強夯法的機理和施工工藝

摘要：闡述了強夯法的技術特點、適用范圍和加固地基機理，著重介紹了施工工藝流程、施工方法和施工要點，并對強夯法加固地基的應用提出了相應的建議，以指導實踐。

關鍵詞：強夯法 地基加固 施工工藝

強夯法亦稱動力壓實法或動力固結法，屬一動力的對地基進行加固的方式。它通過起重機械把夯錘提至高處使其自由下落，如此反復進行，夯錘的振動及沖擊作用將地基壓密，地基的強度增大了。強夯技術的加固效果較好，提高了施工速度，且節省了三材、設備簡單、經濟節約，原則上，其適用于除十分致密的基巖及原始地層之外的多種地層。

1 強夯加固地基的機理

強夯法處理地基是通過夯錘自由落下產生的沖擊振動將地基振動密實。土體是由固相、液相和氣相三部分組成，對于非飽和土，夯實過程就是土中的氣相被擠出的過程，強夯法加固飽和土時，則是借助動力固結的理論。若把地基看作彈性半空間體，則夯錘自由落體的過程就相當于勢能轉變成動能的過程。在夯錘與地面接觸的瞬間，夯錘的勢能絕大部分已轉換成動能。土體和夯錘摩擦而轉變為熱能及通過聲波一部分傳播至周圍，除此之外的大部分沖擊動能對土體造成振動，同時以、壓縮波和瑞利波在地基內傳播。土顆粒因受剪切波的作用而更為密實。松動土環節則由瑞利波的豎向分量來完成，土在瑞利波水平分量的作用下更加密實。

2 強夯設計計算

2.1 有效加固深度和單位夯擊能

往往可按公式 對有效加固深度H進行計算，其中是H、α、M和h分別代表有效加固深度、系數、夯錘重及落距，應按照地基土特性來確定，可取0.34～0.5的黃土和0.5的軟土，

很多因素都關系到有效加固深度H，不同土層的厚度、埋藏順序、地下水位等都有密切關系。應根據現場試夯或當地經驗確定。

2.2 夯點的次數與遍數

需根據現場試夯獲取的夯沉量及夯擊擊數的關系曲線來確定夯點的夯擊擊數，且需同時達到以下要求：①若單擊夯擊能在4000kN·m以下，則最后兩擊的夯沉量在50mm以下為宜。若單擊夯擊能在4000～6000kN·m之間，最后兩擊的夯沉量最好不高于100mm。若單擊夯擊能在6000kN·m以上，則最后兩擊的夯沉量在200mm以下為宜。②夯坑周圍地面的隆起不宜過大。③不因太深的夯坑而造成起錘困難。總而言之，各夯擊點的夯擊數，需最大限度的進行土體豎向壓縮，而采取4～10擊的最小側向位移。

需按照地基土的平均夯擊能及其特性來確定夯擊遍數。可進行2～3遍的點夯，某些細顆粒土的滲透性不佳，可數度增加夯擊遍數。最終利用低能量再進行2遍的低落距錘及輕錘多次夯擊的滿夯，且錘印彼此搭接。

2.3 時間間隔

加固土層中孔隙水壓力的消散時間決定各遍間的間歇時長。因粘性土孔隙水壓力不能及時疏散，所以孔隙水壓力會隨夯擊能的逐步加大而疊加，孔隙水壓力能否及時疏散決定了其間歇時長，往往在3～4周之間。

2.4 夯點布置和間距

地基土的處理深度及其類型關系到夯擊方法、夯點的布設。夯擊點位置可根據基底平面形狀，排列時往往依照梅花形、等邊三角形及正方形網格。粘性土地基的含有過多的水分且透水性不佳，為全部疏散孔隙水壓力，應進行間歇多遍夯擊。非飽和地基土的適度不大，土內的自由水極少甚至不存在自由水，可在一個夯位上一遍連續夯到的所需的總擊數，再移到下一個夯位上逐位一遍夯成。

夯錘直徑的2.5倍～3.5倍可作為第一遍夯擊點間距，第一遍夯擊點之間是第二遍夯擊點。之后適度縮短各遍夯擊點間距。某些工程的單擊夯擊能過大，且處理埋深度較深，可適度加大第一遍夯擊點間距。夯擊處理范圍最好不小于基礎范圍，若在基礎范圍之外，則基底設計處理深度的1/2～2/3且大于3m為宜。

