浅谈强夯法地基处理的实践与理论研究概况及尚需解决的问题

浅谈强夯法地基处理的实践与理论研究概况及尚需解决的问题

邵大伟

山东建筑大学土木学院250101

摘要：本文探讨了强夯法地基处理的实践与理论研究概况及尚需解决的问题。

关键词：强夯法；地基处理；问题分析

0引言

强夯法是六十年代末由法国Menard技术公司首创的一种地基处理方法。这种方法是将很重的锤（一般为100-400kN）从高处自由落下（落距一般为6-40m）给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。实践证明：强夯的效果是显著的，经强夯后的地基承载力可提高2-5倍，压缩性可降低200%-500%，影响深度达10m以上。

1国内强夯法实践与理论研究概况

从收集到的有关强夯法的论文来看，国内在实践方面已从点到面。在理论研究工作方面，队伍也在不断壮大，并且与实践互为补充。最近几年来，在国际会议上，我国学者不断发表有关强夯法的论文。现就以下几个方面予以阐述。

1.1对加固深度的研究

强夯的加固深度（或影响深度）是大家关心的问题。Menard提出的经验公式中，对所谓的影响深度，没有严格的定义，而且这个公式并未全面考虑其他影响因素。因此，国内一些学者对它进行了研究，并取得了一定的进展。

1.1.1太原工业大学分析了16个试验资料（粘性土和砂性土）后得出如下有效加固深度的经验公式

式中，K为修正系数，根据上百个工程实例分析，α的变动范围一般为0.5-0.8。比如软土取用0.5，黄土为0.34-0.50，其他符号同前。

强夯的加固深度是个比较复杂的问题。如夯击能量的大小，土质的种类以及夯击工艺等均会影响有效加固深度。

汪文善认为有效加固深度约为Menard公式影响深度的0.24-0.40倍。在我国目前施工水平条件下（锤重100KN，落距7-15m），强夯有效加固深度只能为3-6m。

近几年来国内外大量试验研究和工程实测资料表明，采用Menard公式估算有效加固深度将会得出偏大的结果。

实际上影响有效加固深度的因素很多，如前所述，除了锤重和落距以外，地基土性质，不同土层的厚度和埋藏顺序，地下水位以及其他强夯设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。

1.2用强夯法加固回填土地基

回填土地基分布十分广泛，回填土种类也比较繁多。近几年来在回填土地基上进行强夯已积累了大量的经验。如钱征，李广武等，对松散状态的亚粘土和砂土混合物的回填料，经强夯加固后，地基承载力大于400KN/M2。李广武对粉煤灰地基进行强夯试验，承载力达到240KN/M2。左名麒等用强夯法处理了弃渣填石地基，夯后用旁压仪检测，发现夯后变形模量比夯前大2倍。

1.3用强夯法消除黄土地基的湿陷性

陕西省建筑科学研究所、铁道部第一设计院、杨广鉴、王陵肖、程源隆、陈东佐、范维垣等对黄土进行了系统的研究，取得了丰富的经验。

藏川铁路枢纽所进行的强夯试验。采用100KN夯锤，10m落距，当夯击10-15次左右时，距地表5m内黄土湿陷性完全消失，5-8m夯后的失陷系数有明显减少。另一试验点将落距增大至15-17m，并将夯击能加大一倍，10m深度内的湿陷性完全消失。

1.4用强夯法加固饱和软粘土地基

对饱和软黏土能否采用强夯法加固，在国内外是有争议的，有较成功的经验，也有失败的例子。但是也有人在饱和软黏土中设置排水通道再进行强夯，取得了一定的效果，但夯后再堆载预压仍有30多厘米的沉降。

