錘”，已於2007年4月獲國家實用新型專利。強夯置換施工工法關鍵技術經過2004年12月山西省建設廳組織的科技成果鑑定。

工法特點

《強夯置換施工工法》的工法特點是：

1.適用範圍廣，可處理的地基土類型廣泛，加固地基投入設備少、施工簡便、加固費用低，更適用於大規模地基加固。而且加固地基時，可根據上部結構需要，在原地面上布置加固範圍，具有直觀性和靈活性等特點。

2.具有良好的加固效果。強夯置換法集墊層作用、混合土作用、透水墩排水作用、擠密作用、振密作用等諸多作用於一身，最後可形成單墩承載地基或墩土複合地基，地基承載力和場地均勻性大大提高。

3.體材料可選用級配良好的塊石、碎石、礦渣和建築廢料等堅硬粗顆粒材料，形成的特大直徑排水墩柱，有利於墩間、墩下地基土的排水和加密。

4.強夯置換對周圍建（構）築物的影響程度比普通強夯小，且施工文明。

5.加固地基僅改變原地基的物理特性，對地基土及周圍環境亦不產生任何化學污染。

操作原理

適用範圍

《強夯置換施工工法》適用於處理高飽和度的粉土、粉質黏土、黏土和軟塑流塑的黏性土等地基工程。

工藝原理

《強夯置換施工工法》的工藝原理如下：

加固地基作用機理類似於強夯法，通過大量的工程實踐和現場實測資料分析，對它的作用機理的認識正逐步明朗，但對一些複雜場地還需經過試驗確定其適用性。強夯置換法，是用幾噸或幾十噸的重錘從高處落下，反覆多次夯擊地面，對地基進行強力夯實，這種強大的夯擊能在地基中產生強烈的衝擊波(其中體積波起主導作用，包括縱波和橫波)和動應力從夯擊點發出的縱波和橫波向地基縱深方向傳播，使地基土經歷孔隙壓縮、局部液化、可變滲透（動力排水）和時效觸變恢復等幾個階段，使原地基土壓縮，形成夯孔。再在夯孔內回填塊石、碎石、砂、建築廢料及其他高強度、透水性好的粗顆粒材料，利用強夯法的高能量衝擊和振動，將這些粗顆粒料夯入夯坑內，形成整體層式置換或柱狀樁（墩）式置換的複合地基工程實踐證明，強夯置換的加固原理相當於強夯（加密）、碎石墩、特大直徑排水井三者之和，對地基土有較好的加固效果。

施工工藝

• 工藝流程

《強夯置換施工工法》的施工工藝流程（如圖1）：

圖1 強夯置換施工工藝流程圖

操作要點

《強夯置換施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

1.開工前應首先對現場進行踏看調查，清除各類地上、地下障礙物。

2.熟悉圖紙等技術檔案，編制詳細的施工方案，進行技術安全交底。

3.施工前要求場地平整，符合施工要求。

4.施工機械、現場人員及材料齊備，具備開工條件。夯錘應根據地質條件、承載力要求及夯擊能選擇、組合異形夯錘。

5.在施工現場周圍設定平面及高程控制樁，樁附近應設立明顯的標誌加以保護，並設專人對其定期進行覆核檢查。

6.場地平整後，並在開工前，對場地標高進行複測。

7.設定安全警戒線，防止閒雜人員進入施工現場。

二、試夯

1.在施工前，應先對設計提出的強夯參數或其他替代方案進行試夯。根據設計單位初步確定的參數提出試驗方案，在施工現場有代表的場地上選取一個或幾個試驗區，進行試夯或試驗性施工試驗區數量應根據建築場地複雜程度、建築規模及建築類型確定。

2.通過試夯，以驗證本工藝加固處理的可行性，確定最佳夯擊能、最佳夯擊數、夯坑間距、間隔周期、地面變形量以及填料的最優級配要求和填料量等參數，用於指導大面積的施工。

3.強夯置換夯點的夯擊次數除應通過現場測試確定外，且應同時滿足下列條件：

（1）置換體應穿透軟弱土層，到達較硬土層上，且達到設計墩長。

（2）累計夯沉量為設計墩長的1.5~2.0倍。

（3）填料後最後兩擊的平均夯沉量應符合規範及設計要求。

4.由於強夯置換時有大量的填料填入地基中，施工場地不可避免要抬高，尤其是飽和黏性土地基試夯時，應認真對置換前後的場地標高進行觀測，詳細記錄觀測值，得出合理的抬高或沉降數據，以便控制夯後標高

