浅谈强夯法在地基处理中的应用

浅谈强夯法在地基处理中的应用强夯法是一种地基处理的新方法、新技术，诞生在法国，20世纪七十年代末传入中国。

本文从强夯法的定义及基本原理入手，探讨了夯击能选择、最佳夯击能与夯击次数、夯击遍数、夯点间距与夯击点布置、时间间隔及加固范围等强夯设计的基本参数。

结合强夯施工案例分析了强夯在实际应用中应用与注意事项，提出要根据施工场地和地质选用强夯法进行施工，不断改进强夯法。

关键词：强夯法地基处理施工应用目录一、强夯法理论概述 1（一）强夯法的定义 1（二）强夯法基本原理 1（三）强夯法的适用范围 2二、强夯法地基处理设计 2（一）夯击能选择 2（二）最佳夯击能与夯击次数 3（三）夯击遍数3（四）夯点间距与夯击点布置 3（五）时间间隔及加固范围 4三、强夯法施工过程 4（一）强夯施工准备 4（二）施工步骤4（三）质量检测与防振措施 5四、强夯法工程实例 5（一）工程概况5（一）强夯处理5（一）强夯法实施 5五、结论6浅谈强夯法在地基处理中的应用一、强夯法理论概述（一）强夯法的定义强夯法又称动力固结法，是20世纪60年代后期法国梅那尔公司在重锤夯实基础上创造的一种动力加固地基的方法。

它使用吊升设备将很重的锤(一般为8—40t)起吊至较大高度(一般为8—40 m)后，使其自由落下，产生巨大的冲击能量(一般为1100—4000kJ，最大可达8000k3)作用于地基，给地基以冲击和振动，从而在一定范围内使地基的强度提高，压缩性降低，改善地基的受力性能。

（二）强夯法基本原理1.基本原理强夯法广泛的应用于地基沉降处治工程中。

强夯法一般采用100~400kN的重锤，从6~40m的高处自由落下，对地基土施加强大的冲击能，在地基中形成冲击波和动应力，将地基土压密、振实，以加固地基土，达到提高地基强度、降低其压缩性的目的。

对地基的强夯处治，一方面是对地基产生压实和挤密作用；另一方面是通过强夯对地表下一定深度土层施加动力荷载，达到破坏土体结构强度、结构性大孔隙的作用。

2.强夯处治的作用（1）提高承载能力。

对于天然地基采用强夯处治后，地基承载能力将会成倍提高。

对于粘土，承载力可提高1—3倍；对粉质砂土，承载力可提高4倍以上；对砂土及泥灰岩土，承载力可提高2—4倍；（2）减少不均匀沉降。

通过一系列均匀的夯击及严格的施工控制，地基土体压缩性可降低2~10倍，大大改善了地基的均匀性，能使施工加荷后的地基差异沉降值控制在规定限度以内，即在工程使用上可以忽略不计地基的差异沉降；（3）强夯法处理地基是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实，这种由冲击引起的振动在土中是以波的形式向地下传播的。

在夯锤夯击地面时，由势能转化来的动能除一部分以声波形式向四周传播，一部分由于夯锤和土体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击动能则使土体产生自由振动，并以压缩波、剪切波和瑞利波的波体系联合在地基内传播。

强夯理论认为，压缩波大部分通过液相运动，使隙水压力增大，同时使土粒错位，土体骨架解体，而随后到的剪切波使土颗粒处于更密实的状态。

占总能量67％的瑞利波，其竖向分量起到松动土的作用，但其水平分量可使土得到密实。

对于不同类型的土、不同的强夯施工技术参数来说，强夯在处理地基时，土体中各个振动冲击波分量所起的作用各不相同。

从总体来说，强夯对土体作用的结果可概括为动力亚密作用、局部液化作用、固结作用和时效作用。

下面作逐一对其进行说明。

①动力压密作用在强夯冲击型动力荷载作用下，使土体中的孔隙体积减少，土体变得密实，从而提高其强度。

对于非饱和土的强夯加固原理主要由强夯的动力压密作用引起的。

②局部液化作用在夯锤反复作用下，饱和土中将引起很大的超孔隙水压力，随着夯击次数的增加，超孔隙水压力也不断提高，致使土中有效力减少。

当土中某点的超孔隙水压力等于上覆的土压力或等于上覆土压力加上土压力加上土的粘聚力（对粉土和粉质粘土）时，土中的有效应力完全消失，土中的抗剪强度降为零，土颗粒将处于悬浮状态—达到局部液化。

③固结作用有上强夯产生的局部液化作用可知，土在产生局部液化时，土的渗透性改变，渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出，加速了土的固结；而无规则的紊乱夯击，则可破坏这些强夯产生的排水通道的连续性。

④时效作用土的时效作用一方面指由于土的固结作用，土体结构随时间的增长过程，强夯处理后的地基强度存在随时间增长的过程，为时效特性。

不同类型的土，其时效特性是不一样的。

碎石土和砂土地基大约为一到两周时间，而饱和细粒土的延续时间可能有几个月的时间。

因此强夯施工后不宜立即进行有关现场检测工作，必须考虑土基土的时效作用。

强夯法地基处理原理相当复杂，以上只是简要说明了在强夯冲击振动波作用下，非饱和土和饱和土（还应有粘性土和非粘性土）存在的四种强夯加固作用，即动力压密作用、局部液化作用、固结作用和时效作用。

