李 華

山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司（030009）

1 強(qiáng)夯法加固地基的作業(yè)機(jī)理

1.1 飽和土的加固機(jī)理

選擇合適重量的夯錘，提升至要求高度后使夯錘自由下落，在動(dòng)荷載作用下，迫使土體發(fā)生壓縮變形，由此轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)密實(shí)、穩(wěn)定的狀態(tài)。強(qiáng)夯施工時(shí)，孔隙水壓力有擊穿作用，會(huì)在土體中產(chǎn)生豐富的分支排水網(wǎng)，建立更多水的流通渠道，增強(qiáng)水體流通的滲透性，土體中的水分沿著空隙向外滲出。隨著強(qiáng)夯能量的增加，孔隙水壓力加大，待其達(dá)到某限值時(shí)，土體有液化的跡象，此時(shí)有效應(yīng)力逐步衰減，土體的抗剪強(qiáng)度降低。經(jīng)過前述提及的變化過程后，土骨架連接受損，土體強(qiáng)度大幅度降低，原本較強(qiáng)的飽和土的水流阻力明顯下降。在該變化之下，超孔隙水壓力于短時(shí)間內(nèi)消散，土體受水的干擾作用減弱，飽和土體開始固結(jié)，無論變形模量還是抗剪強(qiáng)度均有明顯的提升。根據(jù)該作用機(jī)理，在多次夯擊后，土體顆粒間距減小，轉(zhuǎn)為密實(shí)狀態(tài)，強(qiáng)度較原始狀態(tài)（未處理時(shí)）明顯提升[1]。

1.2 非飽和土的加固機(jī)理

強(qiáng)夯時(shí)，待加固土體中有較為強(qiáng)烈的沖擊波，土體會(huì)受到?jīng)_擊力的作用，原始狀態(tài)被破壞，土體顆粒有相互靠攏的變化趨勢(shì)，孔隙中的氣體向外排出，土體顆粒重新組合，具有密實(shí)、強(qiáng)度高的特性[2]。

1.3 砂性土的加固機(jī)理

從沖擊波理論的角度分析，在強(qiáng)夯施工中，土體受到?jīng)_擊波作用，夯錘底部有明顯的壓應(yīng)力，土體在壓應(yīng)力的作用下沉積沉降，由疏松轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)密實(shí)的狀態(tài)。夯擊時(shí)，土體有側(cè)向變形現(xiàn)象，但變性相對(duì)較小，錘底土下沉，而此項(xiàng)變化具有突然性，會(huì)與周邊土體出現(xiàn)相對(duì)剪切變形，由于作用差異的存在，周邊土體未來得及變形時(shí)，沖擊已經(jīng)結(jié)束[3]。

1.4 強(qiáng)夯置換的加固機(jī)理

強(qiáng)夯沖擊力推動(dòng)砂、碎石等，將此類物質(zhì)擠壓至飽和軟土層內(nèi)，由于外部材料的使用，置換原飽和軟土，構(gòu)成具有密實(shí)性的樁柱。此外，砂、石層還可構(gòu)成高效的排水通道，排水通道作為下臥軟弱土中水的流通渠道，因此加速排水固結(jié)進(jìn)程，可在較短的時(shí)間內(nèi)提高地基承載力。強(qiáng)夯置換是地基加固的常見方法，主要適用于如下情況:

下臥層為淤泥質(zhì)軟土（壓縮性大）、地基表層為砂墊層時(shí)，若采用強(qiáng)夯置換的方法，能夠使表層砂擠入軟土中，經(jīng)過組合后，構(gòu)成一根結(jié)構(gòu)完整、受力穩(wěn)定的置換砂樁，此樁體具有較高的承載性能。

施工現(xiàn)場(chǎng)存在3～5 m 厚的淤泥質(zhì)軟土層時(shí)，可采用強(qiáng)夯置換的方法。首先，在軟土層上拋填適量的石塊。此部分材料有自重作用，加之夯錘提供的沖擊力，推動(dòng)石塊轉(zhuǎn)移至硬土層中。在此期間淤泥被大量擠走，減小淤泥對(duì)地基承載性能的制約性影響。此外，石塊間的相互接觸作用，可進(jìn)一步提高地基的承載性能。

2 工程實(shí)例

某房屋建筑工程項(xiàng)目，擬建場(chǎng)地原為耕地，地形平整性較好，未見明顯的起伏。巖土構(gòu)成情況為:-2.5 m 以上，以粉土、粉質(zhì)黏土居多，局部夾雜粉砂及圓礫層；-2.5 m 以下，以圓礫層為主，有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。實(shí)地勘察結(jié)果顯示，原始地基的承載力尚未達(dá)到工程建設(shè)要求，需采取加固措施。經(jīng)過技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益性等多方面的對(duì)比分析后，最終采用強(qiáng)夯法加固地基。

