摘要：自1968年LMenard提出强夯法以来，作为一种地基处理方法在软弱地基加固中得到了广泛的应用。强夯法在地基处理中应用愈来愈广泛，这里结合工程施工中的一些实际问题，本文介绍了介绍强夯法在工业厂房中进行地基加固处理的施工工艺及优点以及强夯法在地基处理中的应用要点及对强夯置换法设计进行探讨。
关键词：强夯法；地基处理；应用
前言：强夯法处理地基从20世纪60年代由法国首创至今已有40多年的历史,经过长期的应用和发展,由于设备简单、施工方便、适用范围广、价格便宜、效果显著而广泛用于加固碎石土、砂土、粘性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基,它不仅能提高承载力而且能改善其抵抗振动液化的能力,并消除土的湿陷性,因此,用强夯法处理地基在工业与民用建筑,以及道路、飞机场跑道等工程中的运用非常广泛且有效。
1强夯法概述
强夯法又叫动力固结法（Dynamic consolidationor Dynamic compaction），是用起重机械将质量8～30吨的重锤（最重可达200吨）起吊到8～20m的高度（最高为40m）自由落下，给地基以强大的冲击能量，在土中产生冲击波和冲击应力，迫使土体孔隙压缩。土体在压缩过程中局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，将气体和孔隙水排出，使土粒重新排列，经时效压密达到固结，降低其压缩性将地基加固，从而提高地基承载力。这是一种施工简单、费用低廉而效果显著的深层地基处理方法，得到广泛的应用。然而，施工噪音和振动较大，不宜在城区和邻近密集建筑物的地方使用。
强夯法适用于填土、碎石土、砂土、一般粘性土和黄土等地基处理。强夯的加固机理可分为动力夯实、动力固结和动力置换三个作用过程。其共同的特点是：通过破坏土的天然松散结构，达到新的固结稳定状态。
2强夯法的加固机理及强夯法的优缺点
2.1强夯法的加固机理
强夯法加固地基虽有大量成功的工程实例，国内外学者也从不同的角度对其加固机理进行了大量的研究，但是，由于各类地基的性质差别极大，强夯影响的因素也很多，因此在目前为止尚未建立起一套成熟的理论和设计计算方法。目前，解释强夯过程的理论主要有针对饱和土的动力固结理论和针对非饱和土的冲击破坏理论。
（1）动力固结
饱和软黏土体在受夯时，土中气体受到压缩不断排除土体，土体产生瞬间变形，孔隙水压力增大；在重复冲击力的作用下，土体结构发生破坏，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，土体发生固结。夯击后，随着土体的不断固结，孔隙水压力下降，触变现象得到恢复，地基强度得到不断提高。
（2）冲击破坏
采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒非饱和土时,在冲击型动力荷载作用下,土中气体被挤出,孔隙减小,土体变得密实,从而提高地基土强度。与饱和粘性土不同,强夯中,土体并不产生液化,触变及孔隙水压力消散的现象。
2.2强夯法的优缺点
强夯法的优点：①适用范围广泛。可以用于加固各类砂性土、粉土、一般粘性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，采用置换法也可用于加固软土地基。②加固效果显著。地基强夯处理后，可明显提高地提高地基承载力、压缩模量。③有效加固深度深。单层8000KN·m高能量级强夯处理深度达12m，多层强夯处理，深度可达24～54m，一般能量强夯处理深度在6～8m在缺少试验资料或经验时可按下表预估。（强夯法的有效加固深度应从最初起夯面算起）④强夯施工机具简单。强夯机具主要为履带式起重机，一般辅以龙门架等设施，以便增加起吊能力和稳定性。⑤节省材料。一般的强夯处理是将原状土或者回填土方施以能量，减低建材的消耗。⑥节省造价。强夯工艺无需特殊的建筑材料，与桩基础相比节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料和人工费用外，基本没有其它消耗。
强夯法的缺点：①施工过程中震动比较大，不适用于离建筑物和构建物比较近的区域，容易产生扰动和扰民。②对于土方含量比较敏感，含水量高锤击后容易造成橡皮土。③施工场地不易太小，否则施工机具无法施工。④施工中要掌握好机具的稳定性，重锤不要直接接触砖块和混凝土块等硬物，否则易于出现伤亡事故。
3强夯法在地基处理中的应用要点
3.1夯击能选择
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:：
3.2控制强夯次数
强夯次数和分配的合理程度是影响夯实操作效果的主要因素，施工人员在确定强夯次数前，需要考虑并分析施工现场的具体情况和土层的地质特征，一般建筑工程地基处理要求的强夯次数在3次左右，具体的强夯次数需要视施工工程的实际情况而定。另外，在确定强夯次数的过程中，还需要考虑土层结构，不同土层结构适宜接受的次强夯数有所区别。如果土层由粗土壤颗粒构成，施工团队可以适当减少强夯次数；如果以细土壤颗粒为主，则需要适当增加次强夯数，以此来确保强夯法的应用能够达到预期效果，为地基工程打下坚实的技术基础。
