强夯固结法防治软弱地基技术浅析

摘要：在建设施工时针对软弱地基的加固一直以来都是工程的难点。目前针对工程加固的方法有许多种，其中既有单一方法的使用，也有多种方法的联合使用。通过大量工程实践我们发现针对软弱地基的加固处理方法中，强夯结合排水固结法即动力排水固结法，是使用最多效果最显著的方法。本文主要针对动力排水固结法进行阐述。

关键字：强夯固结；软弱地基

Abstract: the construction facilities working hours for soft ground reinforcement has long been a project of the difficulty. At present in view of the engineering reinforcement method has many kinds, including the use of a single method, also have a variety of methods used in combination. We found through a large number of engineering practice of soft ground reinforcement method, the dynamic compaction in combination with drainage consolidation method of dynamic drainage consolidation method, is the most significant method most used effect. This article mainly aimed at the dynamic drainage consolidation method in this paper.

Key words: dynamic compaction consolidation; Soft base foundation

中国分类号：TV223文献标识码：A 文章编号：

引言:进入二十一世纪随着我国经济的持续发展，各种建筑工程项目诸如机场，高速，高铁的数量与日俱增，并且随着建筑物层次的提高，其对地基加固程度的要求也越来越高。我国是一个人多地少的国家，土地资源日趋紧张，所以许多建筑物建设时本着节约用地的原则所选取的土地的地质条件并不理想，其中有很大一部分为软弱地基。以软土地基为例：软弱地基往往具有结合水含量较大，土壤颗粒加间间隙较大，渗透性差，压缩性高等特点，从而使得软弱地基物理承载能力较弱，易沉降变形[1]。对于软弱地基单纯的利用一种加固方法加固效果并不明显。动力排水固结法将传统强夯的加固与排水固结有机结合起来，很好的解决了软弱地基加固的工程难题。

一 、动力排水固结法概述

动力排水固结法是由传统的强夯固结法发展而来，其中的动力是指利用强夯中的动能来达到加固地基的目的。排水固结法是通过设计排水系统将地基中的水排出，以此来达到加固低级的目的。动力排水固结法实现了强夯的加固与排水固结的有机结合。下面将对动力排水固结的两个组成部分进行详细论述。

(一)强夯固结法

强夯固结法又名动力固结法( Dynamic Compaction Method )，它是利用起重机械将10-50吨的重锤升高到5-50米的高度，然后使其自由落体，重锤的重力势能转化为动能[2]。当重锤撞击地面时会产生强大的冲击力和振动促使土壤中的气体,水（土壤中结合水变为自由水方便排出）等排出，进而使土壤中颗粒间的空隙变小，土壤结构更为紧密结实。目前科学界对于强夯固结法的加固机理没有统一的同时，存在不同的理论,普遍认为其加固机理包括：动力密实机理、动力固结机理和动力置换机理。根据能量的不同强夯固结法可分为低能强夯估计法和高能强夯估计法。强夯固结法是上世纪60年代由 Menard公式发明并首先使用的地基加固技术。由于其对施工设备要求简单，便于操作，施工速度快，价格便宜等优点，自上世纪70年代传入我国以后在许多地基加固工程中得到了广泛的使用。虽然强夯估计法具有很多优点，但并不是所有加固工程都可以单一的利用这种方法进行加固。强夯法主要适用于加固填土、碎石土、黏性土、砂土及湿陷性黄土等，而对于饱和度较高的粉士、黏性土等以软土为代表的许多软弱地基，强夯固结法并不适用。这主要是由于软弱地基中水含量相对较多，而其渗透压较小，由于夯击作用过强使土壤中的水来不及排出，形成泥浆状橡皮土使地基加固无法进行。

（二）排水固结法

排水固结法由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授在1952年最先提出的。排水固结法就是通过在地基土层中设置合理的竖向排水及横向排水井，通过向地基施加一定荷载使土壤中的结合水缓慢排出，水分的减少进而造成土壤孔隙的缩小使地基固结变形，以此来增加地基的物理载荷强度达到加固地基的目的。排水固结法按排水技术措施的不同可分为堆载预压法（对地基进行加载预压）、真空预压法（利用真空泵抽气加速水分排出）、降水预压法（用水泵抽出地下水降低地下水位加速地基固结）、 电渗排水法（利用电渗作用排水）等。排水固结法的核心施工内容是排水系统的建设，良好的排水系统可以有效提高排水固结法加固地基的效率。排水系统的建设可划分为：竖向排水体系的施工和水平排水体系建设。竖向排水体系建设可采用塑料排水管施工，和袋装沙井施工[3]。水平排水体系施工可分为砂垫层施工和排水沟、集水井施工。相比于强夯固结法，虽然排水估计法施工应用范围很广，但是由于排水固结法中存在排大量水系统的建设因此导致排水固结法成本较高，技术操作难度较大，并且施工量较大周期较长。

