1.概述

1.1強夯法定義

　　強夯法又名動力固結(jié)法或動力壓實法，是通過8～30t（最重達200t）和8～20m的落距（最高達40m），對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500～8000KN•m，在基土中產(chǎn)生的沖擊波和動應(yīng)力，可提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等條件，還可提高土層的均勻性，減少將來可能發(fā)生出現(xiàn)的差異沉降。

　　強夯時在坑內(nèi)如回填塊石、碎石等粗顆粒材料，夯錘將夯坑夯擊成連續(xù)的強夯置換墩，則稱為強夯置換法，在國外又稱為“動力置換與混合”法。因為墩體填料為碎石和砂礫時，在置換墩形成過程中大量的填料與墩間土混合，越淺處混合的越多，因而墩間土已非原來的土而是一種混合土，土的含水量與密實度改善很多，可與墩體共同形成復(fù)合地基。

1.2強夯法的起源及發(fā)展史

　　強夯法是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基處理方法，最早用于處理法國濱海9m厚的碎石填土，在1974年在英國工程師協(xié)會的深基礎(chǔ)會議上，Menard對強夯法作了詳細介紹，1978年11月到1979年由交通一航局科研所及其協(xié)作單位在天津三號公路進行了試驗研究，于1979年8月至9月在秦皇島碼頭堆煤場細砂地基進行了試驗，1979年4月中國建筑科學(xué)研究院在河北廊坊用強夯法處理可液化砂土和粉土地基取得成功，總結(jié)出一套適合我國情況的強夯工藝，后來把強夯用于加固濕陷性黃土、高填土和填海地基。

　　目前強夯主要用于處理濕陷性黃土、人工填土。分布在銅川、陜北、關(guān)中、蘭州、山西、河南，特別是在電力、石油天然氣、高速公路、大面積的住宅小區(qū)建設(shè)中使用較多，其規(guī)模大、不受環(huán)境影響。而在廠礦改建、擴建以及城市建設(shè)中幾乎沒有市場。強夯置換法主要使用在?？诖a頭、油罐地基、堆場、水池等以及公路、房建中的處理高填土地基和擠淤地基。在北方也有應(yīng)用，如格爾木鉀肥廠等處理鹽漬土、沼澤地基。

1.3強夯的優(yōu)缺點

　　優(yōu)點：強夯法加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工工期短、節(jié)約材料、施工文明、施工費用低。強夯置換法具有加固效果顯著、施工工期短、施工費用低等優(yōu)點。缺點：對鄰近建筑物或設(shè)備會產(chǎn)生有害影響，對鄰近居民產(chǎn)生噪間污染，施工過程中對土的含水量變化要求嚴(yán)。1.4強夯法的適用范圍適用范圍：強夯法：適用于處理碎石土、砂土、低飽和度粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土地基，而處理含水量較高的軟土地基效果不顯著。強夯置換法適用于處理高飽和度粉土與軟塑～流塑的粘性土等地基上對變形控制要求不嚴(yán)的工程，主要用于堆場、公路、機場、房屋建筑、油罐、碼頭等工程。2.施工原理2.1動力密實機理主要是處理多孔隙、粗顆粒、非飽和土。即用沖擊型動力荷載，在土體中產(chǎn)生體波（P）和面波（S）。體波中的壓縮波（縱波）質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致，表現(xiàn)為推拉運動，破壞原有土的骨架結(jié)構(gòu)，使土的孔隙體積減小，土體變得密實，從而提高地基土強度，同時土的空隙水壓力增大，伴隨有土的體積變化。體波中的剪切波（橫波）質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直，使土顆粒產(chǎn)生剪切滑移，產(chǎn)生裂縫，以利于水和氣體的排出，同時可以使天然裂隙閉合，但不產(chǎn)生體積變化，非飽和土的密實過程是土中氣相（空氣）被擠出的過程，其夯擊變形主要是由于顆粒的相對位移引起。面波則沿一個園柱波陣面徑向向外傳播，質(zhì)點的運動是由水平和堅向二個分量組成的，大部分波能聚集在地基的表層，其水平分量幾乎對土體加固不起作用，而垂直分量則以衰減的上弦形式背源向外傳播，在地面無上覆壓力的情況下，豎向振動對表層土起松動作用。一般認為剪切波和瑞利波對土體沒有加固作用，甚至只有破壞作用。

