1.1强夯法含义。指的是为提高软弱地基的承载力，用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法。强夯称动力固结法，利用起吊设备，将10～40吨的重锤提升至10～40米高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法；并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。现有经验表明：在100～200吨米夯实能量下，一般可获得3～6米的有效夯实深度。这是在重锤夯实法基础上发展起来的，而其加固机理又与它不一样，这是一种地基处理的新方法。

 

　　1.2动力密实的机理。采用强夯加固大孔隙、粗颗粒、非饱和黄土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减少，土体变得密实，从而提高地基土体强度。非饱和土的夯实过程，实际就是土中的气相（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的。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0.6m～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倍～3倍，非饱和土在中等夯击1000kN.m～2000kN.m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小，最大可减小60%。

 

　　1.3动力固结的机理。用强夯法处理地基时，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。由于高含水率黄土的触变性，强度得以提高。

 

　　2.影响加固深度的主要因素

 

　　2.1夯锤底面积与加固深度。

 

　　在工程实践中，一般认为强夯夯锤底面积的大小：a.与起重机本身的能力有关，底面积过大，受设备拨杆起吊角度限制；b.与待加固地基土体类型有关。一般说来，对于砂质土和碎石填土等粗粒采用小底面积2m2～4m2夯锤，对于黏性土采用3m2～4m2的夯锤，对于淤泥质土采用4m2～6m2的大底面积夯锤。究其原因，认为对于淤泥土，若采用小面积夯锤会发生入土过深从而吸锤，造成起锤困难，而在粗粒土中则影响不大。事实上，夯锤底面积的大小直接决定着夯锤着地时的动压力或称冲击压力，进而决定着强夯的加固深度。

 

　　2.2夯击能与加固深度。

 

　　对于待加固的地基土体，所受应力除本身自重应力以外，唯一依靠的外应力便是夯锤的打击力，特定地基土体加固深度便直接由夯锤引起的外应力来决定。表述强夯夯击外应力的方式多种多样，如能量、动压力（P/A）等。但势能不仅与加固深度表现出良好的相关关系，而且由于量测计算以及表达方式简单，更易在工程上直接运用。

 

　　2.3土体特征与加固深度。

 

　　强夯加固的对象是地基土体，土体被加固是整个强夯加固的最终目的，因此，土体本身的特征是决定强夯加固质量的重要因素。表述土体密实程度最为直接的指标是孔隙比（度）或土体的容重。与孔隙比相比，土体的容重不仅反映了土体中固体颗粒排列的松紧程度，更能反映固体颗粒的矿物组成，特别是干容重愈大的土体，说明颗粒排列愈紧密，孔隙度愈低。容重的提高是土体强度提高的直接标志之一。统计资料表明，土体的干容重可直接反映土体的容许承载力，有以下关系式：

 

　　[R]=2.6rd-1.2。

 

　　其中，[R]为地基土的容许承载力，kPa；rd为地基土的干容重。以往试验表明，角砾土的抗剪强度随含水量变化而变化的过程中存在一个突变临界值，当含水量小于11.0%时，抗剪强度随含水量增加而增加，而当含水量大于11.0%时，抗剪强度随含水量增加而急剧减小。

 

　　3.强夯施工中应特别注意的几个问题

 

　　3.1为了使强夯后的地表达到设计基底标高，强夯常推掉一层表土在基坑内进行，这时应防止雨水流入基坑，强夯场地也应保持平整，不使雨水汇入低凹处。

 

　　3.2注意吊车、夯锤附近人员的安全，为防止飞出伤人，应在10m以外并戴安全帽，严禁在吊臂前站立。

 

　　3.3在饱和软弱土地基上施工，应保证吊车的稳定，因此有一定厚度的砂砾石、矿渣等粗粒料垫层是必要的。

 

　　4.湿陷性黄土强夯法实例

 

