强夯法处理地基在道路路基设计中的应用研究

陈俊龙

摘要：强夯法已被证明是实践中较好的基础加固方法之一。然而，由于其自身的复杂性和缺乏系统的现场试验和必要的室内精密实验，动态夯实理论仍然不是特别完善，还是缺乏一套成熟的理论和计算方法，强夯的设计仍处于经验设计阶段。基于多年来的工程实践，本文讨论和总结了强夯法处理地基的参数确定和加固原理。

关键词：强夯法;处理地基在道路路基设计;应用研究

强夯法可以实现从9-21m（最高45m）的高度自由落下9-45t的重量，将冲击能量施加在地基上，在地基中形成冲击波和动态应力加强地基，提高粗粒土的强度，降低软土的压缩性，提高砂的抗液化性，消除湿陷性黄土的湿陷性。强夯法已被证明是实践中较好的基础加固方法之一，但由于其自身的复杂性、缺乏系统的现场试验和必要的室内精密试验，动态夯实理论仍然不完善。成熟的理论和计算方法仍处于实证设计阶段。因此，需对强夯法的加固机理和设计方法进行讨论和总结。

一、强夯参数确定

（一）有效加固深度

有效加固强度是指经强夯加固后，强度增加，压缩模量增加，增强效果可以在土层范围显现。由于深度的复杂性，没有针对各种条件下去精确计算有效加固深度的计算方法。目前，国内工程界仍然使用梅纳公式来计算强夯法加固的深度。事实上，不同土层的厚度以及地下水位都对有效加固深度有影响。因此，强夯的有效加固深度应结合现场试验或当地经验确定。

（二）夯击能

单位夯击能量是指每单位面积施加的总夯击能量。单位夯击能过大，不仅不利于提高加固效果，还会降低饱和粘：土的强度。所以应该结合土层类型，有效加固深度，通过结构类型和荷载大小来确定单位夯击能量，并通过现场试验确定。地基士中出现孔隙水压力达到上覆土压力时所得到的夯击能即为最佳夯击能，达到最佳夯击能的夯击次数即为夯点每遍的夯击次数。最佳夯击能与土的类型有关，对于粘性土可采用限制地面最大隆起高度或有效夯击系数来控制最佳夯击能，对于砂性土可采用控制夯坑夯沉深度来确定最佳夯击能。

（三）夯击遍数

大量的工程实践表明，应尽可能减少夯击遍数。对于渗透系数大且含水量低的土.层，使用1-3次，反之亦然，需要3-4次冲程才能达到增强效果。在一天结束时，它充满了低能量，其目的是压实松散的表层土。在路基处理设计中，通常使用三遍，即主夯、副夯和全夯。在有特殊要求情况下，可以适当的增加夯击数量。

（四）间歇时间

间歇时间是指两个相邻两遍之间的时间间隔，应根据孔隙水压力的消散来确定。通过强夯试验，发现孔隙水压力的峰值出现在强夯完成后的那一刻。当每次通过的总夯击能量较大时，孔隙水压力会消耗较长时间。对于软粘土，通常需要1-4周。对于砂性土，一般只需3-4分钟。因此，对于粘性士来说，相邻两次夯击间歇时间在渗透小的粘性土中一般不少于4周，而在渗透大的砂性土中则可连续施工。

（五）夯点布置和夯点间距

为了使土层更均匀，夯击点宜布置成等边三角形或正方形。夯点的間距应基于土体性质和加固深度来考虑。对于渗透性差的土体，为了利于超孔隙水压力的消散，夯点的间距不应太小但也不能过大。间距过小，相邻夯点的增强效应将叠加在浅层区域形成硬层，影响深层转移的冲击能量。间距过大会使地基土加固不均匀。第一遍夯击点间距通常为夯锤直径的2.5～3.5倍或采取加固深度，而第二遍的夯点通常设置在上一遍的中间点上。

（六）夯击范围

根据基本应力扩散原理，强夯处理范围应大于基础范围，具体放大范围可根据结构的类型和重要性综合确定。通常，超出基础外边缘的每一侧的宽度应为设计处理深度的2/1-1/3，且不应小于3米。对于具有潜在液化的地层，超出基础的每一侧的宽度不应小于设计的处理深度。

二、强夯加固机理分析

（一）动力固结理论

饱和土中的封闭气泡占士体总体积1%～3%，气泡的压缩将会使土体体积得到压缩，在重复冲击力的作用下，伴随着土体中超孔隙水压力的不断增大，土体中应力也随之增大，由此产生的放射状裂隙使土体渗透性得到了改善。当采用强夯法压实非饱和土时，压实过程类似于室内压实法;当用于压实饱和非粘性土时，它伴随着液化，这类似于爆破和振动压力。密集的过程对于饱和细粒土，必须经历土体结构的破坏和超孔隙水压力的产生，从而形成良好的排水通道，促使孔隙水压力的消散。

（二）振动波加固理论

强夯意味着冲击力在几十到几百毫秒内突然施加到地基上。这种巨大的影响可以传递到土壤并转换成不同的波形。压缩波最快，它可以瞬间收集孔隙水，降低基础的剪切强度，并使土壤受压或拉动。剪切波第二快，这将导致土壤的结构损坏。最后，瑞利波（面波）是一个表面波，它会使周围土强度提升。通过这三种波的作用，土体颗粒将达到重新稳定的状态。

（三）饱和土加固机理

传统的加固理论是假设水和土粒均不可压缩，将固结过程视作孔隙体积的缩小及孔隙水的消散。然而一些科学家认为由于饱和二相土的液体中有1%-3%的封闭气泡存在，所以说饱和二相士并不是实际意义上的二相土。在夯击过程中土体会发生液化及触变，孔压消散，土体发生触变恢复，强度增大。若对土体一遍压密不够，则其由土体破坏所丧失的强度大，由触变恢复所增加的强度小，进而导致夯后承荷能力降低;然而，如果它经受二次夯击，触变恢复增加的强度更大，因此逐渐增加夯击的数量可以达到预期的增强效果。

（四）非饱和土加固机理

非饱和土夯实基于动力压密原理，在冲击荷载作用下，土体孔隙体积缩小，使空气和水排出，土壤颗粒重新排列，土壤致密度和承载力相应增加。现从微观角度进行简要阐述：强夯产生的冲击能打破了土体颗粒间的连结状态，使土体中各类孔隙的空间排布与含量都发生改变，因而也就破坏了原来的土体结构，使颗粒按照更加密实的旋涡状结构重新排列，这在一定程度上提高了土体的剪切强度和抗变形能力，进而达到地基加固的效果。

三、结语

强夯法已应用广泛，而且现在的研究也在进行。一定要继续探索和总结，而且广大工程技术人员要发扬艰苦奋斗的精神，这样才有利于总结出一套切合实际的计算理论。

参考文献：

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[2]谢能刚，包家汉.强夯加固机理的动力学分析[M].合肥：合肥工业大学出社，2009.