強夯法在房建工程特殊地基處理中的應用

韓 俊 （甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司,甘肅 蘭州 730101）

某房建工程建筑面積為18600m2，根據地勘報告分析，該段主要為第四系全新統沖洪積物黃土狀土，夾雜粉質黏土，下伏基巖為新近系臨夏組第四段泥巖。經過現場踏勘，技術人員制定了兩種處理方案進行對比，方案一是采用換填墊層法，換填深度3m，換填材料為灰土；方案二是采用強夯法，處理深度為5m，預算人員通過投入機械、人員、材料運輸、回填材料、施工方法等方面對兩種方案進行了對比分析，后者比前者節約成本35萬元，工期縮短25d，綜上所述，該房建工程的特殊地基處理按照強夯法執行[1]。

1 強夯法的發展歷程

強夯法是基于古代的夯實地基法演變而來的一種地基處理方法，20世紀60年代末期，法國正式提出了強夯法的概念，并成功應用到房建工程中；到70年代初，已有12 個國家的150 余個項目得到應用。我國在1978年首次引進了強夯工藝，交通部組織在天津進行相關試驗研究，并獲取了強夯施工的基礎數據，后在河北再次進行強夯試驗，對之前取得的試驗數據進行了驗證，經過專家分析及兩次試驗數據的對比，均符合地基加固相關技術標準，并撰寫了適用于我國強夯法處理特殊地基的作業指導書。研發之初，強夯法僅處理一些普通的特殊地基，單擊夯擊能不大，處理深度較小，隨著科技的發展和技術人員的不斷總結，強夯法施工工藝也不斷成熟，適用范圍越來越廣，處理深度也隨之增大。就此，強夯法在國內的房建工程中迅速推廣應用[2]。

2 強夯法施工的優缺點

強夯法是利用大型的吊裝設備將夯錘提升到一定高度，通過自動脫鉤裝置，使得夯錘與吊裝設備分離，夯錘在重力的作用下自由落體，接觸到地面產生強大的沖擊波和夯擊能，破壞土體的原有結構，對其進行沖切，內部結構重新排列組合，提高被處理地基的承載力，其優缺點如下：

（1）機具簡單，處理成本低。強夯法施工主要的機械組成為履帶式起重吊裝設備、自動脫鉤裝置和夯錘，處理過程中無需對特殊地基進行深挖回填處理，清理表土后直接進行夯擊作業，施工工藝相對簡單，相比較換填墊層法成本降低60%[3]。

（2）適用范圍廣，處理效果顯著。強夯法主要適用于大厚度的特殊地基處理，如濕陷性黃土、雜填土、碎石土等。強夯法的處理深度一般在6m～8m，產生的單擊夯擊能在1000kN·m～8500kN·m，產生的夯擊是沖擊碾壓的3～4倍，處理效果顯著。

（3）施工效率高，總體工期可控。強夯法是幾種特殊地基處理中施工效率最高的，功效可達到25000m2/月～30000m2/月。

（4）對周邊建筑物的干擾較大。強夯法單擊夯擊能產生的沖擊波影響范圍可達到80m，是沖擊碾壓的2倍以上，強夯處理特殊地基時，如周邊存在建筑物，需設置減震溝，降低對結構物的破壞程度。

3 強夯法處理特殊地基工藝

3.1 施工準備

（1）檢查機械的性能，重點檢查起重設備的運行狀態、鋼絲繩的完好程度、自動脫鉤裝置的可靠性以及機械設備是否存在漏油、漏水、漏氣、漏電情況，確保機械設備的性能處于優良狀態。

（2）機械選型：起重吊裝設備選用SQH401強夯機，臂架長度25m，輸出功率251kW，整機重量64t，可配置20t以下的夯錘。可選用鑄鐵一次澆筑成型夯錘，也可選用模具內灌注混凝土夯錘，夯錘直徑的選擇與地基土的類型相關，砂土和碎石土選用2m～4m，黏土選用3m～4m，本工程地基處理中夾雜黏土，選擇直徑2m 的夯錘，錘重15t。

