強(qiáng)夯法在建筑地基處理中的應(yīng)用

李麗華

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)條件差的土地可有效地使用我國(guó)有限的土地。強(qiáng)夯法作為地基處理的一種方法，加固效果顯著，已廣泛應(yīng)用于民用建筑、基礎(chǔ)設(shè)施等工程的地基處理中。本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范，分析強(qiáng)夯法的加固機(jī)理，研究強(qiáng)夯法在實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，詳細(xì)分析有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、時(shí)間間隔、夯點(diǎn)布置、處理范圍等設(shè)計(jì)參數(shù)，并對(duì)實(shí)際工程中常見(jiàn)的問(wèn)題提出處理方法，為實(shí)際工程中強(qiáng)夯法的運(yùn)用提供參考和指導(dǎo)。

Abstract： With the rapid development of economic construction， the exploitation and utilization of land with poor geological conditions can effectively use the limited land in China. As a method of foundation treatment， the reinforcement effect of Dynamic Compaction Method is remarkable. Dynamic Compaction Method has been widely used in the foundation treatment of civil buildings， infrastructure and other projects. Based on relevant literature and specifications， this paper analyzes the reinforcement mechanism of Dynamic Compaction Method， studies the design and calculation method of Dynamic Compaction Method in practical engineering， analyzes in detail the design parameters of effective reinforcement depth， tamping energy， tamping times， tamping times， time interval， tamping point arrangement， processing range， and puts forward solutions to common problems in practical engineering， provides reference and guidance for the application of Dynamic Compaction Method in practical engineering.

關(guān)鍵詞：建筑工程;強(qiáng)夯法;地基處理

Key words： architectural engineering;Dynamic Compaction Method;foundation treatment

中圖分類(lèi)號(hào)：TU47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0134-03

0? 引言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，而我國(guó)人口眾多，人均耕地面積少，如何有效使用土地成為一項(xiàng)難題[1]。隨著各地公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口碼頭的修筑、工業(yè)區(qū)的建造和商品房的開(kāi)發(fā)，我國(guó)可使用的土地資源越來(lái)越少。因此，利用地質(zhì)條件差的土地并對(duì)其采取的加固措施顯得尤為重要[2]。

強(qiáng)夯法作為地基處理的一種方法，加固地基的效果明顯[3]，可以提高土層的壓縮模量和地基承載力，減小地基的不均勻沉降[4]，并且消除特殊土地基的濕陷性以及膨脹性，防止砂性土地基發(fā)生振動(dòng)液化，極大地改善了地基的地質(zhì)條件，使地基經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理后可直接投入使用[5]。同時(shí)，強(qiáng)夯法主要運(yùn)用推土機(jī)和起重機(jī)直接對(duì)地基進(jìn)行處理，無(wú)需添加其他建筑材料，具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單，建筑用料節(jié)約，處理成本低，工期短等優(yōu)點(diǎn)[6]，并可廣泛應(yīng)用于建筑工程地基處理中[7]。

本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范[8]，分析強(qiáng)夯法的加固機(jī)理，研究強(qiáng)夯法在工程中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，詳細(xì)分析設(shè)計(jì)參數(shù)，并對(duì)實(shí)際工程中常見(jiàn)的問(wèn)題提出處理方法，為實(shí)際工程中強(qiáng)夯法的運(yùn)用提供參考和指導(dǎo)。

1? 強(qiáng)夯法加固機(jī)理分析

強(qiáng)夯法亦稱(chēng)動(dòng)力壓實(shí)法或動(dòng)力固結(jié)法，是利用起吊設(shè)備，反復(fù)將10至40噸的夯錘起吊到10至40m后自由落下，依靠強(qiáng)大的夯擊能和沖擊波作用夯實(shí)土層，使地基強(qiáng)度得到提高，壓縮性降低，從而使地基性能得到改善[9]。強(qiáng)夯法主要用于處理土質(zhì)為碎石土、雜填土、砂類(lèi)土、非飽和粘性土等建筑工程地基中[10]。

強(qiáng)夯法加固地基的原理復(fù)雜，主要利用自由下落的夯錘對(duì)地基產(chǎn)生沖擊，沖擊引起的振動(dòng)在土體中以體波和面波的形式向地下傳播，使位于夯錘兩側(cè)的地基表層土發(fā)生松動(dòng)，形成松動(dòng)區(qū)，在夯錘下方和側(cè)方一定范圍內(nèi)的地基土層振動(dòng)密實(shí)，形成塑性加固區(qū)，而受夯擊影響較小的地基土層形成彈性變形區(qū)，如圖1所示。

