摘要：文章由強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理出發(fā)，介紹了一些強(qiáng)夯效果的檢驗(yàn)方法，并結(jié)合一些工程實(shí)例檢測數(shù)據(jù)，探討了不同土質(zhì)下和加大落距、錘重的強(qiáng)夯法處理效果。

　　關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法;落距;錘重;加固效果

　　強(qiáng)夯法是一種新的地基處理方法，始創(chuàng)于20 世紀(jì)60 年代。該方法主要是通過把一定重量的錘反復(fù)地升到一定的高度上，然后讓錘自由地下落，整個(gè)過程所產(chǎn)生的巨大沖擊力和振動能量可以提高地基的承載力，從而改善其特性[1] 。由于強(qiáng)夯法具有施工設(shè)備簡單、施工方便、效果顯著、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)廣泛用于工民建、路基、鐵路、公路、碼頭、機(jī)場跑道等地基處理工程中，尤其適用于加固碎石土、砂土、雜填土地、非飽和粘性土、濕陷性黃土等地基基礎(chǔ)[2] 。但是，在施工中如何控制夯擊效果，加大落距、錘重等將會對加固效果有直接的影響。筆者結(jié)合一些工程實(shí)例來探討強(qiáng)夯法的處理效果，希望對類似工程的施工有所裨益。

　　一、強(qiáng)夯法加固地基的機(jī)理

　　強(qiáng)夯法加固機(jī)理是利用重錘反復(fù)在一定高度自由下落的極短時(shí)間之內(nèi)對地基土所施加的巨大沖擊能量的作用，反復(fù)沖擊過程可以產(chǎn)生諸如壓縮波、剪切波和瑞利波等，并使土體受到瞬時(shí)加荷、卸荷及剪切的作用[3] 。因此，土粒就會改變原有的接觸形式而產(chǎn)生了新的位移來達(dá)到更為穩(wěn)定的形式，這樣就增加了土體的密度和強(qiáng)度。對于非飽和性土地基，強(qiáng)夯法壓密和擊實(shí)試驗(yàn)相似，有比較明顯的擠密振密效果。對于飽和無黏性土地基，其壓密過程與爆破和振動壓密相似，這是由于在沖擊力的作用下土體可能會發(fā)生液化導(dǎo)致的，也有比較明顯的擠密振密效果[4] 。在粉土和粉細(xì)砂類土中，地基土的承載力和抗液化能力得以提高主要是由于夯擊作用使土體的加密和預(yù)液化。在飽和土中，強(qiáng)夯使土體變得更加緊密，土中空隙水壓力升高，改變了土體結(jié)構(gòu)，從而加固了地基土。

　　二、強(qiáng)夯效果的檢驗(yàn)方法

　　強(qiáng)夯效果的質(zhì)量檢驗(yàn)方法，主要根據(jù)的是室內(nèi)土工試驗(yàn)和土性選用原位測試[5] 。對于一般性工程來說，檢驗(yàn)時(shí)候只需采用兩種或兩種以上方法即可;對于比較重要的工程來說，要增加一些如現(xiàn)場大壓板載荷試驗(yàn)之類的增檢項(xiàng)目。為了檢驗(yàn)強(qiáng)夯法施工的加固及處理液化效果，還要對強(qiáng)夯區(qū)域進(jìn)行一些試驗(yàn)測試。以下簡要介紹平板載荷試驗(yàn)、土工取樣試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)：

　　1.

　　平板載荷試驗(yàn)，該試驗(yàn)采用的慢速維持荷載法。試驗(yàn)時(shí)，用千斤頂分九級加荷，在荷載板上還要對稱的安置四個(gè)百分表來觀察地基土的沉降量以及各級荷載的相對穩(wěn)定情況，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底板下約0.10m處埋置壓板。為了檢驗(yàn)夯后地基的承載力，還要進(jìn)行載荷試驗(yàn)，靜載點(diǎn)主要布置于獨(dú)立基礎(chǔ)部分場地。

　　2.

　　土工取樣試驗(yàn)，主要是通過工程鉆機(jī)進(jìn)行開孔，取芯鉆進(jìn)的范圍要保持在設(shè)計(jì)處理深度范圍內(nèi)。其采用的是重錘擊入法進(jìn)行鉆孔，得到的原狀土樣再做土工試驗(yàn)。土工取樣的測試指標(biāo)主要包括地基土的壓縮模量、孔隙比、天然含水量，淺層土的滲透系數(shù)以及抗剪強(qiáng)度等，該取樣過程主要在填土中進(jìn)行。

　　3.

