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1强夯法的机理和施工工艺摘要：阐述了强夯法的技术特点、适用范围和加固地基机理，着重介绍了施工工艺流程、施工方法和施工要点，并对强夯法加固地基的应用提出了相应的建议，以指导实践。关键词：强夯法，地基加固，施工工艺强夯又名动力固结法或动力压实法，是一种动力加固地基的方法。它是利用起重机械反复将夯锤提到高处让其自由下落，地基受夯锤冲击和振动作用而压密，从而提高地基强度。强夯技术具有施工快速、设备简单、经济、节约三材和加固效果好等优点，原则上，除十分致密的原始地层和基岩外，几乎各种地层均可采用。1、强夯加固地基的机理强夯法处理地基是利用夯锤自由落下产生的冲击振动使地基密实。土体是由固相、液相和气相三部分组成，对于非饱和土，夯实过程就是土中的气相被挤出的过程，强夯法加固饱和土时，则是借助动力固结的理论。如果将地基视为弹性半空间体，则夯锤的自由下落过程，就是势能转换为动能的过程。在夯锤与地面接触的瞬间，夯锤的势能绝大部分已转换成动能。除一部分以声波形式向四周传播和夯锤与土体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击动能使土体产生振动，并以压缩波、剪切波和瑞利波在地基内传播。剪切波使土颗粒处于更密实的状态。瑞利波的竖向分量起到松动土的作用，其水平分量可使土得到密实。2、强夯设计计算2.1有效加固深度和单位夯击能一般可按公式H=α√Mh计算有效加固深度，H为有效加固深度，m；M为夯锤重，t；h为落距，m；α为系数，需根据地基土的性质确定，软土可取0.5，黄土可取0.34～0.5。实际影响有效加固深度的因素很多，不同土层的厚度、埋藏顺序、地下水位等都有密切关系。应根据现场试夯或当地经验确定。2.2夯点的次数与遍数夯点的夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：⑴当单击夯击能小于4000kN·m时，最后两击的夯沉量不宜大于50mm。当单击夯击能为4000～6000kN·m时，最后两击的夯沉量不宜大于100mm。当单击夯击能大于6000kN·m时最后两击的夯沉量不宜大于200mm。⑵夯坑周围地面不应发生过大隆起。⑶不因夯坑过深而发生起锤困难。总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为4～10击。夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。可采用点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印彼此搭接。2.3时间间隔各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力的消散时间。由于粘性土孔隙水压力消散慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3～4周。2.4夯点布置与间距夯点的布设及夯击方式与地基土的类型和处理深度有关。夯击点位置可根据基底平面形状，一般按正方形网格、等边三角形以及梅花形排列。对于含水量较大而透水性较差的粘性土地基，需要采用间歇多遍夯击方式，以使土中孔隙水压力有充分的消散时间。对于处于稍湿状态的非饱和地基土，土中没有或很少自由水，可以在一个夯位上一遍连续夯到所需的总击数，再移到下一个夯位上逐位一遍夯成。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5倍～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。对处理埋深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。夯击处理范围3应大于基础范围，超出基础范围宜为基底设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。3、施工工艺流程3.1现场作业流程根据需要完成排水设施，场地平整，保证设备进场道路通畅。