强夯法在地基中应用

浅议强夯法在地基中的应用
摘要：本文简要阐述了强夯地基的来由、技术特点和强夯法加固地基机理，深入探讨了强夯法的适用范围及强夯参数的确定等,指出强夯法是一种经济、简便、可靠的地基加固方法, 关键词：强夯法；加固；地基；机理
1 强夯地基的来由和技术特点
1.1 强夯法的来由
强夯法处理地基是20世纪60年代末menard技术公司首先创立的，该方法将80kn-400kn 重锤从落距6m-40m 处自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。

强夯法常用来加固碎石、砂土、黏性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基土。

由于其具有设备简单、施工速度快、适用范围广、节约三材、经济可行、效果显著等优点，经过20 多年来的应用与发展，强夯法处理地基受到各国工程界的重视，并得以迅速推广，取得了较大的经济效益和社会效益。

1.2 强夯技术的特点
（1）适用各类土层：可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，结合其它技术措施亦可用于加固软土地基。

（2）应用范围广泛：可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、
桥梁、港口码头、核电站、人工岛等
（3）加固效果显著：地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比，降低压缩系数、增加场地均匀性，消除湿陷性、膨胀性，防止振动液化。

4）有效加固深度：单层8000kn.m高能量级强夯处理深度达12米，多层强夯
处理，深度可达24~54米，一般能量强夯处理深度在6~8米。

（5）施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机。

当起吊能力有限时，可辅以龙门架等设施。

（6）节省材料：一般的强夯处理是将原状土施以能量，无需添加建筑材料，大大缩短施工周期。

（7）节省造价：由于强夯工艺无需材料，节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料外，没有其它消耗。

（8）施工快捷：只要工艺适合，特别是对粗颗粒非饱和土的强夯，周期更短；但是，雨天影响比较严重。

2强夯法加固地基机理
关于强夯法加固地基的机理，目前有关专家学者意见还不很一致，但对于地基处理中经常遇到的几种类型的土，一般的观点认为：强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一巨大的冲击能量（一般而言此冲击能量不小于800kn-m），加荷历时约几十毫秒，对含水量较大的土层，加荷时间约100毫秒左右。

这种突然释放的巨大能量，将转化为各种波型传到地下。

首先到达某指定范围的波是压缩波，它使土体受压或受拉，能引起瞬时的孔隙水汇集，因而使地基土的
抗剪强度大为降低，据理论计算这种波以振动能量的7%传播出去，紧随压缩波之后的是剪切波，以振动能量26%传播出去，剪切波会导致土体结构的破坏。

此外的瑞利波（面波）以振动能量的67%传出，在夯点附近造成地面隆起。

土体在这些波的综合作用下，土体颗粒重新排列相互靠拢，排出孔隙中的气体，使土体挤密压实，强度提高。

根据上述观点，地基土经强夯法加固后，其强度提高过程大致可分为四个阶段：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（表现为土体中水及气体排出，孔隙水压力上升）；土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；排水固结压密（表现为渗透性能改变，土体裂隙发展，土体强度提高）；触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。

3强夯法设计
强夯法设计主要参数包括：有效加固深度、单击夯击能、单位夯击能、最佳夯击能、夯击次数、夯击遍数、时间间隔、夯击点布置和处理范围等。

3．1 有效加固深度
有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。

强夯法创始人menard曾提出下式来估算影响深度：h=a(mh)1/2 式中：a一影响深度折减系数；m一夯锤重(t)；h一有效加固深
度(m)．h一夯锤的落距(m)。

实际上影响有效加固深度的因素很多，除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。

因此，强夯的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。

3．2 单击夯击能
单击夯击能为夯锤重m与落距h的乘积，一般说单击夯击能大，夯击数少，夯击遍数也相应减少，加固的效果和技术经济效果好。

一般认为单击夯击能与有效加固深度有直接的关系，因此，选择单击夯击能应满足地基处理深度的要求，对相同的单击夯击能常选用大落距，这是因为增大落距可获得较大的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形的能量。

3．3 单位夯击能
整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。

单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。

在一般情况下，对粗颗粒土取1000 3000knm／m2，对细粒土可取1500～4000 knm／m2。

3．4 最佳夯击能与夯击击数
从理论上讲，在这样的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称为最佳夯击能。

一般认为，
最佳夯击能与强夯处理效率、效果有直接的关系。

达到最佳夯击能时，处理效率最高、效果最好。

单击夯击能确定后，通过夯击击数来实现最佳夯击能。

国内确定夯击击数的方法有所不同，但普遍以“应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小”为原则。

夯击次数应通过现场试夯得到的夯击次数与夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：最后两击的夯沉量不大于50mm，当单击夯击能较大时不大于100mm；夯坑周围地面不发生过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。

3．5 夯击遍数
夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。

一般情况下可采用2—3遍，最后再以低能量搭夯一遍，其目的是将松动的表层土夯实。

对渗透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。

3．6 间歇时间
对需要分两遍或多遍夯击的工程，两遍夯击间应有一定的时间间隔。

各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需的时间。

对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有2～4min，故对渗透性较大的砂性土可连续夯击。

对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应的叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为2—4周。

对粘性土地基可在现场埋设袋装砂井(或塑料排水带)，以便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。

有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续夯击的目的。

3．7 夯击点布置及间距
强夯法夯击点布置是否合理与夯实效果和施工费用有直接关系。

夯击点位置可根据建筑结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。

夯击点间距的确定，一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。

夯距通常为5～15m，为了使深层土得以加固第一遍夯击点的间距要大，这样才能使夯击能量传递到深处。

下一遍夯点往往布置在上一遍夯点的中间。

常用点夯2遍和3遍夯击点布置见下图：
3．8 加固范围
强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外边缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1／2至2／3，并不宜小于3m。

4结语：随着施工技术的发展，强夯法和辅以碎石桩、塑料排水板等方法的强夯法处理地基被广泛应用，同时还出现了原土强夯和动力置换强夯等工艺。

强夯法以其施工期短、费用低、效果明显、施工工艺简单等优点在实际工程施工中被广泛推崇，并取得了很好的社会效益和经济效益。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。