3 施工工藝流程

3.1 現場作業流程

按照應完成的排水設施，鋪平場地，確保設備能夠順利進場。測量定位要根據設計要求進行。

3.2 主要操作方法

①清理并平整施工場地。②選用白灰對第一遍夯點做標記，同時對原地面高程進行測量。③準確放置起重機，夯錘中心要對準夯點。④測量夯前錘頂標高，確保零高度。夯錘要吊至制定高度，脫鉤后夯錘呈自由落體式脫落；將吊鉤放下，對錘頂標高進行，對其和零高度的差值做好記錄，一旦出現因坑底傾斜導致的夯錘歪斜現象，應及時將其填平。⑤重復步驟4，一個夯點的夯擊完畢以后，形成的夯坑回填并以低能量點夯夯擊密實。⑥單點夯擊完畢后最后兩擊的夯沉量最好不超出5cm。⑦換夯點，重復進行③～⑥，所有夯點的第一遍夯擊就完成了。⑧在要求的時間（按照超靜孔隙水壓力消散時間確定）內，第二遍夯擊依照以上步驟進行。⑨低能量滿夯在最后進行，點夯夯擊能的三分之一到二分之一就是夯擊能，壓實表層松土。

3.3 施工工藝要點

①施工時先將場地整平，搞好防震措施。施工機械和強夯錘要根據設計要求選用。②放線定位各夯點。夯完后對夯坑的方位進行檢查，及時糾正漏夯和偏差。③若地下水位過高或地表土軟弱，施工復到夯坑底積水的影響，則將粗顆粒且厚度一定材料的墊層鋪上或人工降低地下水位，使坑底面高于地下水位2m。及時排凈場地和坑內的積水。④夯前對孔隙水壓力進行觀測，完成夯擊后根據規定的頻次和時間再對孔隙水壓力進行觀測，以對超靜孔隙水壓力消散過程進行準確的把握。⑤強夯施工過程中，記錄的所有夯擊點的每次夯沉量、夯擊次數及能量要詳細具體。⑥開始夯擊時，首先對夯錘平衡狀態做檢查，若其與規定不符，則通過增減混凝土個及錘邊焊鋼板等使其平衡，防止夯坑傾斜。⑦通過水準儀對夯擊深度（零高度和累計差位）進行測量同時做好記錄。⑧夯擊過程中要平穩地落錘，夯位要準確。若坑底過度傾斜和發生錯位，及時利用級配良好的碎石及片石填平坑且對填料方量做好記錄。⑨進行強夯施工的過程中，每完成一遍的夯擊，對場地平均下沉量做測量。⑩做好施工過程中的現場測量控制網、控制樁及試驗夯擊布點等。

3.4 施工建議

3.4.1 對強夯加固效果造成影響的關鍵因素就是地下水位。若地基土的地下水位較低，強夯加固就會取得較好的效果；若地基土的地下水位較高，則強夯加固效果不佳。所以，強夯處理地基若在水位較高的地區進行，直接轉變為強夯置換方式或采取降水措施使地下水位不高于在預期加固深度為宜。

3.4.2 強夯加固是否適用的重點在于地基土的類型。若是砂性土、非飽和及粗粒的黃土、粉性土，則會取得較為顯著的加固效果。飽和的粘性土的加固效果不佳，對于這類地基土，可采取強夯置換的方式效果更為顯著。

3.4.3 強夯加固處理粘性土特別是飽和粘性土均需要合理的間歇時間。強夯后，高含水量粘性土由于觸變，結構性遭到破壞，相關力學指標可能反而下降，因此，對要求強度迅速提高的情況不宜采用強夯。

3.5 效果檢測

強夯施工前及結束后間隔一定時間進行夯前及夯后能對地基加固質量進行檢驗。對碎石土和砂土地基，其間隔時間可取1～2周；對粉土和粘性土地基可取2～4周。強夯置換地基間隔時間可取4周。可在夯前進行了標準貫入試驗，夯后進行了平板載荷試驗，檢測地基承載力。

4 結語

本文對強夯法加固地基的機理和施工工藝進行了介紹，并提出了施工工藝要點和施工建議，強夯法加固地基機理是一個復雜的問題，尤其在飽和黏土的施工，今后我們要通過實踐研究進一步認識它，從而掌握它的施工工藝。

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