　　標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，主要是通過工程鉆機(jī)進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)，要考慮到的因素包括貫入器標(biāo)準(zhǔn)、穿心錘重量、自由落距距離以及試驗(yàn)間距等。通過這些測試來評價(jià)強(qiáng)夯前、后地基土的承載力等力學(xué)指標(biāo)，并考察水下砂土的液化情況。

　　三、強(qiáng)夯法工程實(shí)例分析

　　強(qiáng)夯法加固地基的處理效果主要與土質(zhì)因素、錘重、落距等因素有關(guān)，以下結(jié)合筆者的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過不同的檢測數(shù)據(jù)，分析了強(qiáng)夯法的處理效果，獲得了一些有工程實(shí)際意義的結(jié)論。

　　(一)軟土路基的強(qiáng)夯法處理效果分析

　　某工程軟土路基施工，采用的是強(qiáng)夯法施工技術(shù)。現(xiàn)場需進(jìn)行加固處理的地基土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1。

　　表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

　　地層名稱 地基承載力 PS 值 重度 含水量 峰值強(qiáng)度參數(shù)

　　及層序 fd(kPa) PS(MPa) γ(g/cm3) ω(%) C(kPa) ψ(°)

　　雜填土①2 40~68 0.64 0.9~1.1 8 1 33.0

　　粉質(zhì)粘土②3-1 100~115 3.05 1.23~1.41 15 3 32.0

　　粉土③3-2 110~135 5.48 1.35~1.76 21 1 32.8

　　加固前、后都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)、荷載板試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果包括設(shè)計(jì)承載力等都符合工程設(shè)計(jì)要求。加固前、后地基標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)結(jié)果對比見表2。

　　對比表1、表2 中數(shù)據(jù)可以看出：

　　1.如果只是用土體密度、地基承載力、濕陷性系數(shù)這幾項(xiàng)來控制工地強(qiáng)夯施工質(zhì)量，往往存在著一定的弊端。比如說，盡管濕陷性系數(shù)能夠比較精確地反映了強(qiáng)夯消除濕陷的程度和深度，但是由于其取樣困難，試驗(yàn)時(shí)間又比較長，所以說工地操作性較差，容易影響施工進(jìn)度。再者，無法確定其試驗(yàn)取樣頻率，

　　表2 加固前、后地基標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)結(jié)果對比

　　項(xiàng)目 承載力(kPa) 深度 承載力(kPa) 深度 承載力(kPa) 深度 承載力(kPa) 深度 承載力(kPa) 深度 承載力(kPa) 深度

　　1m 2m 3m 4m 5m 6m

　　加固前 40~68 3 50~80 2 100~120 4 100~115 4 100~120 6 100~135 6

　　加固后 170~195 8 170~195 11 180~195 11 180~195 13 180~195 13 180~185 10

　　過小的頻率不能很真實(shí)地反映強(qiáng)夯效應(yīng)，而過大的頻率又會增大對基礎(chǔ)的破壞性。

　　2.

　　土質(zhì)的性質(zhì)會影響到地基承載力和土體密度。如果在土質(zhì)含水量無規(guī)律和分布不均勻的情況下去判定土的性質(zhì)，會將整個(gè)檢測過程變得繁瑣和復(fù)雜。強(qiáng)夯后表層土的密度、地基承載力和深度的相關(guān)性比較小，由于確定不了其控制數(shù)據(jù)也就不能真實(shí)地反映到強(qiáng)夯效應(yīng)。

　　3.

　　在濕陷性黃土夯實(shí)到一定程度之后，加固深度受到夯實(shí)遍數(shù)的影響會比較小。

　　(二)加大落距和加大錘重的強(qiáng)夯法處理效果分析

　　根據(jù)強(qiáng)夯法的經(jīng)驗(yàn)公式：H=α(0.1mh)1/2。式中m 表示錘重，h 表示的是落距，有效加固深度用H 來表示，α 的取值一般在0.5 ～ 1.0 之間。由公式可以看出：總的夯擊能是直接影響其有效加固深度的，夯擊能越大則表示mh 越大，H 也越大。可是，從工程成本上來考慮，夯擊能越大則需要越高的加固費(fèi)用，成本也就越高。以下就簡要分析下加大落距h 和加大錘重m的強(qiáng)夯法處理效果。

　　工程實(shí)例——某工程濕陷性黃土場地工程概況。

　　工程前期進(jìn)行了地質(zhì)勘察，勘察報(bào)告如下：在30m 深度范圍之內(nèi)主要是第四紀(jì)河流沖積物和一些人工堆積物，可根據(jù)其力學(xué)性質(zhì)和巖性有6 層的劃分，強(qiáng)夯法處理深度范圍主要是在0～2層。0層：厚度大約是1m，含水率是13%，可進(jìn)行人工填土。此外，還測得0 層的壓縮系數(shù)為0.324，濕陷系數(shù)為0.095，干密度在1.39 ～ 1.43 g/cm3 之間，其天然孔隙比平均為0.905。1層：此層屬于黃土狀粉質(zhì)土，厚度是2m，含水率為16.7%;平均壓縮系數(shù)為0.25，自重濕陷系數(shù)為0.035，濕陷系數(shù)達(dá)到0.125;其干密度在1.41 ～ 1.45 g/cm3 之間，孔隙比為0.800。2 層：此層屬于黃土狀粉質(zhì)黏土，層厚在0.7 ～ 3.3m 之間，平均含水率為20.2%;平均壓縮系數(shù)為0.352，自重濕陷系數(shù)為0.025，濕陷系數(shù)為0.021，干密度為1.52 g/cm3。工程要求是：加固深度5 m內(nèi)土層干密度大于1.4 g/cm3 和消除加固深度5 m 內(nèi)土層的濕陷性。

