强夯处理软土地基的机理及方法

强夯处理软土地基的机理及方法

刘超

山东省交通规划设计院山东济南250031

摘要：本文介绍了强夯法加固软土地基的机理、设计重点，并从施工准备、试夯、夯击等方面对强夯法加固施工工艺作了详细探讨，可为类似项目提供借鉴。

关键词：强夯法软土地基加固机理施工工艺

软土是由淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土等软弱土组成的，在不同荷载和外力作用下产生不同受力状态和变形的特殊不良地基。在我国广泛分布，工程性质较差，地下水位埋深较高，随汛期升降幅度较大，对路基的稳定性有较大影响。其土质一般具有含水量较高，孔隙比较大，抗剪强度很低，压缩性高，具有明显的流变性等特点。在荷载的作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完成之后还可能继续产生可观的次固结沉降。

1 强夯加固机理

不同的地基土在强夯作用下均会表现出三种加固特征：一是加密作用，以土体中气体的排出为特征；二是固结作用，以孔隙水的排出为特征；三是预加变形作用，以各种颗粒成分在结构上的重新排列以及颗粒结构和形态的改变为特征。从宏观上来分析，软土在强夯作用下土强度增长可细分为以下几个阶段：

1) 强夯加载阶段。在夯击的一瞬间施加于土体的夯击能使地基产生动应力，动应力使孔隙水中气体逐渐受到压缩，当气体按土体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩的，于是孔隙水压上升，逐渐使孔隙水压上升到与覆盖压力相等。

2) 卸载阶段。在夯击动能卸去的一瞬间，动的总应力瞬间即逝，然而土的孔隙水压力仍然保持较高的水平，此时孔隙水压力大于有效应力，因此土体中存在较大的负有效应力，土体即产生液化，进而土体中将产生裂隙，土的渗透性骤增，孔隙水得以顺利排出。

3) 固结阶段。随着孔隙水压力的消散，土中裂隙将闭合，土颗粒接触将较强夯前紧密，土的抗剪强度和变形模量会有较大幅度的增长。

4)土的触变恢复阶段。孔隙水压力完全消散后，土的抗剪强度和变形模量仍

会缓慢增加，最终达到加固地基的目的。

2 强夯方案设计

强夯法的有效加固深度既是反映处治效果的主要参数，又是选择地基处治方案的重要依据，目前国内均依据梅那(menard)经验方式作为估算依据：H=aMh，式中：H 为有效加固深度(m)；M 为夯锤重(以10 kN为单位)；h为落距(m)，为不同土质的折减系数。根据设计要求的处治深度，强夯法夯击能的选择及经验系数a的选取与工程性质、土质条件、地下水位等因素有关，具体设计参数选取一般要通过试夯或试验工程来确定。

当地下水位较高，强夯施工困难，可铺筑一层垫层。垫层的作用是在地表形成应力扩散层，便于夯击能向深层传递，在地表形成排水通道，有利于排水或上部孔隙水压力的消散，在地表软弱地段形成支撑强夯设备而保证机械正常施工的持力层，增大夯坑底面与地下水之问的距离，避免夯坑与侧面翻浆，保证施工与夯击效果，提高表层地基强度，对改善上部土层加固效果有一定作用。

3 强夯法加固施工工艺

3.1 施工准备

1)排水疏干，并将施工范围内的杂草、杂物清除干净，然后按设计要求，填砂砾等渗水垫层，平整后初步碾压，做好三通一平工作，使施工机具运行自如，不下降。2)准备好填筑材料，处理不排水抗剪强度小于20 kPa的土层时，先用直径较大的块石或碎石，一般用粒径30 cm～40 cm，含泥量不大于5％,级配良好的碎石类土及砂砾粗砂等材质材料，由于强夯过程中材料用量很大，且用量集中，所以必须做好材料的准备工作。3)强夯机具设备应符合设计要求，强夯起重机械以履带式为宜，带有自动脱钩装置，起重能力为锤重的1.5倍～2.0倍，起重机臂杆端部宜设置辅助门架或其他安全设施，防止落锤时机械倾覆。4)场地平整，使强夯基面保持基本平整，平整以后按设计的布点方式进行，使其定点偏差小。

3.2 试夯

试夯前，首先进行地质勘探，探孔4个～6个，其中标准贯入试验孔为3个，以利加固前后指标的对比和地基的评价，试夯时，在试夯加固面积上铺筑一层1 m厚的碎石，然后用设计选用的夯锤进行试夯，试夯员做好现场试验和记录。基本测试项目有夯点的块石喂料量，夯点高程，夯墩周围隆起量，振动影响范围，

夯击次数，夯击遍数等。试夯结束一周后，进行夯后测试，如果加固效果不能满足设计要求，则需调整夯击参数，重新试夯，直至参数符合要求为止。

3.3 夯点位置布置

根据公路工程结构类型，采用正方形布置，第一遍夯击点间距取5 m～9 m，以后各遍夯击点间的距离适当减小，当处理浓度较深或单击能大的工程，第一遍夯点间距应适当增大。

3.4 夯击

起重机就位后，使夯锤对准夯点位置，先测量夯前锤顶高度，然后将夯锤起吊到顶点高度，待夯锤脱钩自由下落，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平，然后，按设计规定夯击次数与控制标准进行夯击，完成一个夯点的夯击。

3.5 强夯过程监测

1)开夯前检查夯锤重和落距，以确保单击能量等符合设计要求。2)在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯及时纠正。

3)按设计要求，检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。通过采取这些步骤使夯击加固效果提高。