2? 強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)計(jì)算方法

目前強(qiáng)夯法尚無(wú)成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，主要設(shè)計(jì)參數(shù)大都是根據(jù)規(guī)范或工程經(jīng)驗(yàn)初步選定。強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)步驟如圖2所示。

2.1 有效加固深度

有效加固深度常用于表示強(qiáng)夯地基的加固深度，主要由工程要求的加固深度和加固后要求達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)來(lái)確定[11]。計(jì)算公式如下所示：

由公式可知，夯錘重和落距決定了有效加固深度，而實(shí)際工程中夯擊次數(shù)、地基土性質(zhì)、土層厚度以及地下水位等因素都可以影響有效加固深度。

我國(guó)引入強(qiáng)夯法后，通過(guò)大量工程實(shí)測(cè)及試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，公式估算所得有效加固深度值偏大。因此，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）[12]規(guī)定，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或者現(xiàn)場(chǎng)試夯確定強(qiáng)夯法的有效加固深度。其中部分粗顆粒土和細(xì)顆粒土在不同單擊夯擊能作用下的有效加固深度預(yù)估值如表1所示。

2.2 單擊夯擊能

實(shí)際工程中，單擊夯擊能可由場(chǎng)地的地質(zhì)條件、工程使用要求、加固后所需地基承載力、加固深度來(lái)確定[13]。計(jì)算公式如下：

我國(guó)采用的單擊夯擊能大多為1000kN·m，最大單擊能為8000kN·m。國(guó)際采用過(guò)的最大單擊夯擊能為50000kN·m，設(shè)計(jì)加固深度達(dá)40m。

③夯擊次數(shù)。以夯坑壓縮量最大和夯坑周?chē)∑鹆孔钚樵瓌t，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯得到夯擊次數(shù)。對(duì)于夯坑周?chē)∑鸷苄∩踔翛](méi)有隆起的地基，可增加夯擊次數(shù)而減少擊遍數(shù)。

④夯擊遍數(shù)。夯擊遍數(shù)由地基土的性質(zhì)確定。當(dāng)?shù)鼗翞闈B透性好的粗顆粒土?xí)r，夯擊遍數(shù)少。當(dāng)?shù)鼗翞闈B透性差的細(xì)顆粒土?xí)r，夯擊遍數(shù)多。工程中經(jīng)常采用點(diǎn)夯2～3遍，然后用低能量滿(mǎn)夯2遍。

⑤間隔時(shí)間。為了使土中超靜孔隙水壓力完全消散，在完成一遍夯擊，進(jìn)行下一遍夯擊前，需要有一定的時(shí)間間隔。所以間隔時(shí)間取決于超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。

工程中可根據(jù)地基的滲透性確定間隔時(shí)間。當(dāng)?shù)鼗恋臐B透性差，間隔時(shí)間應(yīng)不少于3～4周;若地基土的滲透性好，可不設(shè)置間隔時(shí)間。

⑥夯擊點(diǎn)的布置及處理范圍。夯擊點(diǎn)布置是否合理可以直接影響到夯實(shí)效果和施工費(fèi)用。常用夯擊點(diǎn)布置形式為等邊三角形、等腰三角形或正方形。例如油罐等基礎(chǔ)面積較大的建筑物按等邊三角形或正方形布置夯點(diǎn);辦公樓根據(jù)承重墻的位置布置夯點(diǎn);單層工業(yè)廠房按柱基來(lái)設(shè)置夯擊點(diǎn)。夯擊點(diǎn)間距由地基土性質(zhì)和要求加固深度來(lái)確定。

⑦處理范圍。強(qiáng)夯法是利用自由下落的夯錘對(duì)地基產(chǎn)生沖擊，振動(dòng)密實(shí)地基土，施工過(guò)程中，土體會(huì)發(fā)生應(yīng)力擴(kuò)散作用。因此，強(qiáng)夯法作用的范圍應(yīng)在建筑物的范圍外增加設(shè)計(jì)處理深度的1/2～1/3，并不宜小于3m。