　　施工機(jī)械參數(shù)見表3。

　　表3 施工機(jī)械參數(shù)

　　組別 錘形 錘重(t) 錘底面積(m2) 提錘高度(m)

　　A 圓形 10 4.91 10

　　B 圓形 15 4.91 6.75

　　C 圓形 20 4.91 5

　　加固效果對比

　　在滿夯后將近一周對其進(jìn)行檢測，檢測方法如下：在各機(jī)組施工的區(qū)段進(jìn)行等距布置取土，夯間土各5 個(gè)，夯點(diǎn)上各4個(gè);取土的最大深度為6 米，每米1 個(gè)原狀土。每臺機(jī)組均夯擊94 點(diǎn)，點(diǎn)夯之后還要將其滿夯，檢測到的各組夯擊量數(shù)據(jù)見表4。

　　表4 不同錘重、落距的夯擊量比較

　　擊數(shù) 10t 錘重 15t 錘重 20t 錘重

　　均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差

　　1 0.1874 0.3050 0.1632 0.0491 0.2145 0.0650

　　2 0.1039 0.0392 0.1231 0.0396 0.1334 0.0441

　　3 0.0780 0.0270 0.0985 0.0343 0.0985 0.0331

　　4 0.0638 0.0263 0.0731 0.0239 0.0790 0.0271

　　5 0.0590 0.0226 0.0556 0.0171 0.0692 0.0241

　　6 0.0467 0.0162 0.0441 0.0156 0.0578 0.0119

　　7 0.0413 0.0415 0.0412 0.0173 0.0466 0.0144

　　8 0.0364 0.0120 0.0379 0.0158 0.0415 0.0128

　　9 0.0320 0.0110 0.0368 0.0147 - -

　　10 0.0303 0.0121 0.0316 0.0099 - -

　　11 0.0291 0.0119 - - - -

　　12 0.0249 0.0105 - - - -

　　總夯沉量 0.0733 0.3049 0.7055 0.0552 0.7482 0.1112

　　由表4 中的數(shù)據(jù)對比分析可知，在重錘低落距和輕錘高落距分別處理地基土?xí)r，物理力學(xué)指標(biāo)提高比較明顯的是重錘低落距。由于在重錘接觸到土體的過程中，錘體本身的質(zhì)量大而瞬時(shí)速度較小，根據(jù)慣性理論的知識，物體的質(zhì)量越大速度減小相對越小，就導(dǎo)致土體的受振時(shí)間持續(xù)得越久，就有足夠時(shí)間消散土體內(nèi)的孔隙水壓力，容易改變其顆粒骨架。同理，如果加大每擊夯沉量，也就會相應(yīng)地提高壓密程度。此外，由于土體表面較淺范圍易形成硬殼，在強(qiáng)夯過程中，該層所消耗的能量較多，而重錘低落可以減少該層的產(chǎn)生，起到更好的加固效果。

　　表5 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)深度為10t 時(shí)物理性質(zhì)指標(biāo)的平均值

　　取土深度(m) 錘重 干密度 (g/cm3) 孔隙比 壓縮系數(shù) 濕陷系數(shù)

　　1.0~1.1 1.556 0.75 0.111 0.003

　　2.0~2.1 1.650 0.65 0.124 0.004

　　3.0~3.1 1.576 0.71 0.132 0.004

　　4.0~4.1 10t 1.570 0.74 0.115 0.004

　　5.0~5.1 1.540 0.77 0.115 0.006

　　6.0~6.1 1.640 0.68 0.141 0.002

　　平均值 1.584 0.72 0.123 0.004

　　表6 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)深度為15t 時(shí)物理性質(zhì)指標(biāo)的平均值

　　取土深度(m) 錘重 干密度(g/cm3) 孔隙比 壓縮系數(shù) 濕陷系數(shù)

　　1.0~1.1 1.645 0.65 0.125 0.003

　　2.0~2.1 1.660 0.63 0.113 0.004

　　3.0~3.1 1.620 0.67 0.142 0.004

　　4.0~4.1 15t 1.580 0.69 0.134 0.004

　　5.0~5.1 1.574 0.71 0.130 0.003

　　6.0~6.1 1.720 0.60 0.143 0.002

　　平均值 1.633 0.66 0.131 0.003