　　2.2動力固結(jié)機理主要是處理細顆粒飽和土。即用巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)，由于土的觸變性，從而地基土的強度得到提高。2.3動力置換機理主要是處理高飽和度粉土與軟塑～流塑粘性土。是強行夯入砂石等置換材料，在夯擊過程中，大量填充材料加入，使得地基土得到有效擠土和振密效應(yīng)，在土中形成間隔鑲嵌的樁體或墩體，起到填換地基或復(fù)合地基的作用，同時對形成的樁體又產(chǎn)生相應(yīng)的約束力，起到提高承載力作用。強夯置換法的加固機理相當(dāng)于下列三者之和：強夯置換=強夯（加密）+碎石墩+特大直徑排水井。3.強夯施工參數(shù)強夯設(shè)計應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。地基規(guī)范明確規(guī)定，強夯和強夯置換施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場有代表性場地選取一個或幾個試區(qū)，進行試夯，并進行載荷試驗、原位測試和土工試驗，通過和夯前的測試數(shù)據(jù)進行對比來驗證設(shè)計參數(shù)的合理性。強制性條文規(guī)定,“強夯置換法在設(shè)計前必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理性效果”。3.1有效加固深度強夯法的有效加固深度既是反映處理效果的重要參數(shù)，又是選擇地基處理方案的重要依據(jù)。加固效果自上而下、由內(nèi)向外可分為：松馳區(qū)、加固有效區(qū)、有效加固減弱區(qū)、未加固區(qū)。所謂有效加固深度是指加固有效區(qū)。地基規(guī)范表6.21給出了不同土類、不同夯擊能下的有效加固深度，經(jīng)驗表明同一夯擊能下粗粒土的強夯有效加固深度要比細粒土深1.0m。強夯有效加固深度用梅納公式進行估算：H≈(m)。

　　國內(nèi)大量的試驗研究和工程實測資料表明，采用上述公式估算的有效加固深度偏大。從公式看出加固深度僅與單擊夯擊能有關(guān)，但實際上還與夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水位有關(guān)。國內(nèi)有人對梅納公式進行了修正，修正系數(shù)0.34～0.80，范圍值很大，但同一地區(qū)、同一土層的同一施工參數(shù)下的修正系數(shù)變化很小。不同的土類、不同的夯擊能其修正系數(shù)不同，修正后并不能得到滿意的效果，所以地基處理規(guī)范不采用修正后的梅納公式。

3.2夯擊次數(shù)

　　夯擊次數(shù)根據(jù)夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。以夯坑的壓縮量最大，夯坑周圍隆起量最小為確定原則，但要滿足在4000KN.m、4000～6000KN.m和6000KN.m夯擊能下最后兩擊的平均夯沉量分別不大于50mm、100 mm和200mm。

3.3夯擊遍數(shù)

　　夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土性質(zhì)確定，采用2～3遍夯，細粒土適當(dāng)增加夯擊遍數(shù),最后再以低能量滿夯2遍。

3.4兩遍夯擊之間的間隔時間

　　兩遍夯擊之間的間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間,而超靜孔隙水壓力的消散時間與土的類別、夯點間距等因素有關(guān)，滲透性較差的粘性土地基間隔時間不小于3～4周，滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。

3.5夯點布置

　　夯點布置可采用三角形或正方形，夯間距取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程第一遍夯擊點單間距適當(dāng)增大，對于辦公樓、住宅建筑等可根據(jù)承重墻位置布置夯點。

3.6處理范圍

　　強夯處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍,每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為基底下處理深度的1/2～2/3，并不小于3m。

3.7強夯置換法設(shè)計

　　(1)強夯置換法的處理深度由土質(zhì)條件決定，除厚層的飽和粉土外，應(yīng)穿透軟弱層，達到較硬土層，深度不宜超過7m（國外錘重40t，處理深度達12m），其單擊夯擊能應(yīng)通過試驗確定。墩體材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%。

　　(2)夯擊次數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試夯確定，且應(yīng)同時滿足下列條件：

　?、俣盏讘?yīng)穿透軟弱層，且達到設(shè)計墩長。

　?、诶塾嫼怀亮繛樵O(shè)計墩長的1.5～2.0倍。

　?、圩詈髢蓳舻钠骄怀亮坎淮笥谝?guī)范規(guī)定。

　　(3)墩位布置采用等邊三角形或正方形，獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可根據(jù)基礎(chǔ)形狀與寬度相應(yīng)布置。

　　(4)墩間距應(yīng)根據(jù)荷載大小和原土的承載力確定，當(dāng)滿堂布置時可取錘徑的2～3倍，獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可取夯錘直徑的1.5～2.0倍，墩的計算直徑可取錘直徑的1.1～1.2倍。當(dāng)墩間凈距較大時，應(yīng)適當(dāng)提高上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度。

　　(5)強夯置換法處理范圍和強夯法相同。

　　與強夯法相區(qū)別的是強夯置換法墩頂應(yīng)鋪設(shè)壓實墊層，設(shè)計時應(yīng)預(yù)估地面抬高值。規(guī)范強制性條文規(guī)定：施工結(jié)束后除進行現(xiàn)場載荷試驗檢測承載力和變形模量外，應(yīng)采用超重型或重型動力觸探等方法檢查置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化。由于在處理淤泥或流塑性軟土?xí)r強夯置換法在國內(nèi)有幾個不成功的先列，所以規(guī)范規(guī)定置換墩地基承載力特征值只考慮墩體，不考慮墩間土的作用，其承載力應(yīng)通過現(xiàn)場單墩載荷試驗確強夯置換法定，對飽和粉土地基可按復(fù)合地基考慮，其承載力可通過單墩復(fù)合地基載荷試驗確定。