（3）施工參數確定。夯擊加固深度為：

式中H-加固深度，m；m-夯錘重量，t；h-落距，m；a-修正系數，根據試夯結果取0.4。

根據上式將已知量帶入，夯錘提升至距離地面15m的位置時，夯錘下落產生的單擊夯擊能為2250kN·m，處理深度超過5m，滿足施工要求。主、副夯單擊夯擊能達到2000kN·m 以上，每夯完一遍后，對夯坑進行統一補平，重新放樣。滿夯時，單擊夯擊能達到每一遍完成全部夯點的夯擊后，平整場地進行下一遍夯擊。

（4）施工前，先在同條件的試驗場地進行試驗段施工（場地面積不得小于500m2），主要驗證技術參數的可行性、機械性能優劣性、夯擊次數和夯沉量關系曲線等，并在安全距離開挖減震溝，檢測夯擊能傳播的距離。

3.2 施工工藝

（1）施工工藝流程

場地平整→主夯點放樣→主夯作業→夯坑補平→副夯放樣→副夯作業→夯坑補平→滿夯放樣→滿夯作業→夯坑補平→整平→驗收、質量評定。

（2）場地平整、測量放樣

先將需要處理的特殊地基范圍內的腐殖土進行清理，對局部坑洼和坡度較大的部位補平，方便機械來回移動。強夯點位采用GPS 放樣，放出中心點位后用白灰進行標記，主夯、副夯、滿夯均按上述操作執行。主夯點位呈等邊三角形布設，相鄰夯點之間的中心距離按照夯錘直徑的2倍考慮，距離為5m；副夯點位在主夯點位之間穿插布設；滿夯點位應在已施作的主夯和副夯點位各搭接1/2布設，如圖1和圖2所示。

圖1 主、副夯點布設

圖2 滿夯點布設

（3）強夯作業

強夯作業時遵循“從一端向另一端，從前向后，先輕后重，先穩后振，先低后高，先慢后快及輪跡重疊”的原則，避免因夯坑回填不及時影響強夯機的移動。強夯作業分三個階段實施，第一階段為主夯，將2.5m的圓柱形夯錘，提升至15m 的高度，通過自動脫鉤裝置，夯錘呈自由落體狀態沖擊地面，夯擊能控制在2000kN·m以上；第二階段為副夯，按照布設好的點位，重復主夯的上述操作；第三階段為滿夯，將夯錘提升至7m 的高度，自由落體沖擊地面，夯擊能控制在1000kN·m以上。每一階段的夯擊全部結束后，采用與原狀土相同的填料回填夯坑，回填采用裝載機端料、攤鋪平整，放樣布設夯點，重復上述操作完成副夯和滿夯[4]。

（4）質量評定

強夯法的質量檢驗是通過取芯法檢測的，所有工序結束后，用鉆孔設備或者洛陽鏟對處理范圍深度的土體進行取芯，每0.5m測定土體的壓實度和壓縮系數，頻率按照2000m2/處控制，檢測數據滿足設計要求，方可認為強夯處理特殊地基合格。

4 強夯法處理特殊地基技術控制措施

（1）施工前要檢測場地內的含水率，含水率在8%～24%之間可直接進行施工。若含水率過大，需要將處理的地基開挖翻曬；含水率過小，需要按一定間隔對處理深度范圍內的地基打孔，孔內注入水，通過滲透改變含水率，確保含水率控制在最佳狀態下，處理完成的地基才能更穩定。

（2）找出夯錘的圓心，按90°布設4 個排氣孔，排氣孔的直徑為250mm，夯錘接觸地面時，壓縮的空氣沿著四周及排氣孔溢出，如空氣未能有效排出會導致夯錘吸附在夯坑內無法拔出，耽誤工期。如夯擊過程中夯坑過深難以提錘時，說明該段地基較軟弱，應對該點進行處理，將夯坑填筑至原地面后繼續夯實，直到夯擊后夯坑深度滿足要求后進行下一點的夯擊。

（3）每一次夯擊時，對夯擊遍數、夯擊能量、夯坑四周的隆起程度進行觀測并設專人記錄，為強夯優化提供參數。強夯前對周邊已有建筑設置沉降觀測，讀取初始數據，夯擊過程中按照2d/次的頻率進行觀測，如沉降觀測數據異常，應加大觀測頻率，并報技術負責人拿出解決措施。

