强夯法在地基处理中的应用

张营营，温国利

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

强夯法又称动力固结法， 是20 世纪60 年代后期法国梅那尔公司在重锤夯实基础上创造的一种动力加固地基的方法。 它使用吊升设备将很重的锤(—般为8~40 t)起吊至较大高度(一般为8~40 m)后，使其自由落下，产生巨大的冲击能量(—般为1100~4 000 kJ，最大可达8 000 kJ)作用于地基，给地基以冲击和振动，从而在一定范围内使地基的强度提高，压缩性降低，改善地基的受力性能[1]。 经过几十年的应用，证明该方法适用性强，加固效果显著。本文试对强夯法的施工工序和施工参数进行探讨。

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。

图1 强夯法的施工工序图Fig.1 Dynamic consolidation construction procedure

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

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[1]。

表1 夯击不同土质地基的有效加固深度Table 1 Effective reinforcement depth oftamping different soil foundation

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)。

图2 夯点布置Fig.2 Tamping points layout

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3 m。

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 强夯施工的技术探讨

3.1 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。

3.2 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。

4 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。

[1] 龚晓楠. 地基处理手册[M]. 3 版. 北京：中国建筑工业出版社，2008：128-135.

[2] 张庆国. 强夯法的加固机理和应用[M]. 山东：山东科学技术出版社，2003：55-80.

[3] 殷宗泽. 地基处理工程实例[M]. 北京：水利电力出版社，2007：195-220.