按设计要求测量定位。3.2主要操作方法平整场地测量并按设计放点机械就位夯锤起吊至规定高度脱钩按设计要求重复夯击完成一个夯点以片石、碎石回填夯坑（强夯置换）夯锤自由下落各夯点重复上述过程2遍低能量满夯3遍⑴清理并平整施工场地。⑵用白灰标识出第一遍夯点位置，并测量原地面高程。⑶起重机就位，使夯锤中心对准夯点位置。⑷测量夯前锤顶标高，确定零高度。将夯锤吊到规定高度，脱钩夯锤脱落自由下落；放下吊钩，测量锤顶标高，记录与零高度差值，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时做填平处理。⑸重复步骤4，完成一个夯点的夯击，形成的夯坑回填并以低能量点夯夯击密实。⑹完成单点夯击以最后两击的夯沉量不大于5cm为准。⑺换夯点，重复（3）～（6），完成第一遍全部夯点的夯击。⑻在规定的时间间隔（根据超静孔隙水压力消散时间确定）后，按上述步骤完成第二遍夯击。⑼最后完成低能量满夯，夯击能为点夯夯击能的三分之一至二分之一，将表层松土压实。3.3施工工艺要点⑴施工前先整平施工场地，并做好防震措施。按设计要求选取合适的强夯锤及施工机械。⑵各夯点应放线定位。夯完后检查夯坑位置，发现偏差及漏夯应及时纠正。⑶当地表土软弱或地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，采用人工降低地下水位或铺填一定厚度粗颗粒材料的垫层，使地下水位低于坑底面以下2m。坑内或场地积水应及时排除。⑷夯前观测孔隙水压力，每次夯击后均按相关要求的时间及频次观测孔隙水压力，以掌握准确的超静孔隙水压力消散过程。⑸强夯施工时对每一个夯击点的夯击能量、夯击次数和每次夯沉量等进行详细记录。⑹夯击工作前，首先检验夯锤平衡状态，不能满足要求时，须采取锤边焊钢板或增减混凝土等办法使其平衡，避免夯坑倾斜。⑺用水准仪测量夯击深度（零高度和累计差位）并记录。⑻夯击时，落锤保持平稳，夯位正确。如错位或坑底倾斜度过大，及时用级配良好的片石或碎石将坑填平并记录填料方量。⑼强夯施工时，每夯击一遍后，测量场地平均下沉量。⑽施工时做好现场测量控制桩、控制网、试验夯击位置布点等保护。3.4施工建议⑴地下水位是影响强夯加固效果的重要因素。地下水位低的地基土，强夯加固效果好；地下水位高的地基土，强夯加固效果相对较差。因此，5在高水位地区进行强夯处理地基时，最好采取降水措施使地下水位处于预期的加固深度以下或直接变更为强夯置换方式。⑵地基土的类型是强夯加固能否适用的关键。对于粗粒土以及非饱和的黄土、粉性土和砂性土，强夯加固处理效果相当显著。对于饱和的粘性土其加固效果不理想，对于这类地基土，可采取强夯置换的方式效果更为显著。⑶强夯加固处理粘性土特别是饱和粘性土均需要合理的间歇时间。强夯后，高含水量粘性土由于触变，结构性遭到破坏，相关力学指标可能反而下降，因此，对要求强度迅速提高的情况不宜采用强夯。3.5效果检测强夯施工前及结束后间隔一定时间进行夯前及夯后能对地基加固质量进行检验。对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取1～2周；对粉土和粘性土地基可取2～4周。强夯置换地基间隔时间可取4周。可在夯前进行了标准贯入试验，夯后进行了平板载荷试验，检测地基承载力。4、结语本文对强夯法加固地基的机理和施工工艺进行了介绍，并提出了施工工艺要点和施工建议，强夯法加固地基机理是一个复杂的问题，尤其在饱和黏土的施工，今后我们要通过实践研究进一步认识它，从而掌握它的施工工艺。参考文献[1]《地理处理手册》编写委员会地基处理手册(第二版)中国建筑工业出版社,2000,4,10[2]《建筑地基处理技术规范》中国建筑科学研究院等中国建筑工业出版社2002,9[3]范维恒强夯处理地基中的几个根本问题太原工学院学报，1982，3(2)[4]郑颖人，李学志，冯遗兴等.软粘土地基的强夯机理及其工艺研究.岩石力学与工程学报，1998,17(5)[5]费香泽，王钊，周正兵强夯加固深度的试验研究四川大学学报，2002，7(4)[6]董方高速公路强夯加固技术理论与应用研究湖南大学2004，7[7]强夯加固机理研究现状及展望周世良王江张明强重庆交通大学学报2006，2(1)