5.經檢測滿足要求後方可大面積施工。

三、測量及放線定位

1.根據施工圖紙和現場布設的坐標控制網，採用經緯儀或全站儀測放夯點位置，用明顯的標誌標出或用石灰點標出夯位中心點。

2.在每一遍夯擊前應對夯點放線進行覆核，如施工中發現夯錘偏離夯坑中心，應立即調整對中夯擊後如發現坑底歪斜度較大，需及時用填料將坑底墊平後，方可繼續夯擊。夯完後檢查夯坑位置，發現偏差或漏夯應及時糾正。

3.夯機就位即夯錘就位時，夯錘中心和測放的夯點要重合，必要時以夯點為中心畫石灰圈，提高夯錘就位準確度。

4.在夯前及夯擊過程中，用塔尺立於錘頂，由專門測量人員用水準儀測量錘頂標高，每夯一錘測量一次，前後兩次的差值即為此次夯擊的夯沉量，以最後兩擊夯沉量滿足設計要求為停夯標準。

四、夯擊能（落距）控制

根據工程所需的夯擊能和選定的錘重，即可確定相應的夯錘落距。開工前，應檢查夯錘的質量和落距。施工過程中，落距應通過鋼絲繩長度鎖定控制，並在龍門架上做出落距標誌在技術交底中，應由技術員按照能級要求，針對不同的夯錘，將每一夯錘的落距向班組長逐一交底，以確保夯擊能符合設計要求。施工過程中對夯錘落距的偏差要求，一般控制在30厘米以內。

五、夯擊及填料控制

1.夯錘及起重機就位後，便開始起錘對該夯點進行連續夯擊。

2.強夯置換的深度由施工現場的土質條件決定，置換體應位於較硬的土層上。在夯擊過程中應根據設計及試夯參數由專人來控制夯擊數及停夯標準，並詳細記錄。一般填料時夯坑深度不小於2米。

3.當夯坑成型後，測量上坑口直徑，計算夯坑體積，然後用裝載機向坑內填料，直至與坑頂平，記錄填料數量，並用推土機輔以整平後再落錘夯擊。如此重複直到滿足規定的夯擊次數及控制標準即完成一個墩體的夯擊。當夯點周圍軟土擠出影響施工時，可隨時清理並在夯點周圍鋪墊墊層，以利於繼續施工。墊層材料可與回填料相同，粒徑不宜大於100毫米。

4.為提高置換成墩效果和施工效率，嚴格控制填料的頻次和夯坑的深度，一般填料視地質情況控制在2~3次為宜。如遇不良地質情況，可適當增加填料次數，但不宜超過5次。

六、間距及布點形式

強夯置換布點形式應根據基礎形狀和寬度採用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。置換墩間距應根據荷載大小和原土的承載力通過試夯選定，當滿堂布置時，第一遍夯擊點間距一般取夯錘直徑的2.5~3.5倍，第二遍夯擊點位於第一遍夯擊點之間，以後各遍夯擊點間距可適當減小對獨立基礎或條形基礎，一般取夯錘直徑的1.5~2.5倍滿夯應採用輕錘或低落距錘按試夯結果進行夯擊。

