强夯法加固地基的应用研究

关键词：强夯法；加固；地基；机理

 

1 强夯地基的来由、技术特点和适用范围

 

1.1 强夯法的来由

 

强夯法又称动力固结法，是将一个重锤（一般为10-40t，国外曾有过锤重200t的报道）从高处（10-40m）自由下落，夯击地基，从而使地基土的强度得到提高、压缩性得到降低的方法。1957年，英格兰的道路研究所就曾运用普罗克特（Proctov）击实原理进行过深层土体的压实处理，但直到1970年前后，强夯法才在法国工程师路易斯梅纳（LouisMeiiard ）的开发和倡导下，真正大规模地应用于深层土体的加固处理中。强夯法最初仅用于加固圆锥探头阻力9s低于lOMN/mZ的砂和碎石层，随着施工机械和施工工艺水平的提高，实践证明，强夯法也可用于粘性土地基的加固处理。

 

1.2 强夯技术的特点

 

（1）适用各类土层：可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或 工业 废料组成的杂填土，结合其它技术措施亦可用于加固软土地基。

 

（2）应用范围广泛：可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、港口码头、核电站、人工岛等

 

（3）加固效果显著：地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比，降低压缩系数、增加场地均匀性，消除湿陷性、膨胀性，防止振动液化。

 

（4）有效加固深度：单层8000KN.M高能量级强夯处理深度达12米，多层强夯处理，深度可达24~54米，一般能量强夯处理深度在6~8米。

 

（5）施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时，可辅以龙门架等设施。

 

（6）节省材料：一般的强夯处理是将原状土施以能量，无需添加建筑材料，大大缩短施工周期。

 

（7）节省造价：由于强夯工艺无需材料，节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料外，没有其它消耗。

 

（8）施工快捷：只要工艺适合，特别是对粗颗粒非饱和土的强夯，周期更短；但是，雨天影响比较严重。

 

1.3 强夯法加固地基在建筑中适用范围

 

强夯施工方法具有施工机具简单，施工方便，加固地基效果显著，适用范围广泛，能缩短工期和降低工程造价等优点。一般来讲，强夯地基适用于处理碎石、砂土、杂填土（不含生活垃圾）、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土等，但笔者认为，现场监理尚应该参照地勘报告，掌握有关技术指标，如土层颗粒的组成，孔隙比，液性指数、塑性指数、饱和度、渗透系数等；对于有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的杂填土，还要查清杂物的分布范围、深度、有机质含量及是否对基础有侵蚀性。由于湿陷性土浸水后会产生附加沉降，其湿陷系数也应作为一项控制指标。工程中是否考虑选用强夯基础是由设计决定，但监理在必要时应提醒设计对以上技术指标作综合考虑。如东莞市樟木头镇一厂房工程，设计选用了强夯地基，但经过对比地勘资料，监理提醒设计注意在地勘报告中反映了部分回填土中含有大量木糠，经查清其分布范围及埋深后设计采取了相应的技术处理措施，从而确保了工程的施工质量。

 

2 强夯法加固地基机理

 

关于强夯法加固地基的机理，目前有关专家学者意见还不很一致，但对于地基处理中经常遇到的几种类型的土，一般的观点认为：强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一巨大的冲击能量（一般而言此冲击能量不小于800kN-m），加荷历时约几十毫秒，对含水量较大的土层，加荷时间约100毫秒左右。这种突然释放的巨大能量，将转化为各种波型传到地下。首先到达某指定范围的波是压缩波，它使土体受压或受拉，能引起瞬时的孔隙水汇集，因而使地基土的抗剪强度大为降低，据理论 计算 这种波以振动能量的7%传播出去，紧随压缩波之后的是剪切波，以振动能量26%传播出去，剪切波会导致土体结构的破坏。此外的瑞利波（面波）以振动能量的67%传出，在夯点附近造成地面隆起。土体在这些波的综合作用下，土体颗粒重新排列相互靠拢，排出孔隙中的气体，使土体挤密压实，强度提高。

 

根据上述观点，地基土经强夯法加固后，其强度提高过程大致可分为四个阶段：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（表现为土体中水及气体排出，孔隙水压力上升）；土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；排水固结压密（表现为渗透性能改变，土体裂隙 发展 ，土体强度提高）；触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。

3 案例分析

 

3.1 工程概况

 

某工程为别墅建筑区域（高为2～3层），根据地勘资料，场区发育有2～8米不等的杂填土，其中以碎石、粘性土为主，兼有泥炭质页岩块石，建筑垃圾等；碎石、粘性土含量 

极不均匀，未经压实，需加固后方可直接作为天然地基持力层。设计采用强夯处理方法对填土层进行加固处理。设计夯击能为2250KN.m，落距为15米。

 

3.2 强夯施工情况

 

（1）本次强夯在施工前，首先对场地65#、63#区域进行了试夯，试夯区域经检测合格后，再根据试夯区的施工参数，在场地大范围推广施工。

 

（2）全部采用“两遍点夯、两遍满夯”的施工方案，同时，对局部地质条件较复杂的地段采用“四遍点夯、三遍满夯”进行加强处理（如59#、86#、77#、67#等建筑物）；满夯夯击能采用1000KN.m，落距7~8m，按1/4搭接。

 

（3）施工中，发现场地18#楼的土质较差，经加强处理后仍然达不到设计要求，故对18#楼采用换土处理，回填碎石土后再进行强夯施工，同时，根据设计要求，对场地局部达不到基底标高的地段回填碎石土，并分层碾压、夯实。

 

（4） 施工过程中，如遇雨水天气，则严格按照强夯施工规范要求，当土质含水率达到最佳含水率后，再进行施工，以确保施工质量。

 

（5）收锤标准。①最后两击的平均夯沉量≤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。

 

3.3 加固效果

 

该工程于2005年11月竣工，经建设单位委托有检测资质的施工单位对场地进行检测表明：通过本次强夯处理，土体密实度明显提高，承载力及密实度均能够满足设计要求。

 

4 建议

（1）作好强夯地基的施工监控。由于强夯地基的许多技术参数都要求在试夯及施工过程中确定，因此，加强对强夯地基的试夯及施工监控，及时掌握各项技术参数尤为重要。强夯施工开始后，监理工程师应进行全程旁站检查，重点是要对设计参数进行验证，发现偏差应及时反馈给设计。监理工程师在监控中应注重做好以下几点：掌握设计意图、审核施工单位资质、认真审核施工方案、旁站检查与记录、安全控制。

 

（2）强夯施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。施工过程中，应该严格遵守技术参数要求进行施工。施工后作好质量检测，并作好后期工作和以后的问户工作。

 

（3）对该工程质量进行全方位控制应从以下几方面着手：①对建设工程所有工程内容的质量进行控制。 ②对建设工程质量目标的所有内容进行控制。 ③对影响建设工程质量目标的所有因素进行控制。