1.概述

1.1強(qiáng)夯法定義

　　強(qiáng)夯法又名動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓實(shí)法，是通過(guò)8～30t（最重達(dá)200t）和8～20m的落距（最高達(dá)40m），對(duì)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(dòng)應(yīng)力，可提高地基土的強(qiáng)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(lái)可能發(fā)生出現(xiàn)的差異沉降。

　　強(qiáng)夯時(shí)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(qiáng)夯置換墩，則稱為強(qiáng)夯置換法，在國(guó)外又稱為“動(dòng)力置換與混合”法。因?yàn)槎阵w填料為碎石和砂礫時(shí)，在置換墩形成過(guò)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(lái)的土而是一種混合土，土的含水量與密實(shí)度改善很多，可與墩體共同形成復(fù)合地基。

1.2強(qiáng)夯法的起源及發(fā)展史

　　強(qiáng)夯法是法國(guó)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(guó)濱海9m厚的碎石填土，在1974年在英國(guó)工程師協(xié)會(huì)的深基礎(chǔ)會(huì)議上，Menard對(duì)強(qiáng)夯法作了詳細(xì)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(hào)公路進(jìn)行了試驗(yàn)研究，于1979年8月至9月在秦皇島碼頭堆煤場(chǎng)細(xì)砂地基進(jìn)行了試驗(yàn)，1979年4月中國(guó)建筑科學(xué)研究院在河北廊坊用強(qiáng)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(guó)情況的強(qiáng)夯工藝，后來(lái)把強(qiáng)夯用于加固濕陷性黃土、高填土和填海地基。

　　目前強(qiáng)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(kuò)建以及城市建設(shè)中幾乎沒(méi)有市場(chǎng)。強(qiáng)夯置換法主要使用在海口碼頭、油罐地基、堆場(chǎng)、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(qiáng)夯的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)夯法加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡(jiǎn)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(fèi)用低。強(qiáng)夯置換法具有加固效果顯著、施工工期短、施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：對(duì)鄰近建筑物或設(shè)備會(huì)產(chǎn)生有害影響，對(duì)鄰近居民產(chǎn)生噪間污染，施工過(guò)程中對(duì)土的含水量變化要求嚴(yán)。1.4強(qiáng)夯法的適用范圍適用范圍：強(qiáng)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(qiáng)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(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程，主要用于堆場(chǎng)、公路、機(jī)場(chǎng)、房屋建筑、油罐、碼頭等工程。2.施工原理2.1動(dòng)力密實(shí)機(jī)理主要是處理多孔隙、粗顆粒、非飽和土。即用沖擊型動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致，表現(xiàn)為推拉運(yùn)動(dòng)，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(shí)，從而提高地基土強(qiáng)度，同時(shí)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(diǎn)振動(dòng)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(shí)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(shí)過(guò)程是土中氣相（空氣）被擠出的過(guò)程，其夯擊變形主要是由于顆粒的相對(duì)位移引起。面波則沿一個(gè)園柱波陣面徑向向外傳播，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是由水平和堅(jiān)向二個(gè)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(duì)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(wú)上覆壓力的情況下，豎向振動(dòng)對(duì)表層土起松動(dòng)作用。一般認(rèn)為剪切波和瑞利波對(duì)土體沒(méi)有加固作用，甚至只有破壞作用。

　　2.2動(dòng)力固結(jié)機(jī)理主要是處理細(xì)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(qiáng)度得到提高。2.3動(dòng)力置換機(jī)理主要是處理高飽和度粉土與軟塑～流塑粘性土。是強(qiáng)行夯入砂石等置換材料，在夯擊過(guò)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(shí)對(duì)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(qiáng)夯置換法的加固機(jī)理相當(dāng)于下列三者之和：強(qiáng)夯置換=強(qiáng)夯（加密）+碎石墩+特大直徑排水井。3.強(qiáng)夯施工參數(shù)強(qiáng)夯設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。地基規(guī)范明確規(guī)定，強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性場(chǎng)地選取一個(gè)或幾個(gè)試區(qū)，進(jìn)行試夯，并進(jìn)行載荷試驗(yàn)、原位測(cè)試和土工試驗(yàn)，通過(guò)和夯前的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。強(qiáng)制性條文規(guī)定,“強(qiáng)夯置換法在設(shè)計(jì)前必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性和處理性效果”。3.1有效加固深度強(qiáng)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(yàn)表明同一夯擊能下粗粒土的強(qiáng)夯有效加固深度要比細(xì)粒土深1.0m。強(qiáng)夯有效加固深度用梅納公式進(jìn)行估算：H≈(m)。

　　國(guó)內(nèi)大量的試驗(yàn)研究和工程實(shí)測(cè)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(shí)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(guó)內(nèi)有人對(duì)梅納公式進(jìn)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?chē)∑鹆孔钚榇_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(xì)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(shí)間

