胡亞華

（大理州設(shè)計院有限公司，云南 大理 671000）

0 引言

由于強夯施工簡單，加固效果好，使用經(jīng)濟，在加固工業(yè)、民用建筑、倉庫、油罐、倉庫、公路、鐵路、機場跑道、港口碼頭等地基中的砂土、低飽和度粉土、濕陷性黃土、雜填土、素填土等。

1 強夯法地基處理概述

1.1 基本概念

強夯法是利用起重機械將大噸位夯錘提升至6～30m，然后自由落下，對地基進行強烈的沖擊能，使土體產(chǎn)生沖擊波，并造成較大的沖擊應(yīng)力，造成土體的孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點附近形成一個很好的排水渠道，使孔隙水和氣體泄漏，使土體重新排列，經(jīng)過時效壓實，達到固結(jié)目的，從而提高基礎(chǔ)承載力，減小壓縮度。強夯法的技術(shù)優(yōu)勢如下：采用現(xiàn)場常用的簡易機械，施工技術(shù)簡便，適用于廣泛的土壤；可獲得高承載力，一般基礎(chǔ)強度可增加2～5 倍，在較低的變形沉降量下，可使壓縮系數(shù)減小2～10 倍，加固效果可達到6～10m；效率高，施工速度快，比換土回填、樁基礎(chǔ)縮短一半的工期；節(jié)省了資金，比回填節(jié)省了60%的成本。與采用預(yù)制樁基礎(chǔ)加固相比可以節(jié)約50%～70%的資金，相對于砂樁可以節(jié)約40%～50%的投資。

1.2 加固機制分析

1.2.1 動力夯實

在非飽和土壤，尤其是孔隙多、顆粒粗大的土壤中，強夯擊能引起的沖擊波和動應(yīng)力通過土壤中的擴散，引起顆粒的破裂或瞬時的相對移動，使得孔隙中的氣泡快速地被排出或壓縮，孔隙體積變小，形成致密的結(jié)構(gòu)[1-2]。

1.2.2 動力固結(jié)

強夯對飽和黏性土進行強夯處理時，由于其強烈的沖擊力會引起土體內(nèi)部的大量應(yīng)力波，從而導(dǎo)致土體局部液化，形成大量的裂縫，從而增大了排水渠道，從而使得孔隙水能夠順利地滲出，當(dāng)超孔壓消失后，土體固結(jié)。由于軟黏土的觸變性，可以增強其強度，即動態(tài)固結(jié)。

1.2.3 機制分析

對于滲水較弱的飽和軟土，強夯可以造成結(jié)構(gòu)的破壞，但很難將其快速消解，而在土體四周凸出時，其體積并未顯著減少，這是由于其強夯作用不大，有時還會產(chǎn)生橡膠土，故不主張使用。在飽和軟土中，對強夯的作用有很大的影響，如點擊能量的大小、土壤的滲透程度。有的學(xué)者提出，可以在土壤中設(shè)置袋式沙井，以提高土壤的滲透性，再進行強夯。在這種情況下，其加固機制與動態(tài)固結(jié)相似，或可采用動力置換。動力置換可分為整型和樁型兩種。前者是通過強夯法對碎石進行整體擠壓，其作用機制與換土墊層相似；后者是利用強夯法將碎石填埋在土層中，形成樁基（或墩型），其工作原理與碎石樁相似，主要依靠砂礫內(nèi)部的摩擦力和墩間土層的側(cè)限來保持樁身的平衡，并與樁間土壤發(fā)生相互作用。

1.2.4 動力置換

整式置換與換土墊層類似，其將砂礫壓縮到泥沙中，以提高基礎(chǔ)質(zhì)量，而樁式置換法替換原理與振動法等其他方法的原理相同，其作用原理是通過樁間土壤的邊限和內(nèi)部磨耗角度來維持樁的穩(wěn)定，并與樁間土壤共同構(gòu)成復(fù)合基礎(chǔ)，將部分砂礫打入軟黏土中，從而使其成為碎石樁。