3 試夯設(shè)計(jì)

3.1 夯擊能選擇

根據(jù)Menard 修正公式計(jì)算:

式中:H——加固深度（m）；w——錘重（t）；h——落距（m）；α——修正系數(shù)，取0.5。

勘察結(jié)果顯示，填土區(qū)厚度為8～10 m，表面生活垃圾缺乏足夠的承載力，不宜作為基礎(chǔ)持力層，因此將該部分清理干凈。從基礎(chǔ)底標(biāo)高起夯，標(biāo)高至少為-2 m。為保證地基加固效果，強(qiáng)夯最大加固深度需達(dá)到7 m，按照此深度計(jì)算，夯擊能為w×H=1 960 kN·m。

以現(xiàn)場(chǎng)試夯結(jié)果為準(zhǔn)，結(jié)合類似工程的強(qiáng)夯施工經(jīng)驗(yàn)，確定有效加固深度，由此組織強(qiáng)夯作業(yè)。

對(duì)自地表以下10 m 深度作加固處理，保證地基的穩(wěn)定性。表面有機(jī)質(zhì)含量超10%的生活垃圾缺乏足夠的承載性能，需予以清除。此外，基礎(chǔ)底面標(biāo)高至少為-2 m。根據(jù)分析，順利完成強(qiáng)夯加固的最大深度約為7 m，單次夯擊能量控制在3 000 kN·m左右。適配強(qiáng)夯施工裝置并確定具體的作業(yè)參數(shù)，采用直徑為2.5 m 的20 t 圓形樁錘，起吊高度15 m，單次夯擊能量3 000 kN·m。

3.2 試夯方案

夯坑周邊需相對(duì)穩(wěn)定，不允許出現(xiàn)明顯的隆起問題。控制夯坑的深度，以免因深度過大而加大起錘的難度。夯擊點(diǎn)擊數(shù)的控制遵循的是適中的原則，若夯點(diǎn)擊數(shù)不足，難以保證地基加固效果。若夯擊數(shù)量偏多，雖然地基加固效果良好但需投入較多的資源和時(shí)間，影響工程的經(jīng)濟(jì)效益和施工效率，且還會(huì)削弱地基土的承載力。因此，權(quán)衡多方面的要求，經(jīng)過分析后初步確定15 擊和10 擊，并且嚴(yán)格控制最后兩擊的平均沉量，不得大于5 cm。

夯擊施工采用兩遍法。在本工程中，施工現(xiàn)場(chǎng)以砂類土質(zhì)居多，為了保證夯實(shí)效果，需連續(xù)完成兩遍夯擊作業(yè)，夯點(diǎn)布設(shè)間距取錘底直徑的1.5～2.2 倍。試夯時(shí)，考慮兩種方式:30 000 kN·m 夯擊能時(shí)夯點(diǎn)間距為5 m×5 m，10 000 kN·m 夯擊能時(shí)夯點(diǎn)間距調(diào)整為4 m×4 m，但均為正方形布置。

3.3 強(qiáng)夯法施工要點(diǎn)

3.3.1 施工機(jī)具的配套

3.3.1.1 夯錘

綜合考慮夯錘的尺寸（若為圓形夯錘，則著重控制錘底的直徑）、重量、材質(zhì)、加固的深度、夯擊時(shí)的落距等，選擇操作便捷、地基加固效果好、對(duì)周邊環(huán)境干擾小的夯錘。以材質(zhì)為例，優(yōu)質(zhì)鋼為原材料組成的夯錘較為合適，如鑄鋼。必要時(shí)，可采取組合夯錘的方法，即內(nèi)部混凝土+外部鋼板。

3.3.1.2 起重設(shè)備

履帶式起重機(jī)是優(yōu)質(zhì)的起重設(shè)備，具有運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、效率高的特點(diǎn)。在履帶式起重機(jī)的選型時(shí)，主要根據(jù)夯擊現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況而定，平夯地基以15～50 t 履帶式起重機(jī)為宜，點(diǎn)夯地基時(shí)該設(shè)備通常以25～50 t 為宜。

3.3.1.3 脫鉤裝置

夯錘重量較大時(shí)，需配套脫鉤裝置，以便順利夯擊。在采用脫鉤裝置時(shí)，與滑輪組配合使用，相比于單攬錘施工工藝而言，更有利于夯錘的順利起落。

3.3.2 墊層的施工

施工現(xiàn)場(chǎng)的地表以細(xì)粒土為主且地下水位較高時(shí)，在表面鋪設(shè)砂、砂礫或碎石，厚度控制在0.5～2 m，組成穩(wěn)定、平整的硬層，用于支撐起重設(shè)備。同時(shí)給各類機(jī)械設(shè)備的安全通行提供保障。硬層的設(shè)置還有助于保護(hù)表層土，以免該部分受損。

