如何在地基处理中实施强夯法探讨

摘要∶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,使加固效果显著。本文将对强夯法进行探讨。

关键词：强夯法；地基处理；加固机理；施工工艺；试夯设计

当前，应用强夯法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、飞机场跑道及码头等。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。中山地区，随着物流业的发展，在物流仓储的设计中，也有强夯法实际工程应用。

1 强夯法的加固机理和施工工序

强夯法适用于加固从砾石到黏性土的各类地基土。我国工程技术人常用来处理碎石土、沙土、低饱和度的粉土、黏性土、杂填土、素填土、湿陷性黄土等各类地基。

1.1 强夯法的加固机理

强夯法是应用功能转换的原理达到加固地基的目的[2]。地基土在强大的冲击能的作用下，土体强制压缩或振密，局部液化，夯点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水逸出，经时效压密，使土体重新固结，从而提高了土的承载力，降低了其压缩性。根据国内外近解10 年来的研究成果，强夯的作用机理按土体类型可归为以下几类[2]。

（1）非饱和类土。以直观的加密使土体强度增加为主（如黄土和一般的黏性土，最典型的是湿陷性黄土）。通过夯击，使土颗粒重新排列成致密结构体，消除其湿陷性。

（2）粉土和粉细沙类土。夯击作用使土体加密和预液化，从而提高地基土的承载力和抗液化能力。

（3）饱和土。强夯使空隙水压力瞬时升高，随着水压力的消散，土中自由水和部分弱结合水排出，土体变得紧密。随着时间的延续，触变后的土体结构得以恢复，使地基土得到加固。对于饱和淤泥质土和黏性土，可通过加填料(石块、钢渣等)夯击，增加土体骨架和排水通道。

1.2 强夯法的施工工序

强夯法的施工工序如图1 所示。

2 强夯施工参数的选择

强夯施工参数包括夯击能、夯点的夯击次数、夯击遍数、夯点间距、夯点布置、加固范围和间歇时间。它们可通过试夯确定。

2.1 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

（1）

式中：H为加固深度，m；W为锤重，t；h为落距，m；α为修正系数，取0.5。

强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时， 可按表1估计。

表1 夯击不同土质地基的有效加固深度

2.2 夯点的夯击次数

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：

（1） 最后两击的平均夯沉量不大于50mm。

（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

（3）不因夯坑过深而发生起锤困难。

2.3 夯击遍数

夯点需要有一定的间距，使夯击时夯坑产生冲剪，从而在夯坑底形成一个挤压加固区。为使所产生的挤压力受周围土约束，侧面应有一定间距的不扰动土。为了加固未挤密土，需增加夯击遍数。这种分遍夯击， 实际上就是夯点分批夯击。一般情况下，对碎石、沙砾、沙质土或垃圾土，夯击遍数为2～3遍；黏性土为3～8 遍，泥炭为3～5 遍。

2.4 夯点间距

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，第一遍夯击点间距宜选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。

2.5 夯点布置

布点形式和间距依地质情况、能级和夯锤面积等确定。为了更好地达到设计要求，多数情况需试夯确定。工程中常用的夯点布置主要有以下两种：

（1）单点间距一般为1.5D～2.5D(D为锤底直径)，呈一批方格布置(如图2-a)、二批梅花形布置(如图2-b)。

（2）满夯为挨点错位相切，二批方格布置(如图2-c)。

2.6 加固范围

由于建筑物基础的应力扩散作用，强夯处理的范围应大于建筑物基础范围， 具体扩大范围可根据建筑结构类型和重要性等因素综合考虑确定。―般情况下，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，且不宜小于3m。

2.7 间歇时间

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，夯点间距小，孔压消散得慢，反之，夯点间距大时，孔压消散得快。

3、强夯地基的检验

强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用现场载荷试验确定。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除采用载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基载荷试验检验点不应少于3 点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检查数量均不少于墩点数的1%，而且不应少于3 点。

强夯施工应属于动态信息化的施工方式，强夯参数的选择应根据工程的实际地质情况及规范的经验取值初步确定强夯参数，通过试夯时的综合检测手段验证取值。单点夯击数除按现场试夯得到的夯击沉量关系确定，且同时施工现场应满足以下几个条件：夯坑周围地面不应发生过大隆起；不因夯坑过深而发生提锤困难。地基土中孔隙水压力消散有一个过程，对渗透性差的土地基一定要有一个间隔时间。渗透性好的地基可连续夯击, 但在具体施工中最好有不小于72h 的间隙时间。对深层加固完毕进行“满夯”要注意锤印按1/3 相互搭接。及时排除夯坑及场区内积水，做好测量及检验工作，认真做好记录。做好安全管理工作，施工区域严禁闲人入内。

4 强夯施工的技术探讨

4.1 施工机具的设备选择

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 m2。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。

4.2 施工步骤

强夯施工可按下列步骤进行：（1）清理并平整施工场地。

（2）标出第一遍夯点位置，并测量场地高程。

（3）起重机就位，使夯锤对准夯点位置。

（4）测量夯前锤顶高程。

（5）将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，当发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时， 应及时将坑底整平。

（6）按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。

（7）重复第三至第六步骤，完成第一遍全部夯点的夯击。

（8）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。

（9）在规定的时间间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。3.3 施工安全注意事项强夯施工应注意的事项为：

（1）强夯施工产生的振动较大，当距离边坡较近施工时，应挖1m×1.5m的减振沟。

（2）强夯施工尤其是满夯时，如表土过干，应采取加水措施，增加土的含水量，以防石水四溅、尘土飞扬。

（3）夯锤上应设通气孔，如遇堵塞，应立即清理。

（4）现场人员必须戴安全帽，超重臂下严禁站人。

（5）在强夯施工过程中，应有专人负责监测工作。

5.工程实例

广东宏昌物流公司拟建仓储工程，位于中山东升镇，场地地貌类型为珠三角冲淤积平原地貌，场地地形较平坦，用地范围内较多的鱼塘、农田。甲方要求仓储地面使用荷载为30KN/m2。建筑采用钢结构单层多跨门式钢架结构，建筑面积本期为8万平方米。基于工程建筑结构自重较小，地面使用荷载较大，最经济有效的方法为地基加固处理，设计采用强夯法。首先对原有场地采用勾机对塘基进行开挖，把整个场地平整至一水平面，然后对场地进行回填。填料面层采用60cm砖渣、水泥渣或石渣，面层以下，须采用透水性较强的填料分层压实。

施工方案：1.第一遍跳夯阴影部分,夯完后用推土机对场地进行平整,间隔2周后再跳夯非阴影部分，具体如图示。2.夯击间距为4.5X4.5米。3.点夯锤锤径2m，夯击能采用2000KN.m，最后两击夯沉量不大于10cm控制，夯坑周围不应发生过大的隆起或侧挤。4.夯击过程中，若收不了锤，在夯击位置添加砖渣、石渣直至收锤为止。5.点夯完成2周后，用推土机推平场地，然后整个场地进行满夯6.满夯夯击间距为 1.4X1.4米,锤搭接 0.3D，如图示。7.满夯夯锤锤径2m，夯击能采用1300KN.m，每遍两击。

强夯完成后，经现场荷载试验检测，填土持力层承载力特征值fak达到150Kpa，完全可以满足仓储地面荷载的要求，钢结构基础采用天然基础，所以本工程强夯处理是成功的，而且经济性也较好。

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10 m 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。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看