1.3 基本特點

首先，強夯法施工工藝和設(shè)備相對簡單，通常僅需一臺吊裝設(shè)備和一件重型錘子，通過吊裝設(shè)備進行吊裝，再將其自由下落，施工過程簡單。其次，強夯法可以適用于各種不同的地基，適用于各種軟弱地基，尤其是對于砂礫類的厚填筑地基，具有較好的處理效果。再次，對于山區(qū)未壓實高填方素填土區(qū)域強夯法加固效果更佳，性價比更高，通過夯擊法加固后，地基的強度得到明顯提高，可以有效地減少土體的壓縮和固結(jié)沉降，另外強夯法還可以有效地防止地震地區(qū)的砂土液化，減少或消除大孔隙土體的濕陷度。此外，強夯法施工速度快，施工效率高。有數(shù)據(jù)表明，單臺套設(shè)備設(shè)施每月可以處理5000～10000m2的地基，遠高于樁基施工速度。最后，強夯法的經(jīng)濟性高，能夠大大減少地基處理過程中對于水泥、鋼材、木材等建筑材料的使用，相較于采用樁基方式進行地基處理的方式，整體加固成本較低。

2 工程概況

2.1 工程介紹

云南省大理白族自治州建筑設(shè)計院，創(chuàng)建于1958年，是云南省大理州地區(qū)的主要技術(shù)力量?，F(xiàn)持有國家建筑工程乙級資質(zhì)、工程地質(zhì)勘查乙級資質(zhì)、城市規(guī)劃丙級資質(zhì)、市政公用行業(yè)（給水、排水、道路、環(huán)衛(wèi)）設(shè)計丙級資質(zhì)、工程咨詢乙級資質(zhì)、工程監(jiān)理丙級資質(zhì)。多年來，大理州建筑設(shè)計院先后向社會遞交了許多具有較大影響力、較好的工程項目，其作品中出現(xiàn)了一大批具有時代特征、民族風(fēng)格和地域特征的建筑作品，深受廣大市民的好評，對大理州和滇西地區(qū)的勘測設(shè)計市場的發(fā)展和穩(wěn)定做出了重要的貢獻。多年來大理州建筑設(shè)計院處理了多處巨厚填方區(qū)，取得了一定的工程經(jīng)驗，由于大理州山區(qū)較多，可建設(shè)平地非常有限，很多建筑場地處于山區(qū)，由于地形的原因，經(jīng)過深挖和填平，地形變得很平整。但由于建筑工地周邊存在大量的填充物，使得建筑物的穩(wěn)固性很難得到保護，因此，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性及經(jīng)濟合理，有些場地非常適合采取強夯法進行加固。

2.2 強夯法地基處理技術(shù)工藝原理及工藝流程

2.2.1 強夯法地基處理技術(shù)工藝原理

根據(jù)基礎(chǔ)應(yīng)力擴散原理，強夯處理范圍加固范圍要比地基的加固范圍大，而加固的具體范圍可以依據(jù)建筑物的種類、重要程度等因素來確定。

2.2.2 強夯法地基處理工藝流程

強夯法的施工過程主要由下列9 個部分組成[3]：①對施工場地進行清理、平整。②在第一次施工時，把所有夯點的位置標(biāo)出來，并測量現(xiàn)場的高程。③吊裝裝置在適當(dāng)?shù)奈恢?，把錘子對準(zhǔn)對應(yīng)的夯點位。④在夯擊之前，測量錘頂高度[4]。⑤將重錘提升到規(guī)定的高度，當(dāng)重錘自由下落時，將吊鉤放下，重新測量錘頭的高程，如發(fā)現(xiàn)重錘有傾斜，應(yīng)立即進行調(diào)整或整平。⑥依據(jù)工程設(shè)計中確定的夯擊數(shù)和場地管理規(guī)范，進行夯擊點的夯擊。⑦反復(fù)進行上述工序，直至所有的夯擊都已打完為止。⑧利用推土機對夯坑進行填筑，并隨后對現(xiàn)場高度進行測量。⑨在一定的時間之后，按照上述流程，依次進行所有的夯擊次數(shù)，并以低能量充填法對場地表面進行松實，并對處理完畢的場地進行測量。