3.3.3 施工程序

首先，全面整理施工現(xiàn)場(chǎng)，例如清理雜物、適度壓實(shí)，給地基施工創(chuàng)設(shè)良好的條件。在現(xiàn)場(chǎng)修筑排水溝，用于高效排水，以免因積水而影響正常施工。組織地基加固強(qiáng)夯試驗(yàn)，在此期間詳細(xì)記錄信息，如每完成一次夯擊后夯坑及周邊土體的變化，由此判斷不同夯擊作業(yè)方式取得的應(yīng)用效果，基于試驗(yàn)的數(shù)據(jù)作計(jì)算與分析，確定最佳的夯擊能。

其次，在試驗(yàn)區(qū)組織夯擊施工，由專業(yè)人員操作重錘。施工期間采集并記錄孔隙水壓力、夯擊深度等相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)夯擊后的地基作詳細(xì)的檢查，判斷實(shí)際加固效果，對(duì)待加固區(qū)域土質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

最后，以前期準(zhǔn)備工作取得的一系列數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，判斷夯擊施工方案的可行性。若有不足之處，及時(shí)指出并予以改正，最終得到優(yōu)質(zhì)的夯擊施工方案，根據(jù)方案中的要求進(jìn)行夯擊。

3.3.4 施工要點(diǎn)

3.3.4.1 測(cè)量放樣

由專業(yè)人員參與，以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，利用測(cè)量?jī)x器測(cè)定強(qiáng)夯點(diǎn)位，做好醒目的標(biāo)記，為夯實(shí)作業(yè)的開展提供基準(zhǔn)。

3.3.4.2 墊層及排水施工

墊層必須具有平整性與穩(wěn)定性。排水施工的關(guān)鍵在于修筑排水溝，材料可選擇碎石，避免現(xiàn)場(chǎng)積水問題。

3.3.4.3 強(qiáng)夯

應(yīng)注重對(duì)各項(xiàng)信息的采集與記錄，動(dòng)態(tài)分析夯坑周邊土質(zhì)的特性，視實(shí)際情況靈活采取控制措施。經(jīng)過點(diǎn)夯后，再安排滿夯，保證夯擊施工效果。

3.3.5 振動(dòng)碾壓

強(qiáng)夯地基施工時(shí)，優(yōu)先考慮的是振動(dòng)碾壓的方法。待滿夯完成后，全面整平地基，測(cè)定標(biāo)高，再根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，使地基具有平整性與穩(wěn)定性，并且場(chǎng)地的高程要滿足要求。

4 強(qiáng)夯法在地基加固施工中的質(zhì)量控制措施

4.1 建立并完善質(zhì)量保護(hù)體系

為充分發(fā)揮出強(qiáng)夯法在地基加固方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需建立質(zhì)量保護(hù)體系，并隨著工程建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)而逐步完善。強(qiáng)化員工的責(zé)任意識(shí)，使其準(zhǔn)確掌握質(zhì)量目標(biāo)，認(rèn)識(shí)到施工的重要性，悉知施工方法，進(jìn)而規(guī)范夯擊，提升地基處理效果。

4.2 注重信息的采集與記錄

強(qiáng)夯施工時(shí)，及時(shí)記錄信息，如夯坑的深度、夯擊的次數(shù)均要滿足要求。根據(jù)記錄的信息，判斷夯擊期間是否存在問題。除此之外，每一次夯擊前，均要重新測(cè)量參數(shù)，將各項(xiàng)實(shí)測(cè)參數(shù)與設(shè)計(jì)要求對(duì)比分析，確認(rèn)無誤后方可恢復(fù)夯擊。

4.3 施工質(zhì)量的系統(tǒng)性分析

強(qiáng)夯施工完成后，要系統(tǒng)性地分析夯擊期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)夯施工效果作出初步的判斷。此外，還要與業(yè)主配合，由專業(yè)人員組織荷載試驗(yàn)，目的在于更為準(zhǔn)確地判斷地基加固效果。確保強(qiáng)夯后的地基滿足設(shè)計(jì)方案的加固要求。

5 結(jié)語

強(qiáng)夯法具有工藝成熟、施工便捷、地基加固效果好等多重優(yōu)勢(shì)。為了順利應(yīng)用強(qiáng)夯法完成地基加固作業(yè)，需從工程實(shí)際條件出發(fā)，做好墊層施工、排水設(shè)施修筑等基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作，再合理適配夯錘等相關(guān)設(shè)備，按照方案要求控制夯擊參數(shù)，最終完成夯擊作業(yè)，保證地基的加固效果。