強夯法在大面積地基處理中的應用研究

溫 瀟

(太原市建設工程質量監督站，山西 太原 030009)

0 引言

隨著我國的城鎮化發展迅速，使得建筑工程逐漸增多，人們的居住場所、辦公區域和休閑娛樂場所都離不開建設企業的施工、建設[1,2]。地基加固是建筑物能夠安全穩定的前提保障。在建筑施工中使用強夯法能夠將施工場地的地基固結，地基主要承載建筑物的重量，地基的質量影響著建筑物整體的質量和安全性，在大面積地基處理中使用強夯法能夠加固土層，提高地基的承載能力，具有很大的應用價值。

1 強夯法的概述

1.1 強夯法的定義

強夯法又稱能夠動力固結法，主要利用起吊設備將重錘提升到一定高度然后使其自由下落，利用重錘的重力和向下的沖擊力來夯實土層(如圖1所示)。強夯法是一種新的地基處理方法，這種方法能夠有效提高大面積地基的承載能力。強夯法常用于砂土性、非飽和粘性土、雜填土的地基處理中，不同的地質條件使用的夯實方法不同，在實際施工中一般是根據工程的實際要求和施工場地情況確定夯實的次數和夯實深度[1]。經過研究表明，在100 t·m～200 t·m的夯實能量下，能夠獲得3 m～6 m的有效夯實深度。

1.2 夯擊機理

強夯法是利用夯擊能對大面積地基產生沖力，并在土層中產生沖擊波。利用沖擊力的作用對上部土體進行沖切，破壞土體結構形成夯坑，完成對周圍土體的動力擠壓，從而產生加固的效果。強夯法加固地基的方法主要有三種：動力密實、動力置換、動力固結，在選擇加固地基的方法時主要依據是地基土的類別和強夯施工工藝。使用動力密實機理能夠對多孔隙、非飽和土和粗顆粒的土體進行加固，減少土層中的孔隙，將土體變得密實，能夠提高地基的強度。整式置換的方式利用強夯法將碎石整體融入淤泥中，進行擠壓，從而提高土體的密實度[2]。

1.3 強夯法的主要特點與適用范圍

強夯法具有節省施工材料、降低工程造價、提高能源利用等優點，故在建筑施工中不僅能增大施工企業的經濟效益，而且能減少施工人員的工作量和勞動強度，保證現場施工文明。強夯法操作簡單、使用土質范圍廣，加固效果明顯，能夠幫助地基承受較大載荷，能夠使地基強度提高2倍～5倍。在強夯條件相同的建筑地基時，細小粒土的夯擊能一般要大于粗大粒土，通常情況下細小粒土夯擊能范圍為1 500 kN·m/m～4 000 kN·m/m，而粗大粒土夯擊能范圍為1 000 kN·m/m～3 000 kN·m/m。強夯法的應用范圍是對砂土、碎石土、粉土、粘性土、雜填土和濕陷性黃土等地基進行處理，但是，強夯法不能用于工程周圍的建筑物和對設備振動有一定影響的地基加固，如果一定要使用強夯法需要在此過程中采取防振措施。

2 強夯參數

2.1 有效加固深度

有效加固深度是地基經過加固之后，提高了強度與壓縮模量增大的土層范圍。在對強夯法進行研究和實驗的過程中有很多學者提出了估算的方法，對強夯法在地基處理中的有效加固深度進行估算。但是，不同的地質條件和強夯方法產生的加固效果不同，所以估算出來的有效加固深度并不準確，仍需要加大技術研究，掌握有效加固的實際深度。

2.2 夯擊次數

在現場施工中，施工人員應該在保證加固效果的前提下減少夯擊次數，對于滲透性強、含水量低的土層可以使用1遍～3遍夯擊次數；含水量大、滲透系數小的土層使用3遍或者4遍夯擊系數。最后需要使用低能量滿夯一遍，將松動的土層夯實、加固[3]。

2.3 夯擊范圍

根據基礎應烽擴散原理，夯擊范圍應該大于基礎范圍，具體的夯擊范圍需要建筑物的類型和現場施工中的綜合因素進行確定，需要超出基礎外緣的寬度應該是設計處理深度的1/2～1/3，不能小于3 m。對液化勢態地層進行夯擊時，夯擊范圍超出基礎外的寬度不宜小于處理深度。

