强夯法加固地基在工业与民用建筑中的应用

　　1、强夯法的由来、施工优点

　　强夯法处理地基是上世纪60年代末由法国梅纳德（Ménard）技术公司首先创用的。该方法是籍重锤从高处自由落下给地基土施以冲击力和振动，从而达到提高地基土的强度并降低其压缩性，还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。

　　强夯施工方法具有施工机具简单，施工方便，加固地基效果显著，适用范围广泛，能缩短工期和降低工程造价等优点。强夯法在开始时仅用于加固砂性土和碎石土地基，经过几十年的应用与发展，通过改进施工方法和改善地基土的排水条件，强夯法逐渐适用于加固从砾石到粘性土的各类地基。在我国强夯法用来加固碎石土、砂土、粘性土、杂填土及湿陷性黄土等地基土。我公司在近些年的施工过程中，坚持积极开拓、大胆创新的思路，开发出具有创意性的强夯处理施工方法，在约300多万平方米的强夯法加固地基施工实践中，创造出省、市级科技进步奖项目，同时也开创了在华东软土地区强夯法加固地基施工的先例。

　　由于具备以上的优点，强夯法处理地基常被用于堆料场、仓库、车间、油罐、储仓、公路和铁路路基、机场跑道及码头、填海造地等工业与民用建筑项目中，而且其加固的工程项目范围逐步呈日益广泛的趋势。

　　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、强夯法加固地基设计

　　3.1强夯设计应具备以下资料：

　　3.1.1拟加固处理的建（构）筑物的使用用途，结构形式及上部荷载，整平后地面标高及基础埋深，场地建构筑物总平面布置图和基础平面图；

　　3.1.2拟建场地工程地质勘察资料，若不能满足设计要求时应作必要的补充勘察工作；

　　3.1.3强夯加固后的地基土承载力标准值fK、压缩模量ES值（或变形模量EO值）、有效加固深度值、消除黄土湿陷性与砂土液化、保持场地稳定性及均匀性等技术指标；

　　3.1.4拟建场地内地下管网、电网，地下构筑物以及强夯振害范围内已有的抗震性能较低、需保护的建（构）筑物位置等资料。

　　3.2强夯参数的选择

　　3.2.1强夯参数选择程序

　　根据强夯有效加固深度确定单点夯击能----根据地基土的岩性特征以及设计条件确定加固地基场地的平均夯击能----根据单点夯击能试验确定最佳夯击次数----确定夯点布置形式及间距----夯击遍数、夯遍之间间歇时间确定----确定强夯加固地基的范围----确定夯锤参数。

　　

　　3.2.2强夯参数的选择

　　1）单击夯能确定

　　根据强夯有效加固深度经验公式

　　可推出E=（H/a）2 ，式中有效加固深度折减系数a可按以下选用:

　　湿陷性黄土: 　 0.45～0.60

　　一般粘性土、粉土： 0.55～0.60

　　砂土： 　　0.65～0.70

　　碎石土（不包括块石）、煤矸石： 0.60～0.75

　　块石、矿渣、矿山废石： 　　0.40～0.50

　　人工填土： 　　　　 0.55～0.75

　　注：有效加固深度系指自夯前地面整平标高至夯后能满足设计要求的土层的垂直深度。

　　2）平均夯击能（值）确定

　　强夯法加固地基土施加的平均夯击能，应取决于地基土的岩性特征、加固深度、建构筑物的荷载及安全类别等。《强夯地基技术规程》建议平均夯击能取值：一般粘性土、粉土：1500～2500KN-m/m2；砂土、碎石土（不包括块石）：800～ 1500KN-m/m2；人工填土、块石、矿渣、煤矿石、矿山废石、湿陷性黄土： 2000～3000KN-m/m2

　　注：场地平均夯击能不包括满夯能量。

　　3）最佳夯击数确定：

　　单点夯击能确定后，在试验区选有代表性点作单点夯击能试验（单点夯击能试验中的夯击次数以使夯坑周围累计隆起量或下沉量不大于夯坑总体积5%为原则），根据夯击次数--夯沉量关系曲线取累计夯沉量占总夯沉量85%所对应的夯击数为最佳夯击数。

　　4）通过试夯还应确定强夯作业每夯坑的停锤标准，既每坑夯击次数及最终两击平均夯沉量。

　　5）夯点间距确定

　　依此确定夯击单元夯击点的数量，并依据附表取夯点间距来校核。

　　附表：夯点间距（m）

土的名称	单击夯击能（kN.m）
	500～1000	2000	4000	6000
中、粗砾砂	3.0～3.5	3.5～4.0	4.0～4.5	4.5～5.0
粉土、细砂、粉砂、湿陷性黄土	3.0～3.5	3.0～4.0	3.5～4.0	4.0～4.5
一般粘性土、碎石土、矿渣、煤矸石、矿山废石	3.5～4.0	4.0～4.5	4.5～5.0	4.5～5.0

　　6）夯点布置形式：夯点布置一般采用正方形，梅花形或等边三角形布置。

　　7）夯击遍数，夯遍之间间隙时间确定，应根据超孔隙水压力的消散情况而定（超孔隙水压力消散75%以上为宜）并应符合下列规定：对于矿渣、煤矸石、矿山废石、碎土石、中砂粗砂、湿陷性黄土等地层，可不考虑超孔隙水压力作用，连续夯击，夯击遍数为2～3遍；对于粘性土、粉土、粉砂、细砂等地层，当考虑到超孔隙水压力对夯击效果有影响时（华东软土地区因富含地下水，施工时孔隙水压力对夯击效果有显著影响），应采用跳打法，夯击遍数为3～5遍。夯遍间歇时间为2～4周，含水量偏高时，夯遍间隙时间应适当延长。

　　8）强夯加固范围应符合；一般建构筑物，加固区外边缘扩延1/2~2/3倍的有效加固深度值；对于重大建构筑物，边坡工程膨胀土及煤矸石地基，不应小于有效加固深度值。

　　9）夯锤宜选用圆柱形或圆台形，其锤底面积和静压力应符合附表：

　　附表：锤底面积和静压力选用参考表

土的名称	湿陷性黄土	一般粘性土粉土	砂土、碎石土、人工填土煤矸石、矿渣、废石
锤底面积（m2）	4.0～6.0	3.0～4.0	2.0～4.0
锤底压强（KPa）	30～35	35～40	40～45

　　3.2.3强夯各项设计参数初步选定后，宜相互校核验证，其结果不应出现重大出入。

　　3.2.4针对具体工程对象或工程的不同部位宜选用不同的设计参数用于试夯，以确定最佳加固效果和取得最佳经济指标。

　　3.3 强夯设计宜根据工程项目对象及地质条件，考虑采用其他地基处理工艺来辅助强夯法加固地基，往往能得到较为满意的加固效果。

　　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。限于文章篇幅和笔者水平，在此不予赘述，文中不妥之处恳请谅解！

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