强夯法加固地基理论及应用

李春鹏汪波朱林锋

济南市勘察测绘研究院山东济南250013

摘要：强夯法是地基处理的一种常用方法，本文着重阐述了强夯法的加固机理，系统地阐述了强夯法设计计算的步骤及相关参数的确定，并以工程实例加以佐证。

关键词：强夯法；吹填砂；地基处理；参数

1强夯法加固机理

强夯法一般采用8～40ｔ的重锤、8～20ｍ的落距（最高为40ｍ）对土层进行强力夯击，巨大的冲击能量在土中产生很大的冲击波和动应力，从而提高土的强度，降低压缩性，改善土的液化条件，清除湿陷性黄土的湿陷性等功能，同时还能提高土层的均匀程度，从而减少差异沉降。

如果将地基视为弹性半空间体，则夯锤自由下落过程，也就是势能转换位动能的过程，即随着夯锤下落，势能越来越少，动能越来越大，在落到地面以前的瞬间，势能的极大部分都转换成动能，夯锤夯击地面时，这部分动能除一部分以声波形式向四周传播，一部分由于夯锤和土体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击动能则使土体产生自由振动，并以压缩波（亦称纵波，P波）、剪切波（横波、S波）和瑞利波（表面波，R波）的波体系联合在地基内传播，在地基中产生一个波场。图1表示离开震源（夯击点）一定距离处的波长。

[引自Woods，1968]

2强夯法加固的适应范围

我国《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）认为，强夯法适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土，湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对高饱和度的粉土与粘性土地基，应通过现场试验确定其适用性。

3设计计算

1）有效加固深度的确定

有效加固深度是指在正常的施工条件下，地基土的控制指标满足设计要求的深度。影响有效

加固深度的主要因素有夯锤锤重（W）、提升高度（ｈ）和锤底面积（Ａ），其次还有夯击次数、夯点间距、每遍夯击间隔时间、土体平均含水量、地下水位、不同土层的厚度和埋藏顺序以及其它强夯的设计参数等。在具体应用中，应根据不同的土质和工程实际，具体问题具体分析。

2）夯击遍数

夯击遍数应根据地基土的性质确定。确定工程夯击遍数的原则是根据压缩层的厚度、土质条件和设计对沉降的要求来确定。

一般可用下面方法控制：

②根据设计要求夯到标高为止。

③在有的情况下，可根据经验来确定。根据资料报导，对于砂砾，砂质土和垃圾土，夯击遍数为2~3遍；粉质土为3~8遍。最后再对全部场地进行轻量级夯击，使表层1~2m范围的土层得以夯实。

3）单击夯击能

单击夯击能其值等于锤重和落距的乘积，按式确定，单击夯击能一般根据加固土层的厚度、地基状况和土质成分。

一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。单击夯击能太小，就无法使水与土颗粒产生相对流动，水就不能排出，在这种情况下仅仅靠增加夯击数不能产生加固效果。因此单击夯击能不能太小，一般应满足在单击设计加固范围内的土层得到了改良的要求。

4）最佳夯击能

最佳夯击能一般通过单点夯试验确定，对于粘性土地基，由于孔隙水压力的消散慢，随着夯击能的增加，孔隙水压力可以叠加，因而可根据有效加固深度孔隙水压力的叠加来选定最佳夯击能。对于砂性土地基，由于孔隙水压力的增加和消散过程快，孔隙水压力不能随夯击能的增加而叠加，当孔隙水压力增量随夯击次数的增加趋于稳定时，可认为砂土能够接受的能量已达到饱和状态。

5）间隔时间

间歇时间取决于超孔隙水压力的消散时间。应通过试夯来确定间隔时间。

土中超孔隙水压力的消散率与土的类别、夯点间距等因素有关。对砂性土其渗透系数大，一般在数分钟和2～3小时即可消散完。但对于渗透性差的粘性土地基，一般需要数周才能消散完。当缺少实测孔压资料时，可根据地基土的渗透性确定间歇时间，对于渗透性差的粘性土地基的间隔时间，一般不少于3～4周，一般渗透性较好的粘性土1～2周，对渗透性好的地基可连续夯击。

6）夯击点布置

夯击点布置是否合理与夯实效果和施工费用有直接关系。夯点的平面布置应根据建筑物的结构类型，地基土情况和要求的加固深度确定，夯点平面布置的合理与否及夯实效果和施工费用有直接关系

①对大面积或饱和粘性土，采用“正方形插挡法”布置。这样会使孔隙水压力有充足的时间消散，不易形成“弹簧土”。

②对条形基础，采用“点线插档法”布置，这种布置方式效果好，速度快。

③对砂性土、含水量较低的回填土或抛石挤淤加强夯，可采用普夯法加固。

④对柱基底加固可用点夯，该法速度快，造价低。

⑤对一些加固深度较大，由于已有的设备能量大小受到限制或由于垫层厚度很大，能量在该层中消耗较大，可能达不到要求，这时可以采用二次夯击，即先在某较低的标高上夯完，在回填到设计标高，进行第二次夯击，一般会得到较好的效果。

7）夯击次数

目前，在工程实践中，除了按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定夯击次数外，同时要满足最后两击得平均夯沉量不大于50mm，当夯击能量较大时不大于100mm的规定。除此之外，还要考虑施工方便，不能因夯击坑过深而发生起锤困难的情况。

4工程实例

1）工程概况

某地拟建一海港，港区地层属吹填砂，钻孔揭示多为该场地地层由吹填砂、粉质粘土和淤泥质粉质粘土组成。地基承载力不能满足设计要求，需进行地基处理。

该海港集装箱堆放区0～7.0m的地层由吹填砂。地表到地下7.0m-10.0m深度的地层为软弱地层。特别是淤泥质粉质粘土属软弱地层。

从地基承载力方面看，设计要求地基承载力为150kPa，而现有地基承载力约为50-80kPa，不能满足设计要求。

2）强夯的实施

①强夯机具与设备：

ａ.起重设备：Ｗ1001履带吊车；

ｂ.夯锤：圆柱型，锤重170kN；

ｃ.自动脱钩装置。

②强夯参数：

ａ.夯击点布置：夯点按梅花形布置，间距为4ｍ；

5结论

1）强夯效果在夯后28ｄ，通过野外钻探，原位测试，室内土工实验和荷载板试验，结果表明：填土的工程地质特征已得到大为改良，未发现有明显影响场区稳定性的不良地质现象，场地是稳定的，宜于建筑五层砖混结构住宅，地基土满足150kPa的设计要求；强夯达到预期目的。

2）地基处理有效加固深度>7m，满足设计要求；

参考文献：

[1]彭文祥，彭振斌，强夯法设计，岩土工程界，第四卷第11期

[2]孔位学，陆新，强夯法加固软土地基有效加固深度研究，四川建筑科学研究，2001年12月，第27卷第4期

[3]林宗元，岩土工程治理手册，辽宁科技出版社，1993

[4]裴吉峰，强夯法地基处理浅析，山西建筑，2003年7月，第29卷第7期