浅析强夯法和强夯置换法地基处理

摘要:当前，应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，本文从研究方向、加固机理、工程实例三个方面对其进行了阐述，以便在以后的设计中作为参考。

关键词：强夯法 强夯置换法 加固机理

中图分类号： TU662 文献标识码： A

概述

强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10~40t的重锤和10~40m的落距，对地基上施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基上的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。

强夯法适用于处理碎石土、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。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑～流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井（或塑料排水带）是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。

1.研究方向

目前，强夯法主要有三个研究方向：以处理饱和软土为目的的低能级强夯技术；以处理高填土和深厚湿陷性黄土，以及消除湿陷为目的的高能级强夯技术；强夯与其他地基处理技术优势互补，发展成为组合式地基处理技术。

2、加固机理

强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。

加固机理图

目前，强夯法加固地基有三种不同的加固处理：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，使土体中的孔隙减小，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量1000~2000 KN・m的作用下，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，使孔隙水顺利溢出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。

（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（或墩）间隔地夯入软土中，形成桩式（或墩式）的碎石墩（或桩）。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。

置换示意图

3、工程实例

齐河CNG加气母站位于德州市齐河县县城西外环东侧，紧邻101省道。勘察区域为人工填筑场地，第一层为杂填土，黄褐色～棕褐色，土质不均，含大量粒径不均的砖块，填充物以粉质粘土为主，结构较松散。该层均有分布，层厚1.0～6.50m。属于高饱和粉质粘土，场区采用强夯置换法进行加固处理，处理厚度1.6~7.0米左右。地基承载力特征值不小于100kPa。

（1）强夯置换试验性施工参数

1）点夯要求：

一、二遍点夯（3000~4000kN.m能级）由第1击起开始记录夯沉量，最后连续两击的平均贯入度≤50mm（小于4000kN.m能级），≤100mm（4000kN.m能级）；

夯点间距偏差不大于500mm，锤重偏差不大于0.1吨，夯锤落距偏差不大于300mm。点夯两遍时间间隔一般7天。

2）夯点的夯击次数应按现场试夯确定，并应同时满足下列条件：

a.墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；

b.累计夯沉量为设计墩长的1.5~2.0倍；

c．最后两击的平均夯沉量不大于50mm（小于4000kN.m能级），不大于100mm（4000kN.m能级）。

（2）强夯置换加固地基检测

强夯置换处理后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，还要采用N120动力触探测试方法，检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。检验应在施工结束后间隔28d,强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应小于墩点数的1%，且不应少于3点。检测应遵守《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）、《强夯地基处理技术规程》（CECS 279:2010）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）等相关规范的规定。

（3）地基强夯置换加固施工方法

施工中建议查明场地范围地下是否有管线分布，以防管线受到破坏

1、清理并平整施工场地。

2、标出夯点的位置，并测量场地高程。

3、起重机就位，夯锤置于夯点位置。

4、测量夯前锤顶高程。

5、夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击。

6、严格按照夯点布置图两遍夯击。

参考文献

【1】国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）北京:中国建筑工业出版社，2012

【2】行业标准.建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）北京:中国建筑工业出版社，2002

【3】中国工程建设协会标准.强夯地基处理技术规程（CECS 279:2010）北京:中国计划出版社，2010

【4】国家标准.建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）北京:中国建筑工业出版社，2002