七、場地整平

1.每遍施工完成後，套用推土機對其場地進行整平。

2.表面平整度應以不影響強夯機械行走和正常施工且高差不大於200毫米為宜。

八、滿夯

1.滿夯是強夯置換的一個重要工序，場地表層土是基的主要持力層，如果處理不好，將會增加建築物的沉降和不均勻沉降。

2.當點夯完成後，用推土機將場地推平，採用輕錘或低落距錘進行滿夯，以確保場地表層鬆土夯實。

3.滿夯能級及布點形式由試夯確定。

九、墩頂應鋪設一層厚度不小於500毫米的壓實墊層墊層材料可與墩體相同，粒徑不宜大於100毫米。

十、變形及標高控制

1.變形控制在試驗區試驗之前，根據初步確定的各種參數在每個試區均應做單點夯擊試驗和群點夯擊試驗，進行夯間地表變形觀測。單點夯擊試驗點，在夯點軸線上，兩側應對稱埋設4個沉降標點，埋設點距夯點中心位置一般為2.25米、2.75米。群點夯擊點應在夯點軸線上兩側對稱設6個沉降標點，埋設點距夯點中心位置一般為1.85米、2.25米、2.85米沉降觀測標點為1厘×15厘米，厚1厘米的鋼板製作，鋼板中心兩側均焊15厘米長16鋼筋，一側為埋設錨固筋，一側為沉降觀測基準。在試夯過程中，應測量每次夯擊沉降標點的位移量，繪製夯擊數地表位移曲線。通過地表夯沉量的監測和夯間地表變形觀測，掌握地表的沉降、隆起程度及夯坑的填料，確定飽和夯擊數和最佳夯擊能。

2.標高控制開工後，首先對施工場地進行清理、整平。在標出夯點位置後，用水準儀按10米×10米的方格網進行夯前標高測量。待滿夯結束後，仍按原來的方格網測量夯後標高，從而確保夯沉量、夯後標高的準確度。

3.夯擊時應觀測對周圍構築物的影響，發現問題及時處理。

十一、施工順序

夯點施打順序應根據場地和地質條件合理安排，一般按由內向外，隔行跳打的原則進行施工，但對於軟弱土質或淤泥質土地基進行強夯置換處理時，可一遍逐點逐行完成。

十二、如果在施工中遇到地下水位較高，影響強夯正常施工，應採取輕型井點、明溝排水等降水措施。

十三、勞動力組織

1.每個施工班組配備：吊車司機2人，起重人員3人，測量工1人，記錄員1人，修理工1人。

2.每班配備裝載機司機1人，推土機司機1人。

3.現場管理人員：根據工程規模配置項目經理、技術負責人、工長、質量檢查員等管理人員。

材料設備

《強夯置換施工工法》所用的材料及設備明細如下：

一、材料回填材料選用級配良好的塊石、碎石、礫石土、風化的山皮石、礦渣或建築廢料等堅硬的粗顆粒料，最大粒徑不超過300毫米為宜，且含量不宜超過全重的30%。

二、施工設備及儀器

1.強夯施工設備主要由履帶式或輪胎式起重機、門式支架、自動脫鉤器和夯錘組成，輔助機械有裝載機、自卸汽車、推土機等。使用數量根據工程規模增減

（1）夯錘夯錘的選用是強夯置換的關鍵。為提高強夯置換的處理深度和成坑速度，夯錘選用自製的異形倒錐台形夯錘（普通夯錘為圓柱形），夯錘底面積為1.3米2左右，錘底靜接地壓力值不小於100千帕為了提高夯擊效果和夯擊時夯錘周圍排氣，防止產生吸錘現象，一般沿錘體邊均勻設定4個上下貫通的排氣槽，直徑30~40厘米為宜。近兩年來發展到採用組合式夯錘，這種夯錘有重量可調，減少整體磨損，後期使用成本低，能級變化靈活等優點。滿夯選用錘重15噸左右、錘底面積大於5平方米的夯錘，以利於表面地基土的夯實。

（2）起重機起重機起重能力應根據強夯置換的能級和錘重選用，一般起重機的起重能力不小於錘重的1.5倍，一般20t左右的錘，選用起重能力在32噸以上的履帶式起重機為宜。

（3）門式支架門式支架，高度除滿足落距的要求外，還應考慮錘高、掛脫鉤器高度等並留有一定的空間高度。門式支架在施工之前，必須通過計算，使其支承能力滿足起吊要求。採用門式支架起吊夯錘的優點是：增強起重機起吊的穩定性，保持起重臂頂位置不變，落錘時不會因突然產生的衝擊引起起重臂的顫動和左右晃動，從而保證了夯錘落點重疊性好和施工安全。根據多項工程檢測，帶門架主機的強夯效果明顯優於不帶門架的效果。

（4）自動脫鉤器自動脫鉤器由脫鉤裝置與滑輪組二者合一強度可靠、施工靈活。當夯錘吊起到設計高度時，與脫鉤器連線的控制鋼絲繩拉緊時，便打開鎖卡使夯錘從吊鉤中滑出自由落向地面。