3 強夯法設(shè)計、施工技術(shù)要求及關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

3.1 強夯參數(shù)的確定

根據(jù)現(xiàn)場的土壤條件及工程質(zhì)量的特點，設(shè)計了強夯的設(shè)計方案，包括有效加固深度、單位夯擊能、夯點布置及間距、單擊數(shù)、夯擊遍數(shù)等。

（1）有效加固深度。有效加固的有效加固深度是反映強夯加固的有效措施，也是地基加固方案的主要依據(jù)。結(jié)合工程的設(shè)計和施工現(xiàn)場的具體條件，選擇了點擊能3000kN·m，有效加固6～8m。

（2）單位夯擊能。夯錘M（kN）與下落距h（m）對夯擊能及加固深度有較大的影響。因此，在進行夯錘時應(yīng)將其作為單一夯能。單位夯擊能計算如式（1）所示。

式中：E——錘擊能量，kN·m；W——擊打重量，kN；h——擊打距離，m。依據(jù)該項目的地質(zhì)特點，采用3000kN·m的夯擊力，采用15m 的夯擊落點。

（3）夯點的布置及間距。將首次打夯地點標(biāo)記在平整好的工地上，并測量現(xiàn)場的高度。用紅膠帶標(biāo)示夯點處，以6m（兩夯中間間隔）為正方性排列，然后在第一次打夯處間隔處設(shè)置二次夯擊點。

3.2 夯擊次數(shù)

采用現(xiàn)場試驗法，確定了夯錘的夯擊數(shù)。在夯土堆附近，如果沒有明顯的凸起，則可以通過增大夯擊次數(shù)來降低擊穿次數(shù)。

3.3 夯實厚度

通常情況下，每側(cè)超過基礎(chǔ)外側(cè)邊緣的寬度應(yīng)為設(shè)計處理深度的1/3～1/2，不得少于3m。對可能存在的液化情況，各側(cè)超過地基外側(cè)的寬度不得低于處理深度。

3.4 有效加固深度

有效加固深度是指在經(jīng)過強夯處理后，地基強度增加，壓縮模量增加，其加固效果明顯。自強夯法發(fā)明近30 年來，已有很多學(xué)者從不同的角度提出了多種方法，但是由于強夯作用的深度比較復(fù)雜，目前尚無一種計算方法能準(zhǔn)確地求出不同情況下的加固深度。有效加固深度可由式（2）計算。

當(dāng)前的有效加固深度與點擊能相關(guān)。但實際情況是，不同土層的不同厚度、埋藏順序、地下水位等因素會影響到強夯的有效加固深度，故必須根據(jù)現(xiàn)場試驗或當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗來確定[5]。

4 強夯法地基處理在施工中的應(yīng)用

4.1 強夯法地基處理應(yīng)用環(huán)境

強夯施工技術(shù)已被廣泛用于濕陷性黃土、碎石土、沙土等基礎(chǔ)上，特別適用于煤礦、公路、機場、建筑等領(lǐng)域的地基處理。對強夯法施工工藝進行深入的探討，有利于規(guī)范運用和推廣強夯法施工工藝。

4.2 強夯法地基處理應(yīng)用案例

本文結(jié)合一項基礎(chǔ)加固工程實例，探討了強夯法施工技術(shù)在工程中的運用，以期對施工單位在該領(lǐng)域中的運用有所裨益。本項目所處的土壤類型為素填土、粉質(zhì)黏土、黏土和粗沙12 個單元，其巖性較為復(fù)雜，土質(zhì)均勻度較差，計算結(jié)果不能滿足施工需要。

根據(jù)Menard 修正公式，對不同類型的土體進行加固，采用修正因子獲得了精確的有效深度，從而確定了強夯法施工中的吊車的起重能力，并據(jù)此求出了不同夯能下的吊車的加固深度。按施工準(zhǔn)備、測量、放線、點夯、平整、全夯、平整、質(zhì)量檢驗等程序?qū)嵤姾皇┕?。在工程建設(shè)中，要明確強夯法施工工藝要求，加強強夯施工排水處理，做好強夯施工質(zhì)量檢測，確保強夯法施工規(guī)范有序進行，切實發(fā)揮強夯法優(yōu)勢。