4.強夯施工工工藝

　    (2)反復(fù)提錘、銳鉤夯擊——測量錘頂高程，完成規(guī)定的一個點夯擊次數(shù)并達到控制標(biāo)準(zhǔn)后，單點一遍夯擊完成。

　　(3)換夯點，進行隔點跳打，完成第一遍全部夯點的夯擊，用推土機將夯坑推平，并測量場地高程。

　　(4)在規(guī)定的時間間隔后，按上述步驟逐次完成全部夯點的夯擊。最后用低能量滿夯，將場地表層松土夯實。并測量夯后場地高程。

5.強夯施工中應(yīng)注意的問題

　　(1)盡量使用園錘或正多邊形錘，錘體材料優(yōu)先選用鑄鐵錘，選用合理的錘徑，砂土和碎石土錘底面積為2～4m2，粘性土錘底面積為3～4m2，粘性土錘底面積為4～6m2，錘底靜接地壓力值可取25～40KPa，細粒土取小值，錘底設(shè)排氣孔，有利于錘落底時坑底空氣迅速排出和起錘時減小坑底的吸力。強夯置換的錘底靜接地壓力值可取100～200KPa。

　　(2)施工安全：采用履帶式起重機時應(yīng)在臂桿端部設(shè)置輔助門架，防止落錘時機架傾覆，行走和收繩時應(yīng)有專人指揮，以防傾覆或背桿。夯吊起后面后，地面操作人員應(yīng)迅速撤離至安全距離以外，以防夯時飛石傷人。夯錘提升時必須卡牢回轉(zhuǎn)剎車，以防落錘時吊車轉(zhuǎn)動失穩(wěn)。六級以上的大風(fēng)、雨、雪天或視線不清時不準(zhǔn)進行強夯施工。

　　(3)當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，應(yīng)人工降低地下水位或鋪填一定厚度松散性材料，使地下水位低于底面以下2m，這樣可以在地表形成硬層，以支承起設(shè)備和保證設(shè)備通行，又可加大地下水和地表面的距離，防止夯擊時坑積水。

　　(4)施工前應(yīng)查明場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各種管線的位置及標(biāo)高，并采用必要的避讓或保護措施，以免損壞，其安全避讓距離一般為6～8m，30m之外的室外的噪音可小于85db，必要時設(shè)置減振溝，強夯的有害振動加速度為生0.5g，其安全距離為6.5m。

　　(5)當(dāng)強夯施工所產(chǎn)生的振動對鄰近建筑物設(shè)備會產(chǎn)生有害影響時，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點，并采取挖隔振溝隔振或防振措施。測振表明，減振溝的深淺對減振效應(yīng)影響很大，溝寬對減振影響很小，一般溝深1～1.5m，應(yīng)深于夯擊最深時的夯坑。。

　　(6)強夯法施工質(zhì)量檢測，對于碎石土和砂土地基可取7～14天，粉土和粘性土地基可取14～28天，強夯置換法可取28天。

　　(7)施工時應(yīng)有專人施工放線和測量記錄錘頂高程，并有質(zhì)檢員抽檢。

　　(8)夯錘質(zhì)量在進場前應(yīng)有人檢查過磅，每一次換鋼絲繩時都有人檢查驗收。

　　(9)選擇合理的錘重、起重高度、回轉(zhuǎn)半徑。

　　(10)夯坑隆起大時，則需降低夯擊能，先加固淺部，再增加夯擊能加固深部；隆起小時，可直用高能量加固深部。當(dāng)出現(xiàn)夯點不能按要求收錘時，應(yīng)往夯坑回填粗顆粒土料再夯擊，如此反復(fù)，直至收錘。

　　(11)強夯置換施工前，如表層土松軟時，可鋪設(shè)一層1～2m厚的砂石施工墊層。開挖時應(yīng)預(yù)留0.5m天然土，以保持固范圍內(nèi)土的含水量不變，以保證夯擊效果。下雨時應(yīng)采取必要的防雨措施，坑內(nèi)或場地積水應(yīng)及時排除，防止土的含水量變化過大，以確保施工質(zhì)量和施工工期。

　　(12)規(guī)范對強夯后土的承載力沒有明文規(guī)定，一般為180～200KPa，應(yīng)通過試驗確定，不可死搬硬套。

　　(13)施工就注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

　　施工前：參與設(shè)計和驗證試夯參數(shù)。

　　施工中：夯錘的選用；夯擊次數(shù)的控制；基坑土含水量的控制。

6.施工中常出現(xiàn)的質(zhì)量問題及原因

　　(1)有效加固深度不夠：夯擊能不夠，表現(xiàn)為單擊夯能低，夯擊次數(shù)不夠；夯間距與錘徑不匹配。

　　(2)承載力達不到設(shè)計要求：主夯的夯間距過大；遍夯的夯擊能過大或搭接面積過小。

　　(3)夯間土處理效果達不到要求：主夯點間距過大；夯點間搭接面積過小。

　　(4)表層土松散：沒有進行遍夯或遍夯夯擊能過大。