强夯法地基处理有效加固深度的分析研究袁银锋

强夯法地基处理有效加固深度的分析研究袁银锋

袁银锋周顺

河南工程水文地质勘察院有限公司河南郑州450052

摘要：运用强夯法对地基进行加固处理的效果是非常明显的，并且施工方便，投资省，速度快，设备简单，运用强夯法对地基进行加固处理一方面可以提高地基的承载力，增强抗液化的稳定性，另外一方面强夯法还可以提升土层的均匀度，减少不均匀沉降的现象发生。本文分析了强夯法地基处理有效加固深度。

关键词：强夯法；地基处理；施工方法

强夯法是用起重机械将大吨位夯锤起吊到6-30m高度后自由落下，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土料重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性的一种地基加固方法。

一、强夯法作用原理

1.动力置换原理，此项原理又可分为桩式置换原理和整式置换原理。所谓的桩式置换原理是指依靠强夯的作用把碎石填入软土里，从而形成桩式碎石墩和碎石桩，它通过碎石内的摩擦角和墩间土地基的复合作用，对桩体平衡状态加以维持。而整式置换原理是通过强夯巨大的力量把碎石的整体挤进淤泥里。

2.动力固结原理，此项原理常被用于对细颗粒的饱和土进行处理，在动力固结原理之下，也就是巨大应力波由于很大冲击能量而在土体中形成，从而对土体的原有结构造成破坏，使局部土体液化，进而产生裂缝，增加排水通道，使孔隙水溢出，在孔隙水的压力消散以后，土体便会重新固结。

3.动力密实原理，此项原理最主要是用于对非饱和、多孔隙、粗颗粒的土体进行加固强夯，它通过冲击力作用让土层中孔隙的体积减小，让土体更加密实，从而增强土体的强度。在强夯法重锤强大的作用之下土层地基结构里的土粒接触点便会发生压缩变形，从而加大土粒间接触的面积，让土层更密实，增强地基承载的力度。在土层地基里，土粒并非全是均匀的椭圆形或圆形，也有一些片状的颗粒。

二、存在问题

1.因强夯施工方法是利用夯锤巨大冲击能和冲击波反复夯击地基表面,由此产生噪音与振动波对周围的建筑物和居民将造成一定的影响,如何解决施工中扰民问题是施工中必须考虑的问题。对距离强夯施工现场较近的建筑物要挖宽度1m,深度超过被影响建筑物基础深度的减振沟,以避免因强夯施工而产生的冲击波可能对已建建筑物造成的损害。强夯机械笨重,自行能力较差,转场需用大型拖车方能转场,因此应尽量减少强夯施工中的转场频率,以提高强夯机械的利用率。

2.强夯法地基处理有效加固深度的判断标准。有效加固深度是判断强夯法地基处理效果的一个重要标准，一般其又可以被称为有效影响深度。有效加固深度和地基类别以及加固目的具有直接的关系，地基形式不同、加固目的不同所对应的有效加固深度都是不同的。比如，湿陷性黄土地基加固时，其加固目的就是消除湿陷性，其对应的加固深度就是消除湿陷性时所达到的深度。而对粉细砂地基进行强夯处理时，若加固目的是抗震液化，那么其对应的有效加固深度就是地基不再出现地震液化时的最大深度。由此可见，有效加固深度是指地基在通过强夯处理之后，达到设计要求时的加固深度，其临界值和控制指标需要结合土质条件和工程要求进行确定。

三、强夯法地基处理有效加固深度的分析

1.就夯击力的大小而言，其对加固效果的影响是最明显的，夯击力大，单次夯击产生的地基加固深度就比较大，达到有效加固深度所需的夯击次数就越少;夯击力小，单次夯击产生的地基加固深度就比较小，达到有效加固深度所需的夯击次数就越多。影响夯击力大小的因素主要有夯锤自重、夯击高度和机械效率等。夯锤自重越大，夯击力越大，在实际施工中应该对夯锤、夯击高度和机械效率进行全面的控制。就施工方法而言，其主要受到施工单位的施工经验、施工设备以及施工场地的实际条件影响，这些方面的不同会导致施工方法表现出不同。施工方法不同，单次夯击的效果也就不一样，进而导致有效加固深度受到影响。就地基土的基本性质而言，性质越好的地基土，其有效加固深度一般较小，强夯施工的工作量相对较小。若是地基土的性质较差，一般有效加固深度也就相应较大，强夯施工的工作量相对较大。影响地基土性质的因素主要包括了压缩性、含水率、孔隙比以及密实度等。不仅如此，地层构造对地基土的性质也具有很大影响。所以，在进行强夯施工时，必须对这些因素作出全面的考量。

2.加固深度计算方法。一是简化理论法。简化理论法是从解析理论分析中抽离出的预测性评价公式，可以对强夯效果进行评价。目前，用于强夯效果的简化理论法主要有两种，一种是根据能量和冲击波传递、消耗进行有效加固深度推导的方法，其一般被称为能量法。另一种是基于功能原理、动力学原理等理论科学测试接触面应力的方法，一般被称为应力法。等效拟静力法便是能量法的一种，其将夯击力作为等效拟静载荷，根据地基发生的等效塑性沉降对有效加固深度进行计算。二是经验公式法。经验公式法是进行强夯地基处理有效加固深度计算的有效方法，其一般可以分为基于施工实践的经验公式、基于实验室模型的经验公式以及基于现场观测的经验公式。施工实践的经验公式是基于强夯施工实际得出的，与夯锤锤重、锤径、高度和夯击面积具有很大的关联。一般常用的经验公式：，其中，Z为加固深度;ΔZ为加固前后的地基土沉降量;e为加固后的孔隙比;eo为加固前孔隙比。

3.强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验。对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取1~2周；低饱和度的粉土和粘性土地基可取2~4周。质量检验的方法，宜根据土性选用原位测试和室内土工试验。对于一般工程应采取两种或两种以上的方法进行检验；对于重要工程应增加检验项目，也可做现场大压板载荷试验。检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。质量检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物重要性确定。对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检验点不应少于3处；对于复杂场地或重要建筑物地基应增加检验点数。首先应检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。

4.注意事项。一是强夯施工不宜在冬季施工。如必须冬季施工,须采取措施,初冬和早春季节,冻土块能够被夯锤击碎的可不用处理直接施工,否则,必须把冻土块清除场外。强夯施工要随时检查和维修设备机具,尤其要重点检查自动脱钩装置和钢丝绳的损害情况,避免施工时发生安全事故。二是强夯施工中如有夯位点控制不住,并且夯坑深度在2.0m-2.5m时,可停止夯击,然后与设计院联系到现场查看,再根据由设计院认可的处理方案进行处理。

由于强夯会产生较大的冲击能量，从而在地基土中产生强大的动应力与冲击波。而强大的动应力与冲击波能够增强土层均匀的程度、改良土的振动液化情况、减少土的压缩性，从而达到增强地基强度的目标。结合大量工程中地基通过强夯法来进行加固处理的实践结果证明，对软土地基而言，采用强夯法来进行加固处理，并辅之以合理的排水措施，其效果是相当明显的。

参考文献：

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