4.3 強夯法地基處理應(yīng)用效果

在工程建設(shè)中，施工單位采用強夯法處理地基，必須對施工現(xiàn)場的施工狀況進行檢驗。對工人的工作品質(zhì)有了一定的保障。在施工單位運用強夯基礎(chǔ)施工技術(shù)的時候，可以充分注意操作指標(biāo)、機械設(shè)備的選取等工作，使施工質(zhì)量達到預(yù)期的效果，使其最終的施工質(zhì)量達到建筑標(biāo)準(zhǔn)，從而為強夯施工和施工工作的質(zhì)量提供了更多的保證。

4.4 施工注意事項

在強夯法的施工中，必須注意下列問題。①要把打樁次數(shù)控制在一個合理的區(qū)間，以提高打?qū)嵭Ч?。一般情況下，必須依據(jù)現(xiàn)場的土質(zhì)、土層特性、土壤質(zhì)地等因素來決定打樁次數(shù)。壓實次數(shù)一般為2～3 次，最后采用低能量全夯。而夯實次數(shù)的選取與回填土的結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系，而在不同的土層中，夯實的次數(shù)也會隨之發(fā)生變化。在充填區(qū)，如果土體是粗粒土，滲透力大，則要適當(dāng)降低打樁次數(shù)。在充填區(qū)，如果土壤中有大量細小的微粒，滲透性能不佳，就需要適當(dāng)?shù)丶哟蟠驑洞螖?shù)。②對夯擊能進行適當(dāng)?shù)目刂?，使夯擊的?shù)量保持在合理的水平。這并不是因為打樁的次數(shù)多了，就會有更好的效果。在工程建設(shè)中，必須根據(jù)現(xiàn)場的具體條件，確定夯擊的數(shù)量和能量，特別是要把地基的特性考慮在內(nèi)。一般說來，夯擊次數(shù)一般為2～3 次，每次夯擊數(shù)必須達到最后兩次擊打時的平均夯沉量。點擊力低于4000kg/m2，夯沉量低于50mm；點擊能在4000～6000kN/m2的情況下，擊沉量不超過100mm。通過對夯錘和夯錘的正確控制，可以使建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)固性得到較好的保障，同時也能保證回填區(qū)的穩(wěn)定。③強夯工作是建設(shè)項目后續(xù)建設(shè)的重要保證，同時也是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全達到社會規(guī)范的重要保證。在工程建設(shè)和工程完工后，必須加強監(jiān)督和驗收，特別是在工程竣工后，要加強監(jiān)督，以保證工程的質(zhì)量和質(zhì)量。④監(jiān)督人員對建筑工人的安全監(jiān)督也要納入監(jiān)督管理。強夯施工風(fēng)險大，必須定期或不定期地對工人進行操作，保證其安全防護用品的正常使用，并正確穿戴。

4.5 強夯地基的檢驗

在完成了強夯加固后的基礎(chǔ)上，進行了承載力的檢測。在完成強夯置換后的基礎(chǔ)上，除了進行荷載測試之外，還應(yīng)該采取動態(tài)觸探等多種方法來確定其著底狀態(tài)和承載力和密度隨深度的變化。在強夯處理后，完成地基的承載力檢查，應(yīng)在工程完成后，每隔一段時間進行，而礫石、沙質(zhì)地基宜為7～14d，粉土及黏性土壤基宜為14～28d。強夯法置換后的基礎(chǔ)間隔為28d。工程完工后的承載力檢查，要視工程的復(fù)雜性及工程的重要性而定。在復(fù)雜的場地和重要的建筑物基礎(chǔ)上，要增加檢測點。在強夯置換基礎(chǔ)加載試驗中，對置換墩進行著底檢查的次數(shù)，不得低于樁腳總數(shù)的1%。

5 結(jié)語

隨著強夯法工藝水平的發(fā)展，地基加固處理工藝效果顯著，經(jīng)濟效益明顯，能夠更好地適應(yīng)建筑工程地基處理要求，推動建筑工程整體建設(shè)水平的提升。