当然强夯地基处理原理讨论的深度与广度还需要今后进一步学习和加以运用。

（三）强夯法的适用范围强夯法在开创之初，仅用于加固砂土和碎石土地基，经过多年的发展和应用，它已经适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基的处理，它也可和其他技术结合处理高饱和度的粉土与软塑～流塑的黏性土地基。

二、强夯法地基处理设计强夯法地基处理的施工设计，目前尚未形成一套系统和完善的方法，一般是通过现场试验予以确定。

强夯法设计主要参数包括：夯击能选择、最佳夯击能与夯击次数、夯击遍数、夯点间距与夯击点布置、时间间隔及加固范围等。

（一）夯击能选择鉴于有效加固深度的确定在强夯法设计中所占的重要地位，而其影响因素又复杂多变，历来人们对其进行对其进行了大量的实验讨论和论证，提出了许多的计算方法和公式。

夯击能可以根据Menard修正公式或《地基处理技术规范》(JGJ79-91)中强夯法的有效加固深度进行确定。

Menard修正公式为：其中h为加固深度，m；Q为夯锤重量，t，H为锤的落距，m。

为修正系数，取0.5。

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。

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。

（二）最佳夯击能与夯点夯击次数从理论上讲，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。

夯点的夯击次数是取得最好加固效果的一个重要因素。

夯点击数小，达不到压密加固效果，击数过大，不仅费用高，有时还会降低地基土承载力。

夯击次数应根据现场试夯得到的夯击次数与夯沉量关系曲线确定。

通常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定夯击次数的原则。

另外，还应满足下列条件：一是最后两击的平均夯沉量不大于50mm；二是夯坑周围地面不应发生过大的隆起；三是不因夯坑过深而发生起锤困难。

（三）夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用2—3遍，最后再以低能量夯击一遍。

对于渗透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。

两遍夯击之间应有一定的时间间隔。

间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。

当缺少实测资料时，可根据低级土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不少于3—4周；对于渗透性好的地基土可连续夯击。

（四）夯点间距与夯击点布置夯点间距的选据宜根据建筑物结构类型、加固土层厚度及土质条件，通过试夯确定。

对细颗粒土来说，为便于超静孔隙水压力的消散，夯击点间距不易过小。

当加固深度要求较大时，第一遍的夯点间距更不宜过小，以免夯击时在浅层形成密实层面，影响夯击能往下传递。

根据工程经验，第一遍夯击点问距宜选5—9 m (对土层较薄的沙土或回填土，取较大值)，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。

对加固深度要求大的工程或单点夯击能较大的工程，第一道夯击点的间距应适当增大。

夯击点位置可根据建构筑物的结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。

第一遍夯击点间距可取3m—9m，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。

对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。

经过多年的工程实践，我国强夯夯锤的形状与尺寸基本定型。

除非特殊情况，现在常用的夯锤不论重量多大，基本为圆形，呈上大下小的倒锥台形，锤底面积一般在4m—6m 之间，以5m 较为多见。

底面积5m时，锤底直径2.52m。

锤身纵向贯通4—6个300ram—400ram通气孔。

（五）时间间隔及加固范围两遍夯击之间，应有一定的间歇时间，以利于强夯时上中超静孔隙水压力的消散。

间歇时间取决于超静孔隙水压力的消散时间。

土中超静孔隙水压力的消散速率与土的类别、夯点间距等因素有关。

沙性土地基渗透系数大，一般在数分钟和2—3h 即可消散完，但渗透性差的黏性土地基，一般需要数周才能消散完。

夯点间距对孔压消散速率也有很大的影响，夯点问距小，孔压消散得慢，反之，夯点间距大时，孔压消散得快。

强夯处理范围应大于建筑物基础范围。

每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。

三、强夯法施工过程（一）强夯施工准备1.施工机器选择强夯施工的主要机具及设备有：起重设备，门架，脱钩装置，夯锤，推土机等。

（1）起重设备为强夯的主要机械，应根据工程所采用的夯锤和起重高度来选用起重机的型号，可单机作业，也可主、副机联合作业。

一般额定起重能力为夯锤重量的1.5—3倍；（2）门架由横梁和2个支腿组成，支腿的结构形式有格构式或管式。

门架上部横梁中心铰接于吊杆顶部；（3）脱钩装置由带拉杆的吊钩和滑轮组成，配上牵引钢丝绳，当夯锤起到规定高度时能自动脱钩落锤；（4）夯锤的选择是根据土质条件、设计要求和强夯能级决定的。

夯锤重一般为80—400 kN，材质有铸钢、铸铁或钢壳包混凝土等几种，锤底多为圆形，锤底面又有平底、锅底、球形等，地面投影面积一般为4—8 平方米。

另外，夯锤还应设数个上下贯通的通气孔；（5）推土机是强夯必不可少的辅助机械，作场地整平压实之用。

2.施工注意事项采用强夯法施工前，应对强夯地段一定范围内的地下构筑物的位置及标高等情况进行调查，采取必要的措施保护，以免在强夯施工中造成损坏，同时对地面影响范围内的建筑物进行排查，特别是农村的简易土坯房、片石砌筑的抗震性能较差的房舍进行摸底调查，以免在施工中发生危险。