2.4 夯點布置和夯點間距

在大面積地基處理中，為了保證夯擊時的地基受力均勻，夯擊點可以按照正方形和等邊三角形布置夯點，根據地基土層的實際情況和要求處理的深度合理布置夯擊點的距離。夯點布置和夯點間距都是為了提升夯擊的效果，保證夯擊力能夠有效擴散到土層中，提高地基加固效果[4]。

3 工程實例

3.1 工程簡介

在某建筑企業的工程項目中，需要建設兩棟辦公樓、3家招待所和N棟技術樓，建筑物使用多層混凝土框架結構，巖石構成是-2.5 m以上使用粉土、粉質粘土、粉砂及圓礫層組成；-2.5 m以下主要是圓礫層。經過驗證，建筑物的地基承載力沒有達到相關設計要求，需要進行加固處理。該企業對建筑施工的工期、施工面積和投入成本進行考慮之后，決定使用強夯法對大面積地基進行處理。

3.2 地基處理措施

為保障地基穩定性，提高填土和施工效率，降低施工成本，該項目地基采用強夯法進行加固處理。地基夯擊遍數共設為4遍，其中第1,2遍夯擊能均為3 000 kN·m/m，第3遍夯擊能為2 000 kN·m/m，第4遍采用夯擊能為1 000 kN·m/m的低能量進行滿夯。夯擊點依據5×5的正方形來布置。

3.3 選擇合適的強夯回填料

選用粉土、殘積土、全風化砂性土等作為該項目地基的強夯回填料。回填料內的石塊應小于25 cm，且石料體積比需控制在總體的15%以內，待強夯夯沉完成后，普夯面至基層面之間的回填料應選用全風化的砂性土。地基回填過程中需控制好回填料的含水量，完成回填后需將填料進行碾壓密實處理[5]。

3.4 強夯設計及要求

按照現場施工的要求，在大面積地基處理中可以使用兩邊點夯，第1遍點夯是柱下點夯，各個夯點之間的間距應在6 m左右；第2遍點夯的間距在4.5 m左右。夯點間的布置是正方形，保證夯擊能是2 000 kN·m。兩邊夯擊完成之后對整個地基進行兩遍低能滿夯，夯擊能為1 000 kN·m。在地基夯擊結束之后，加速場地上的固結，提高土層的地基強度，減少地基的不均勻性。夯擊次數由試夯效果決定，根據挖方進行調整，觀測記錄每次夯擊的下沉量。當夯擊下沉量小于5 cm、夯坑太深起錘困難和夯坑周圍出現大的隆起時需要立即停止夯擊。其施工方法和要求如表1所示。

表1 強夯在大面積地基處理中的施工要求

3.5 強夯在地基處理中的步驟

首先應該清理出需要施工的場地，施工人員標出第1遍夯點的位置，測量場地的高程。起重機就位，首先將夯錘置于場地中夯點上空并吊至預定高度，然后開啟脫鉤裝置使夯錘自由下落(如圖2所示)。待夯錘下落完成后，放下吊鉤并測量錘頂高程，夯擊過程中如出現坑底傾斜現象，應先進行填充夯坑處理，然后重新進行夯擊。將每個夯點進行夯擊完成之后，需要進行第2遍點夯，平整場地，完成夯擊，最后低能滿夯，檢測，合格之后驗收。

3.6 竣工驗收

在地基全部夯實完成25 d后，根據地基地質條件選用原位檢測法與室內檢測法對項目地基進行竣工驗收，檢測位置不應少于3處，檢測點應布置在夯坑底部或夯坑外緣，在地質情況復雜的地基檢測中應適當增加測點，檢測深度不應小于地基處理的設計深度，嚴格檢查地基檢測數據和記錄，保證強夯地基的處理施工質量。

3.7 工程效果

通過工程實例表明，強夯法在地基處理中具有明顯加固效果。該項目地基強夯處理后，測得地基承載力約為160 Pa，滿足建筑工程的承載要求。在施工過程中使用強夯法能夠節省原加固材料，縮短施工工期，利用強夯機對地基進行加固能夠節省建筑材料的購置和運輸等環節的支出，除了消耗油料外沒有其他損失。施工快捷，在對粗顆粒非飽和土的強夯中，能夠縮短周期。強夯法在加固地基處理中具有差異性，所以至今暫無統一的加固理論[5]。

4 結語

本文通過工程實例對強夯法的操作方法、施工工藝進行分析，在工程實例中證明強夯法的優點，縮短樁基工期，提高施工效率和施工質量。強夯法在大面積地基處理中具有很好的應用效果，值得推廣使用。在地基處理中使用強夯法能夠提高建筑物的穩定性，促進建筑行業的健康、有序發展。