强夯法讲义

强夯法处理块石抛填地基加固效果的研究
一、地基处理概述
（一）概念
当基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。

若天然地基较为软弱，不能满足地基强度、变形和稳定分析时，则实现要经过人工处理后再建造基础，这种地基称之为人工地基。

对地基进行加固，称之为地基处理。

（二）地基处理的对象
地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。

软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。

其中，淤泥、淤泥质土总称为软土（天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的粘性土）；杂填土是由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾，其主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，一般还具有浸水湿陷性。

特殊土地基大部分带有地区性特点，包括湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等。

（三）地基处理方法的分类
根据作用机理，地基处理的基本方法无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等处理方法。

值得注意的是，很多地基处理方法具有多种处理效果，如碎石桩具有置换、挤密、排水、加筋的多重作用。

常用的地基处理方法有换土垫层法、预压法、强夯法、振冲法、
砂石桩法、CFG桩法、高压喷射注浆法、石灰桩和单液硅化法等二十余种。

二、强夯法概述
（一）概念
强夯法是法国MENARD 技术公司于1969 年首创的一种地基加固方法, 这种方法是反复将夯锤（质量一般为10～40t）提到一定高度使其自由落下（落距一般为10～40m），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力、降低其压缩性和增加场地的均匀性，改善地基性能。

大量工程实例证明，强夯法用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，一般都能取得较好的效果。

强夯法由于具有加固效果显著、适用土类广、施工费用低和施工期短等优点，我国自20世纪70年代引进此法（秦皇岛煤码头堆场地基工程）后迅速在全国推广使用，目前已成为一种较常用、成熟的地基处理手段。

（二）加固机理
目前,强夯法加固地基有三种不同的加固机理:动力密实、动力固结和动力置换,它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。

1. 动力密实:采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理,即用冲击型动力荷载,使土体中的孔隙减少,土体变得密实,从而提高地基土强度。

非饱和土的夯实过程,就是土中的气相(空
气) 被挤出的过程。

其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起,实际工程表明,在冲击动能作用下,地面会立即产生沉降,一般夯击一遍后,其夯坑深度可达0. 6 - 1. 0m ,夯坑底部形成一层超压密硬壳层, 承载力可比夯前提高2 - 3 倍,非饱和土在中等夯击能1000 -3000 kN·m作用下,主要是产生冲切变形,在加固深度范围内气相体积大大减少,最大可减少60 %。

2. 动力固结: 用强夯法处理细颗粒饱和土时,则是借助于动力固结的理论,即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波,破坏了土体原有的结构,使土体局部发生液化并产生许多裂隙,增加了排水通道,使孔隙水顺利逸出,待超孔隙水压力消散后,土体固结。

由于软土的触变性,强度得以提高。

3. 动力置换:动力置换可分为整式置换和桩式置换。

整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中,其作用机理类似于换土垫层。

桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中,部分碎石桩间隔地夯入软土中,形成桩式的碎石桩,它主要靠碎石内摩擦角和桩间土的侧限来维持桩体的平衡,并与桩间土起复合地基的作用。

三、山区高填方地基处理方案论证
重庆地区平基土石方，通常是将开山爆破的石块不加选择地抛填至沟谷。

由于抛填的块石较大、级配差、堆填层又厚，整个场地非常疏松，且极不均匀，而新建的建（构）筑物对地基承载力和沉降又有一定的要求。

采用何种方法处理地基成为工程建设中必须面对的重要问题。

对于此类地基，一般可供选择的地基处理方案有四种：
（一）换土碾压法
需将场区内所有块石土全部换成素填土或将大粒径块石（d≥300）解小，并分层振动碾压（铺填厚度≤600）。

该法不仅工期长、费用高，而且大量被置换的块石土无处堆放，影响城市卫生。

（二）桩基础方案
1．如采用钻孔灌注桩，因填土中含有许多大粒径孤石，施工成孔有困难，且桩位难于保证。

2．如采用人工挖孔桩，存在以下问题：
（1）人工挖孔桩的桩径一般不小于800，在填土深度范围内还须全长设置钢筋混凝土护壁，当桩顶竖向压力较小时，即使考虑负摩阻力的影响也不能充分发挥承载能力，浪费惊人。

（2）当桩孔开挖深度超过10m时，必须采取严格的安全措施，防止塌孔和通风不良。

（3）即使建筑物采用桩基础，但室内外地坪、管沟、道路及绿化施工时，为防止不均匀沉降，仍需对填土进行夯实处理。

（三）灌浆法
灌浆法对处理大面积、较深的填土地基，质量难于控制，且施工费用很昂贵，一般不轻易采用。

（四）强夯法
强夯法具有经济易行、效果显著、设备简单、适用范围广、节省材料和施工周期短等特点，特别适用于大面积回填地基处理。

对山区块石抛填地基,一般采用大能量（不小于3000kN·m）强夯,有效加固深度可达8m左右，处理后地基承载力可达250kPa左右，变形模量大于20Mpa，完全可以满足8层以下建筑物对地基承载力和沉降的要求，故我院建议采用强夯法对填方区进行地基处理。

强夯法的经济性十分可观。

一般说来，当回填土厚度为6m以下时，强夯处理方案与桩基础方案的工程造价基本持平；但当回填土厚度超过10m后，强夯法的经济性就越显突出，一般可节省工程造价50%以上。

强夯法较桩基础施工工期更短。

按20000平方米的强夯投影面积计算，若采用两台夯机，每台夯机每小时强夯50m2，在考虑误工、施工间歇等因素，总工期一般不会超过30天。

可见，强夯法在经济性上较桩基础方案的优势明显。

并且可有效减少室内外地坪的不均匀沉降，缩短施工周期。

四、强夯法的工作流程
强夯法虽然已在工程中得到了广泛的应用，但目前尚无成熟的设计计算方法，其主要原因是各类地基土性质差别很大。

通常的做法是针对工程情况，根据经验初步选定设计参数，通过现场试验性施工（简称“试夯”）验证结果，并经必要的修改和调整后，最终确定适合于现场土质条件的设计参数。

强夯法的工作流程（详见下图）分四个阶段，一是强夯处理方案的可行性论证；二是试验性施工（简称“试夯”），确定适合于现场土质条件的设计参数；三是正式施工阶段，即依据试夯结果进行施工，
并采取严格的质量监控；四是强夯处理后的地基竣工验收。

四个阶段中，“试夯”和施工过程的质量监控是两大关键。

五、强夯法的主要设计参数
强夯法的主要设计参数包括：夯击能、锤底静接地压力、有效加固深度、夯击次数、夯击遍数、间隔时间、夯击点布置和处理范围等。

这些参数的确定，是通过在场区内选择有代表性的地段进行试夯，对各种施工工艺、施工参数及相应的质量监控方法进行效果分析对比而获得的。

常采取的试验手段有：单点夯试验、大容重试验、密实度试验、颗粒分析试验、重型动力触探、载荷试验、深层沉降观测、孔隙。