（5）填料設備採用裝載機，功率以滿足工程需要為宜，通常為ZL50型。

（6）輔助機械為推土機，用於整平施工場地。

2.施工所用測量儀器主要有全站儀、經緯儀、水準儀、塔尺及鋼捲尺。

（1）全站儀用來測放施工主要控制點和平面控制網。

（2）經緯儀和鋼捲尺根據主控制點測放細部控制點，主要用來測放施工主夯點。

（3）水準儀和塔尺用來布設高程控制點、測量強夯施工中每擊的夯沉量（貫入度）和用來測量場地標高。

質量控制

《強夯置換施工工法》的質量控制要求如下：

一、該工法施工及質量控制遵照的規範標準：

1.《建築地基處理技術規範》JGJ792002。

2.《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》GB 502022002。

3.《建築地基基礎設計規範》GB 500072002。

4.《工程測量規範》GB 5002693。

二、相關地方、行業標準

1.工程質量控制標準強夯置換施工質量執行《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》GB502022002，允許偏差按（表1）執行。

表1 強夯置換地基質量檢驗標準

序號	檢查項目	允許偏差或允許值		檢查方法
		單位	數值	/
1	夯錘落距	毫米	±300	鋼索標誌
2	錘重	千克	±100	稱重
3	夯擊遍數及順序	設計要求		計數法
4	夯點間距	毫米	400	用鋼尺量
5	夯擊範圍和前後兩遍間歇時間	設計要求		用鋼尺量
6		設計要求		按規定方法

三、質量保證措施

1.現場的控制樁要樹立明顯的標誌加以保護，並定期進行覆核檢查

2.夯錘氣孔保持暢通，如遇堵塞，應隨時將塞土清除。

3.如施工中發現夯錘偏離夯坑中心，應立即調整對中，夯擊後如發現坑底歪斜較大，需及時用填料將坑底墊平後，方可繼續夯擊。

4.做好施工記錄，對每擊的沉降量都進行觀測和記錄，並掌握好停錘標準。

5.注意異常現象，對夯沉量異常、夯錘反彈、地表隆起要加強監測，如實記錄，並及時上報業主和監理工程師研究解決辦法。

6.對場地夯沉量有控制要求時，每遍夯前和夯後都應對場地夯沉量進行測量。

7.回填材料的級配及質量應符合施工要求。

8.夯完的夯坑及時推平，不得積水。

9.辦理有關質量檔案，如場地定位測量成果、現場施工記錄、設計變更單、現場簽證、工序質量評審等，加強原始資料整理、歸檔管理工作。

10.夯後處理效果，需經第三方檢測。

安全措施

採用《強夯置換施工工法》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：

1.進入現場施工人員必須佩戴安全帽，吊車駕駛室前應設安全網，以防強夯時土、石飛濺傷人，夯擊時所有人員應退至安全線外，非施工人員嚴禁進入施工現場。

2.施工人員必須集中統一指揮，信號明確；吊車司機、推土機司機應按信號操作，夯錘起吊後任何人不得由吊臂桿下方通過。

3.施工人員必須明確分工，各負其責，各崗位人員必須嚴格執行本工種的有關安全操作規程及強夯作業的安全規定。關鍵崗位持證上崗，例如施工工長、質量檢查員、吊車司機、測量人員及起重人員等