总之，对饱和软黏土进行强夯要持慎重态度。

1.5理论研究工作

强夯的理论研究工作包括宏观及微观两个方面。

1.5.1宏观方面

由于强夯的冲击能量大，致使土体内部形成树枝状排水网路，因此，渗透规律不完全符合达西定律。

钱学德在进行强夯的孔隙水压力消散计算中，发现地基土的渗透系数随时间逐渐减小，即

式中——孔隙水压力刚消散时的渗透系数；

t——时间（s）。

钱学德还以波的传播理论为基础，提出了强夯法理论计算的数学模式，并阐述了理论计算方法和步骤。

赵维炳继钱学德之后对软黏土在设计砂井的条件下推导了强夯理论计算数学模式。

帅方生用加权余量法推导出瞬时弹性振动问题的边界方程，并将其应用于边界元求解强夯问题。求得了强夯时夯锤与地面的接触应力。并将计算结果绘制成平均夯击能-瞬时沉降量关系曲线，以供中小型工程施工时参考。

吴义祥在冲击式动静联合三轴仪上进行了湿陷性黄土的强夯模拟实验。最后提出了一种确定确定夯后土层湿陷性消除深度计算的新方法。

1.5.2微观方面

陈东佐通过X光衍射和扫描电子显微镜试验，分析研究了陕西潞城湿陷性黄土的全矿物成分及其强夯前后主要物理力学指标的变化规律后，提出了黄土湿陷是包括架空孔隙的存在和胶结程度差在内的各种内因和外因共同作用的结果。通过微观结构的研究发现在加固效果最好的夯后土体中存在着旋涡状的微结构，这是强夯后土的工程力学性质得到显著改善的微观解释。

2夯击法的优缺点及应用范围

2.1强夯法的优点

强夯法具有效果显著、设备简单、施工方便、适应范围广、经济易行和节省材料等优点。它不仅能提高地基的强度并降低压缩性，而且还能改善其抵抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。

2.2强夯法的缺点

2.2.1强夯施工过程中震动比较大，不适合用于离建筑物和构筑物比较近的区域，容易产生扰动和扰民。

2.2.2对于土方含水量比较敏感，含水量高锤击后容易造成橡皮土。

2.2.3强夯施工场地不易太小，否则施工机具无法施工。

2.2.4强夯施工中要掌握好机具的稳定性，重锤不要直接接触砖块和混凝土块等硬物，否则易于出现伤亡事故。

2.3强夯法的应用范围

强夯适用于处理砂土、碎石土、低饱和度的黏性土、粉土和湿陷性黄土等。对饱和软弱土要采取慎重态度，应通过现场试验并检验能取得良好效果才能采用。另外，在比较软弱的饱和软土地基中，采用强夯动力固结，不易取得良好的固结效果，而往往改用另一途径进行强夯，借强夯机具进行强夯挤淤置换软土加固地基。即利用强夯挤开软土，夯入块石、碎石、砂等粗料材料，最终形成块（碎）石墩，上覆厚的碎石垫层，并与夯墩间土组成复合地基，承受基础荷载，既提高地基的承载力，又改善排水条件，有利于软土固结。工程实践证明效果是显著的。

3.强夯法尚需研究或解决的问题

3.1对饱和软黏土能否采用强夯法进行地基处理尚未有定论，应更注重这方面的研究，以丰富饱和软黏土地区地基处理的方法，从而对饱和软黏土的处理提出合理的建议。

3.2假如在强夯地基施工过程中，机械振幅大到影响周围的建筑，就应该立即采取隔离振动的措施。

3.3在施工的过程中，应当经常检查夯锤上面的通气孔，保证夯锤在下落的过程中通畅，避免形成气锤影响到夯击效果。

3.4强夯地基施工之中应当设立监测点，并且要提前准备开挖隔振沟等防震措施，隔振沟一般最佳是挖到地下2米，或者干脆挖到建筑物基础最大的可耐深度，可以绕场挖沟最大程度的减少振幅对周边建筑和居民的影响。强夯施工地基附近的建筑物距离夯击点最小安全距离必须大于15米。

4结语

目前，应用强夯法处理的工程范围是很广的，有工业与民用建筑、仓库、油罐、贮仓、公路与铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之，强夯法在某种程度上比其他加固方法更为广泛和更为有效。因此，应注重强夯法在饱和软黏土地区的应用研究，从而指导工程实践。从而使得强夯法得到更为广泛的推广与应用。