（三）动力排水固结法的优点

正如前面所述强夯固结法对软弱的地基并不适用，而排水固结法又存在工程周期长的缺陷。但是若将两者结合起来就能起到事半功倍的效果，即增加了固结的速度又便于操作，克服了强夯固结法的缺点，发挥了排水固结的优点，具有处理效果好，投资低工期短的显著特点。但是动力排水固结法也存在其自身的局限性，在施工过程中要具体问题具体分析不能死板套用。

三、动力排水固结法施工工艺的注意事项

（一）施工前期准备

在运用动力排水固结法对软弱地基施工时，要做好充分的施工前准备，对地质情况要有整体清晰的认识。首先要将土地进行平整处理，方便后期施工；其次要将同过抽取地下水的方式降低地下水位。由于在利用去强夯固结法处理软弱地基时，强夯的瞬间会产生强大冲击力由于软弱地基自身的限制极易使土体局部发生剪切破坏。因此在施工前可以首先填注一定厚度的砂石层。这样一方面可以起到分散夯击作用力的作用，降低土层结构被破坏的风险以及避免出现橡皮土现象；另一方面预先填注的砂土层还可以起到堆填预压的作用，有利于软土层水分排出。

（二）排水体系的施工工艺

排水系统的施工作为动力排水固结法施工过程中的重要组成部分，良好的排水体系是强夯施工顺利进行的必要保障，因此其施工工艺显得尤为重要。排水体系施工包括竖向排水体系施工和水平排水体系施工。在施工时要根据实际情况具体确定排水系统中排水设施的分布密度，深度等参数。竖向排水体系施工可采用塑料排水板施工和袋装砂井施工两种方法进行[4]。塑料排水板施工可以根据软弱等级的具体参数采用机械设备较重的振动式插板机进行插设，采用效率较高的履带式液压插板机插设，可人工插设或人工将塑料排水板直接插入到淤泥，也可采用引孔机械先把填土层打穿再进行插设。塑料排水板可按等边三角形或正方形布置，并且对塑料排水板的间隔、深度也有具体要求，间距一般控制在 1米左右。要将其贯穿整个淤泥层，并深入淤泥底下土层1米以上。袋装砂井施工操作相对简单，砂井直径控制在0.8米左右，砂袋材料要求较低可采用纤维，尼龙等材料。集水井和排水沟要合理布局，集水井宽度一般在3米左右，集水井底面需比周围排水沟深 0.4米以上。施工期间要加强对集水井的管理及时抽水和观察井内水位变化情况。

（三）强夯施工工艺

经过长期的实践积累，工程工作者对动力排水固结法中强夯施工的工艺进行了总结，可归纳为“先轻后重、少击多遍、逐级逐层加固”。具体操作为遵循循序渐进的指导思想，在开始夯击时使用较低夯能在使表层土加固之后，然后增大夯能进而使得夯击层次加深，从而有效地保证了施工效果，加速排水固结过程。在这个总体指导原则的基础上还要综合考虑到夯击遍数、夯击点的布置、两次夯击之间的时间间隔等具体因素对施工效果的影响。为保证软土地基的加固效果，夯击遍数一般是点夯2-4遍，满夯1-2遍。夯点间距一般取 6-7m，夯点布置可按正三角形、正方形或梅花点形布置，夯击应采用跳夯方式或搭接方式。两次夯击时间间隔一般为4-8天。

结语：软弱地基的处理在各项施工中越来越重要，作为软弱地基加固处理最常使用的方法，动力排水固结法具有不可取代的优势。本文对动力排水固结法以及其施工工艺的注意事项进行了论述，希望能对今后的软弱地基施工有一定的帮助。

参考文献

[1]范炳娟，陈志民，梁继龙，强夯法加固软土地基的作用机理及应用实例，辽宁省交通高等专科学校学报，2007,9.

[2]张季超，梁铁锚，杨永康。动力排水固结法处理软土地基的关键技术研究，施工技术，2012,12月下。

[3]阎安民，动力强夯排水加固吹填砂地基施工技术，陕西建筑，2011,9月。