4.吊車要按性能要求使用，不得超負荷，工作一定時間後應進行保養。

5.施工中應經常對夯錘、脫鉤裝置、吊車臂桿及索具等進行檢查，發現問題及時處理後方可繼續施工

6.施工現場應保持平整，夯坑回填時應注意壓實，防止強夯機組施夯和轉移時發生翻車、龍門架扭轉和背桿等事故發生。

7.六級以上大風天氣、大霧以及夜間照明不良情況下嚴禁強夯作業

8.嚴禁酒後操作機械及上崗工作。

環保措施

《強夯置換施工工法》的環保措施如下：

1.合理安排施工作業時間，減少夜間施工對周圍居民的干擾。

2.對使用的工程機械和運輸車輛安裝消聲器，並加強維修保養、降低噪聲。

3.對有害物質(如廢料、垃圾等)要經過可行措施處理，徵得業主或監理工程師同意後，棄至指定地點進行掩埋，並防止對動植物的損害。

4.配備專用灑水車對施工現場和運輸道路經常進行灑水濕潤減少揚塵。

5.文明施工注意事項

（1）堅持掛牌施工制度。施工現場設定宣傳標語牌、安全標識、指示、指示牌和警示牌，及有關工程圖牌等。

（2）工程竣工後，及時進行現場清理、做到工完、料淨、腳下清。

（3）對於各種施工機具和設備進行保養，做到定期清洗檢查。

（4）對建築工地施工人員應當經常開展遵紀守法、文明施工教育，注重精神文明建設。

效益分析

《強夯置換施工工法》的效益分析是：強夯置換總的特點是節約材料，機械化程度高，縮短工期，造價低，對周圍建（構）築物影響程度小。在相同的工程地質情況下，比碎石樁、預製樁及混凝土灌注樁節約投資20~30%，且加固效果顯著，適用範圍廣，設備簡單，施工方便和節約勞力等優點，具有良好的社會效益和經濟效益。強夯置換法集墊層作用、混合土作用、透水墩的排水作用、擠密作用等諸多作用於一身，在地基加固處理中有較廣泛的適用性。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《強夯置換施工工法》的套用實例如下：

實例一

大連大窯灣外拖箱場站地基強夯工程，總強面積7萬餘平米，採用強夯置換處理的面積近1萬多平方米，該區緊鄰擋土牆，且場地中豎向排水井林立，對側向變形要求高。山西省機械施工公司採用1200千牛·米強夯置換處理該區域，以3.5×3.5米正方形布點，每點8~14擊，分3~4次回填碎石土。該工程於2001年10月開工，並於2002年7月底竣工。該場地強夯置換處理後經大連理工大學檢測，地基承載力≥250千帕，達到了設計要求，對排水井側向變形觀測結果顯示幾乎沒有位移。被大連港口質量監督站評為優良工程，並受到監理及業主的好評。

實例二

大連大窯灣11~14號泊位基礎處理地基強夯工程，總施工面積近40萬平方米，採用5000千牛·米能級強夯、8000千牛·米能級強夯和2000~400千牛·米能級強夯置換進行地基處理。強夯置換區位於碼頭前沿，離開沉箱內壁40米範圍內，面積約15萬平方米，採用3×3米正方形布點，能級從沉箱內壁向外，由2000千米能級逐漸增大到4000千牛·米能級，20擊/點，分兩次填料，最後兩擊夯沉量不大於50毫米.最後一遍為1500千米能級滿夯。該區域經試夯檢測後於2004年5月開始正式施工，現已交工，經大連理工大學振動與強度測試中心檢測，地基承載力達550千帕，遠遠大於180千帕的設計要求。

實例三

大連大窯灣15~18號泊位基礎處理地基強夯工程，總施工面積近60萬平方米，採用8000千牛·米能級強夯和2000~6000千牛·米能級強夯置換進行地基處理。2000~4000千牛·米強夯置換區位於碼頭前沿，離開沉箱內壁40米範圍內，面積約1萬平方米，該區域填海厚度大，可達20米左右，緊鄰的重力式沉箱為對變形敏感的碼頭構築物，而強夯置換法的採用則很好地解決了這些問題，它採用3米×3米的正方形布點，夯擊能量從沉箱內壁向外，由1000千牛·米能級逐漸增大到400千牛·米能級，沿沉箱內壁向外依次夯擊，20擊/點，分兩次填料，最後兩擊夯沉量不大於50毫米。最後一遍為150千牛·米能級滿夯，6000千牛·米能級強夯置換位於後方陸域，該區域為吹填形成陸域並在上部回填黃黏土形成，吹填物為港池開挖時的沉積碎石、礫砂及淤泥正式施工時將上部黃土換填米厚的開山碎石料，採用3米×3米的正三角形布點，15擊/點，分次填料，最後兩擊夯沉量不大於100毫米，最後一遍為150Q千米能級滿夯。上述強夯置換區域經試夯檢測後已經開始正式施工，現已交工，經天津港灣工程質量檢測中心檢測，強夯置換處理後，地基承載力大於180千帕的設計要求。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《強夯置換施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。