3.3控制夯实次数和击能
夯实的次数和击能也是影响强夯法应用效果的主要因素，但并不是夯实次数越多夯实效果越好，夯实次数需要结合工程要求进一步分析和确定。在大多数地基处理中，需要将夯实次数控制在3次左右，每次夯实的击数为7下左右，合理的夯实次数和击能是确保地基处理工作高效进行的基本保障。
3.4控制夯实操作的间隔时间
夯实操作的间隔时间决定了夯实工程的实际效果，在强夯过程中，夯实操作的时间间隔一般指的是两次强夯操作之间的时间间隔，如果能够确保每次强夯操作的时间间隔的合理程度，土层空隙中的水分便会减少，进而提高夯实操作的实际效力。夯实操作的时间间隔需要施工人员结合以往经验和试夯环节的相关数据来确定，通常情况下，夯实操作的间隔时间需要由土层空隙水分的消散时间及土层的渗透性能决定，如果施工土层的渗透性性能较差，夯实的时间间隔需要控制在4星期左右，对于渗透性较强的土层来说，可以进行连续夯击。
3.5控制夯实点
夯实点的布置直接关系到了强夯工作的实际效果，如果不能确保夯实点设置的科学性，夯实准备工作和良好夯实设备的应用效力都不能完全发挥出来，不但会增加夯实设备的损耗率还会降低强夯技术的应用效率。为控制好夯实点和实际的施工位置，在实际的夯实过程中，可以以正三角或正方形结构为基础框架，来设置夯实点，并将每个夯实点的距离控制在5-10米，每个夯实点之间的距离需要保持高度的一致性。
当然，夯实点的距离也不是一成不变的，现场可以结合具体的建筑工程和地基搭建要求，适当增加或缩小夯实点之间的距离，但是要确保调整的范围在规范要求之内。除此之外，需要注意的是在夯实回填土层较厚的区域时，第一次夯实操作夯实点之间的距离需要适当加大，地基工程需要的情况下，还可以应用分层夯实施工的方式，以确保强夯技术应用的最佳效果。施工人员还需要做好对地基的处理工作，为应力的良好扩散奠定基础。
4强夯置换法设计
通常强夯置换设计包括强夯置换墩的深度、单击夯击能、夯锤要求、墩间布置和间距、填料要求。
4.1强夯置换墩的深度、填料要求
强夯置换墩的深度由土质条件确定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。墩体材料可选用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。
4.2单击夯击能的确定
单击夯击能应根据现场试验确定，但在可行性研究和初步设计时可按下式估算：
4.3夯锤、夯击次数和收锤标准
强夯置换锤直径宜为1.11.3m，锤底接地压应力值可取100～200kPa，对于同一夯击能宜选锤底静压力较高的锤施工。
夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且满足下列条件：①墩地穿透软弱土层，且达到设计墩长；②累计夯沉量为设计墩长的1.5～.0倍；③最后两击平均夯沉量应满足规范的规定。
4.4墩位布置与墩间距
墩位布置一般采用等边三角形或正方形，对于独立基础或条形基础可根据基础形式与宽度相应布置。墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的2～3倍；对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5～2.0倍；墩的计算直径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。当墩间距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。强夯置换墩间距宜取6.0～8.0m。
4.5强夯置换设计其他注意事项
强夯置换处理范围及试夯方案的确定同普通强夯法。检测项目除了现场载荷试验检测承载力和变形模量外，尚应采用超重型或重型动力触探等方法，检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。地质雷达也可用来检测置换墩的深度、直径。条件许可时可在现场开挖，视觉上检查置换墩着底情况，置换墩形状、尺寸等。
墩顶应铺设一层厚度不小于50cm的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于10cm。
对软弱粘性土地基，只考虑墩体强度，不计墩间土的作用，其承载力特征值应通过现场单墩平板荷载实验确定。
5结语
强夯加固地基的施工工艺比较简单，操作方便，加固效果良好，影响深度可达10m以上，可有效地提高地基的承载能力，并且适用于从砾石到黏性土的各类地基土，应用比较广泛。但是该方法加固地基的机理比较复杂，其理论和设计计算方法，还有待于进一步深入研究。
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论文作者:肖碧勇
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷10期
论文发表时间:2019/9/20
标签：夯实论文; 地基论文; 土层论文; 次数论文; 深度论文; 孔隙论文; 操作论文; 《建筑实践》2019年38卷10期论文;