（4）夯擊作業時，應將夯錘提升至設計高度，確保單擊夯擊能量，夯擊遍數應根據試驗段總結的數據執行，根據試驗段數據得知，本項目夯擊遍數采用主夯2遍、副夯1遍、滿夯1遍。針對地質條件差的土體，根據其夯坑深度適當增加夯擊遍數。單點夯擊完成的條件為連續兩次夯擊后，夯錘進入地基的深度小于50mm，且夯錘四周的地面不發生較大的隆起，視為該點夯擊結束。強夯施工完成后，整個作業面不得有彈簧、松散現象出現，如發現立即進行返工處理。每一遍夯擊完成后均應設置一定的時間間隔，主要是為了消除土體內的超靜孔隙水壓力，此時完成夯坑補平。

5 強夯法處理特殊地基安全控制措施

（1）起重吊裝設備宜選用穩定性較好的履帶式吊裝機械，可在吊臂兩側安裝可移動門架，提高安全性。起重吊裝設備起吊夯錘時應緩慢、勻速起吊，上升過程中不得左右搖擺，將夯錘吊裝至一定高度后所有人員撤離至安全距離，夯錘下落過程中嚴禁人員靠近。

（2）周邊有建筑物或居民區或高壓線塔時，應由技術負責人進行分析，判斷對周邊已有建筑的影響，作業時盡量避開居民的休息時間。強夯作業時夯錘瞬間與地面接觸，產生巨大的沖擊力，如地面存在石塊，會造成石塊飛濺傷人，在夯擊限界四周設置安全圍擋，限制噪音的傳遞和飛石傷人。

（3）強夯作業前應對操作人員和指揮人員進行安全教育培訓，統一指揮指令，夯錘吊起后指揮人員觀察四周人員是否在安全范圍以外，確保四周無人后指揮人員通過通信設備向操作人員發出指令，操作人員接到指令后進行操作。

（4）如遇到工期緊張時，需要兩臺強夯機同時作業時，間距控制在5m以上，應調整落錘時間，第一臺落錘后間隔10s～30s 后第二臺再開始，嚴禁同時落地，產生巨大的沖擊波對周邊建筑物造成破壞。

（5）遇到極端天氣，如大雪、大風、沙塵天氣等能見度較低時，立即停止作業，落錘放置在原地面，機械停放后四周設置反光錐桶及警示燈。

6 強夯法的發展方向及應用前景

（1）我國由于國土面積遼闊，地質條件復雜多變，對不同地質條件下的單擊夯擊能、加固深度沒有統一的要求，需要通過試夯來確定，且試夯面積不得小于500m2，費工費力。如何通過簡單的方法，快速、準確地分析出強夯的施工參數，具有較高的研究意義。

（2）強夯作業完成后質量檢驗需要等待7d～30d，檢測工藝相對復雜，需要在設計深度進行取樣，分段檢測樣品的相關數據，質量檢測等待周期長，檢測工藝相對煩瑣，如何快速對強夯作業完成質量評定，值得深度研究。

（3）強夯作業時夯擊經常會存在土石飛濺，稍有不慎作業人員會被危石擊中，且夯錘沖擊地面帶來的沖擊波對周邊的建筑物影響巨大，嚴重威脅著人身安全和財產損失，能否通過優化夯錘，將四周設置切割裝置，夯錘遇到石塊時瞬間切斷，不為破碎石子提供動力或少提供動力，減少對人員的傷害。夯錘能否通過改造將底面適當設計成錐形，接觸地面后應力集中向下傳遞，減少夯擊能向四周傳遞，降低對周邊已有建筑物的擾動。

（4）強夯法自應用以來，其具有造價低、功效快的特點，備受工程建設者的關注，從最初加固碎石土和回填土，到現在的軟土、濕陷性黃土等特殊地基的加固，經歷了諸多的深入研究和改良過程，均獲得了較好的加固效果和直接的經濟效益，得到了建筑領域的一致認可。