3? 建筑地基處理中常見(jiàn)問(wèn)題及其處理方法

當(dāng)運(yùn)用強(qiáng)夯法處理飽和淤泥、淤泥質(zhì)土或者粉砂土?xí)r，可能會(huì)發(fā)生液化流動(dòng)。這會(huì)使強(qiáng)夯后地基達(dá)不到下沉量控制指標(biāo)，或者強(qiáng)夯最后二擊的下沉量超過(guò)規(guī)定下沉量指標(biāo)。對(duì)于這一問(wèn)題，可以在進(jìn)行強(qiáng)夯前，在土層上鋪設(shè)0.5～2m厚的砂石，再進(jìn)行強(qiáng)夯。

當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)不均，下部存在砂卵石夾層時(shí)，施工中部分夯擊能被吸收;選用錘重、落距過(guò)小導(dǎo)致夯擊能過(guò)小;夯擊點(diǎn)過(guò)密，在淺處疊加而形成硬層，影響夯擊能向深部傳遞;間隔時(shí)間不足，土層內(nèi)超孔隙水壓力未消散。這都會(huì)使強(qiáng)夯的實(shí)際加固深度局部或大部分未達(dá)到要求的影響深度，加固后的地基強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于這一問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在強(qiáng)夯前，勘查清楚地基的工程地質(zhì)條件，對(duì)存在砂卵石夾層的地基適當(dāng)提高夯擊能量;通過(guò)試夯確定錘重、落距等設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù);粘土的強(qiáng)夯間隔時(shí)間為3周，工程地質(zhì)情況良好的無(wú)水土層可只間隔1～2天。

若強(qiáng)夯過(guò)程中被機(jī)械行駛擾動(dòng);凍土層未清除，天暖融化形成松土;強(qiáng)夯后不對(duì)地基進(jìn)行平整。這會(huì)使地基的表層土松散不密實(shí)，浸水后發(fā)生下陷現(xiàn)象。對(duì)于這一問(wèn)題，在強(qiáng)夯過(guò)程中應(yīng)避免重型機(jī)械行駛擾動(dòng)，將凍土融化或清除，并在完成強(qiáng)夯后填平凹坑。

4? 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)夯法加固效果顯著，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，建筑用料節(jié)約，工程造價(jià)低，工期短，施工便捷，是一種有效的地基處理方法。本文強(qiáng)夯法的加固機(jī)理進(jìn)行了分析，對(duì)強(qiáng)夯法在實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、時(shí)間間隔、夯點(diǎn)布置、處理范圍等設(shè)計(jì)參數(shù)的選定方法，并對(duì)實(shí)際工程中常見(jiàn)的問(wèn)題提出了處理方法，為實(shí)際工程中強(qiáng)夯法的運(yùn)用提供參考和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭國(guó)棟.強(qiáng)夯法在地基處理工程中的應(yīng)用[J].綠色環(huán)保建材，2019（02）：224，226.

[2]曹塍平.強(qiáng)夯法在機(jī)場(chǎng)地基處理工程中的應(yīng)用研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2018.

[3]梁海濤.強(qiáng)夯法在軟土地基處理中的應(yīng)用探討[J].山西建筑，2018，44（24）：51-53.

[4]王澤厚.強(qiáng)夯法加固高填方地基土的應(yīng)用研究[D].安徽建筑大學(xué)，2017.

[5]胡敏歆.強(qiáng)夯法在建筑工程地基處理中的應(yīng)用[J].河南科技，2018（26）：99-100.

[6]余紅明.強(qiáng)夯法在道路工程軟弱地基設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探微[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（13）：111-112.

[7]郝俊芬.強(qiáng)夯法在地基處理中的應(yīng)用及參數(shù)研究[D].河北工程大學(xué)，2015.

[8]龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[9]梅衛(wèi)鋒，楊志勇，黎浩.強(qiáng)夯法處理碎石回填地基施工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，13（08）：1543-1548.

[10]李靜.強(qiáng)夯法在公路工程軟基施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（14）：99-100.

[11]余輝，劉海燕，廖育根.高速公路路基施工中強(qiáng)夯法技術(shù)的應(yīng)用分析[J].交通世界，2016（34）：44-45.

[12]張永鈞. 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-91簡(jiǎn)介[J].建筑科學(xué)，1993（3）：71-75.

[13]朱前國(guó).建筑工程地基處理中強(qiáng)夯法的應(yīng)用分析[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2019（10）：43-44.