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

3.5夯點(diǎn)布置

　　夯點(diǎn)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(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)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(diǎn)單間距適當(dāng)增大，對(duì)于辦公樓、住宅建筑等可根據(jù)承重墻位置布置夯點(diǎn)。

3.6處理范圍

　　強(qiáng)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(qiáng)夯置換法設(shè)計(jì)

　　(1)強(qiáng)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(dá)到較硬土層，深度不宜超過(guò)7m（國(guó)外錘重40t，處理深度達(dá)12m），其單擊夯擊能應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。墩體材料可采用級(jí)配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅(jiān)硬材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過(guò)全重的30%。

　　(2)夯擊次數(shù)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定，且應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：

　?、俣盏讘?yīng)穿透軟弱層，且達(dá)到設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)。

　?、诶塾?jì)夯沉量為設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)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(dú)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(shí)可取錘徑的2～3倍，獨(dú)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(jì)算直徑可取錘直徑的1.1～1.2倍。當(dāng)墩間凈距較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度。

　　(5)強(qiáng)夯置換法處理范圍和強(qiáng)夯法相同。

　　與強(qiáng)夯法相區(qū)別的是強(qiáng)夯置換法墩頂應(yīng)鋪設(shè)壓實(shí)墊層，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)估地面抬高值。規(guī)范強(qiáng)制性條文規(guī)定：施工結(jié)束后除進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)檢測(cè)承載力和變形模量外，應(yīng)采用超重型或重型動(dòng)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(qiáng)夯置換法在國(guó)內(nèi)有幾個(gè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)單墩載荷試驗(yàn)確強(qiáng)夯置換法定，對(duì)飽和粉土地基可按復(fù)合地基考慮，其承載力可通過(guò)單墩復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。

4.強(qiáng)夯施工工工藝

　    (2)反復(fù)提錘、銳鉤夯擊——測(cè)量錘頂高程，完成規(guī)定的一個(gè)點(diǎn)夯擊次數(shù)并達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)后，單點(diǎn)一遍夯擊完成。

　　(3)換夯點(diǎn)，進(jìn)行隔點(diǎn)跳打，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊，用推土機(jī)將夯坑推平，并測(cè)量場(chǎng)地高程。

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

5.強(qiáng)夯施工中應(yīng)注意的問(wèn)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(xì)粒土取小值，錘底設(shè)排氣孔，有利于錘落底時(shí)坑底空氣迅速排出和起錘時(shí)減小坑底的吸力。強(qiáng)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(jī)時(shí)應(yīng)在臂桿端部設(shè)置輔助門(mén)架，防止落錘時(shí)機(jī)架傾覆，行走和收繩時(shí)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(shí)飛石傷人。夯錘提升時(shí)必須卡牢回轉(zhuǎn)剎車(chē)，以防落錘時(shí)吊車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)。六級(jí)以上的大風(fēng)、雨、雪天或視線不清時(shí)不準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)夯施工。

　　(3)當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，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(shí)坑積水。

　　(4)施工前應(yīng)查明場(chǎng)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(hù)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(shí)設(shè)置減振溝，強(qiáng)夯的有害振動(dòng)加速度為生0.5g，其安全距離為6.5m。

　　(5)當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物設(shè)備會(huì)產(chǎn)生有害影響時(shí)，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并采取挖隔振溝隔振或防振措施。測(cè)振表明，減振溝的深淺對(duì)減振效應(yīng)影響很大，溝寬對(duì)減振影響很小，一般溝深1～1.5m，應(yīng)深于夯擊最深時(shí)的夯坑。。

　　(6)強(qiáng)夯法施工質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)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(qiáng)夯置換法可取28天。

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

　　(8)夯錘質(zhì)量在進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)有人檢查過(guò)磅，每一次換鋼絲繩時(shí)都有人檢查驗(yàn)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(shí)，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(shí)，可直用高能量加固深部。當(dāng)出現(xiàn)夯點(diǎn)不能按要求收錘時(shí)，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(qiáng)夯置換施工前，如表層土松軟時(shí)，可鋪設(shè)一層1～2m厚的砂石施工墊層。開(kāi)挖時(shí)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(shí)應(yīng)采取必要的防雨措施，坑內(nèi)或場(chǎng)地積水應(yīng)及時(shí)排除，防止土的含水量變化過(guò)大，以確保施工質(zhì)量和施工工期。

　　(12)規(guī)范對(duì)強(qiáng)夯后土的承載力沒(méi)有明文規(guī)定，一般為180～200KPa，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)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(jì)和驗(yàn)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(wèn)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(dá)不到設(shè)計(jì)要求：主夯的夯間距過(guò)大；遍夯的夯擊能過(guò)大或搭接面積過(guò)小。

　　(3)夯間土處理效果達(dá)不到要求：主夯點(diǎn)間距過(guò)大；夯點(diǎn)間搭接面積過(guò)小。

　　(4)表層土松散：沒(méi)有進(jìn)行遍夯或遍夯夯擊能過(guò)大。