　　4.1湿陷性黄土特点。湿陷性黄土的垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力，是它发生湿陷的两个内部因素，而压力和水是外部条件。地基处理的目的是改善土的性质和结构，减小土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生。强夯法就是针对湿陷性黄土的特性，采用起重机将大吨位的夯锤提升到一定高度，使其自由下落，通过对地基施加很大的冲击能，使地基强度提高，土的压缩性降低，消除黄土的湿陷性，以达到地基加固的目的。重锤冲击致使土颗粒破碎或产生水间的相对移动，使微结构破坏，从而使孔隙中气体迅速排出或压缩，孔隙体积减小，从而形成较密实的土体结构。

 

　　4.2湿陷性黄土路基设计原则及处理方案

 

　　根据湿陷等级、湿陷土层厚度及湿陷起始压力、湿陷土层所处的地理位置、路基填挖情况，本项目湿陷性黄土路基设计的原则为：

 

　　（1）设置完善的排水系统，对路基范围和附近坑、洞回填夯实。

 

　　（2）地基处治采用强夯等措施，消除黄土层的湿陷性和高压缩性。

 

　　强夯处理适用于非自重II级、自重II级、自重Ⅲ级湿陷性黄土的填方且非过村镇路段。强夯处理前先要清表。地表清理后，若表层土壤含水量大于17%时，应挖除湿软土层，然后强夯。具体处理方案为：

 

　　a、夯锤

 

　　夯锤采用重15t的圆形锤，落距6～25m。

 

　　b、夯击点布置及间距

 

　　夯击点采用正方形布置，夯击点间距4m，采用隔点施工；满夯时夯点彼此搭接1/4夯锤直径。见"夯击点平面布置示意图"。

 

　　c、单点夯击数及夯击遍数

 

　　1）点夯

 

　　第一遍：间距4m，正方形布置点位，落距8m，单点夯击10击。第二、三遍：在各主夯点中间穿插进行，间距4m，正方形布置点位，落距15～25m，每遍单点夯击不少于15击。落距根据不同地层现场试夯确定，每隔5.0m为一个落距试夯步长。

 

　　2）满夯

 

　　采用夯点彼此搭接1/4夯锤直径连续夯击，落距6m，单点夯击3击。夯击点的夯击次数，最后应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：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提锤困难。

 

　　d、间隔时间。夯遍间隔时间应考虑孔隙水压消散时间，碎石土、砂土、粉土两遍间隔2周，黏性土两遍间隔3～4周。

 

　　（3）施工技术要求

 

　　a、施工前，应标出需要进行强夯的范围，并查明场地范围内地下构造物、管线和电线的位置及标高，采取必要的防护措施，防止由于强夯施工造成损坏。清除处理范围内地表0.3m厚种植土。施工现场若有土坎、沟槽等应采用推土机、平地机或其它措施予以平整，对于坑穴等应填平夯实，且应防止基底积水。对于流向路基作业区的水源应在施工前予以截断，并应在设计边沟的位置开挖临时排水沟，保证施工期间的排水。在施工范围内不得堆放有任何有碍于强夯的物品。

 

　　b、强夯正式施工前，应进行试夯试验，根据试夯结果，确定出合理的强夯施工工艺和强夯参数。

 

　　c、按照设计夯击点放线定位，以夯击点中心为圆心夯锤半径为半径画出石灰线圆圈控制夯锤下落准确位置。夯击点定位允许偏差为±5cm。

 

　　d、夯击时，夯击点中心位移允许偏差为±15cm。当错位或夯坑底倾斜时，将坑底填平，再重新夯实。

 

　　e、当场地地表土软弱或地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的碎石土材料，使地下水位低于坑底面以下2.0m。

 

　　f、强夯施工时，应对每一夯击点的夯击能量、夯击次数和每次夯沉量等进行详细记录。

 

　　g、强夯不应在冬季施工。六级以上大风、雨、雪天或视线不清时，不准进行强夯施工。

 

　　（4）质量检验

 

　　a、检查强夯施工记录，基坑内每个夯点的累计夯沉量，不得小于试夯时各夯点平均夯沉量的95%。

 

　　b、强夯结束28天后，每100m等间距检查3个断面，每个断面左、中、右各选1点，进行静力触探或标准贯入试验。对砂类土：Ps≥5.0Mpa，N≥10击；对黏性土：Ps≥1.2Mpa。

 

　　（5）、施工注意事项

 

　　a、当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备等会产生有害的影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。

 

　　b、施工时落锤保持平稳、夯位正确，避免夯锤起吊后产生旋转，落锤时防止锤底倾斜面和夯击点重合。

 

　　c、施工中应经常性对夯锤、脱钩装置、吊车臂杆和起重索具等的关键部位进行检查，发现问题必须及时采取有效措施。

 

　　d、夯锤起落过程中，除起重机司机外，所有人员均应退到安全线外，以防击夯击时飞石伤人。现场工作人员均应戴安全帽。

 

　　强夯完毕后，按照设计要求进行静力初探检测，DK345+520.11试验报告如下。满足设计要求。根据强夯后施工单位每公里1处的试验结果，以及监理单位与业主每3公里1处共同抽检试验结果来看，在夯沉量满足设计要求时，湿陷性系数可达到设计要求。这里将DK345+360处的湿陷性系数实验数据贴出以供参考。

 

　　DK345+360土工试验报告

 

　　取样深度 湿陷系数δs

 

　　1m 0.010

 

　　2m 0.008

 

　　3m 0.007

 

　　4m 0.009

 

　　5m 0.012

 

　　6m 0.011

 

　　7m 0.013

 

　　8m 0.012

 

　　4.3强夯处理效果分析与结论

 

　　（1）土的天然含水量在低于塑限含水量的1-3%，且接近最佳含水量，强夯效应最好。天然含水量接近最佳含水量且不大于塑限含水量、含水量分布均匀时，最后两击夯沉量之和、之差越小，消除湿陷深度越深。此时，用夯沉量控制强夯效应是比较科学、可行的。

 

　　（2）在地表水和地下水的影响下，土体天然含水量无规律。地基的土质和含水量直接影响到强夯效果，当天然含水量大于塑限含水量时，同一夯击能的影响深度大大减少，还会出现土体反弹。

 

　　（3）湿陷性黄土夯实到一定程度，夯实遍数对加固深度影响较小。

 

　　（4）用土体密度、湿陷性系数、地基承载力控制工地强夯施工质量均存在一定的弊端，湿陷性系数虽然可以很精确地反映强夯消除湿陷深度与程度，但工地操作性较差，取样困难，试验时间较长，影响施工进度，加之试验取样频率无法确定，频率过大对路基的破坏性较大，频率过小又不能很真实地反映强夯效应。不同深度的压实度与承载力。

 

　　（5）地基承载力、土体密度与土质性质有关，在土质分布不均匀、含水量无规律情况下，先去判定土的性质，不但没有简化检测程序，反而使检测过程复杂化。强夯后表层土的密度、地基承载力与深度相关性较小，无法确定出控制数据，同样不能真实反映强夯效应。

 

　　（6）最后两击夯沉量之和、之差的限值控制是强夯质量控制的关键，设计图纸给定之和不大于15cm，之差不大于8cm，在夯沉量满足设计要求的情况下，湿陷性消除深度可以满足要求。

 

　　4.4施工质量控制要点

 

　　（1）采用强夯法时，土的含水量至关重要。土的天然含水量宜低于塑限含水量1～3%或液限含水量的0.6倍。在拟夯实的土层内，当土的天然含水量低于10%时，应对其增湿至接近最佳含水量；当土的天然含水量大于塑限含水量3%以上时，应晾干降低其含水量。

 

　　（2）湿陷性黄土处于或略低于最佳含水量，孔隙内一般不出现自由水，每夯完一遍不必等孔隙水压力消散，可采取连续夯击，减少吊车移位，提高强夯施工效率，降低工程造价。

 

　　（3）消除黄土层湿陷性的有效深度，应根据试夯结果确定。在设计要求消除湿陷性的深度内，土的湿陷系数δs均应小于0.015。

 

　　（4）严格按要求进行逐点夯击，每击一次，观测一次高程并记录。用同样方法完成一个夯点的夯击，并观测此夯点的总沉降量和高程并记录。发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

 

　　5.结语

 

　　本文通过工程实例，首先介绍了强夯法处理地基的作用机理，然后对强夯法施工管理以及特殊情况的处理等进行了探讨，具有一定的借鉴意义。

 

　　参考文献：

 

　　[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.