強夯法處理地基在道路路基設計中的應用研究

陳俊龍

摘要：強夯法已被證明是實踐中較好的基礎加固方法之一。然而，由于其自身的復雜性和缺乏系統的現場試驗和必要的室內精密實驗，動態夯實理論仍然不是特別完善，還是缺乏一套成熟的理論和計算方法，強夯的設計仍處于經驗設計階段。基于多年來的工程實踐，本文討論和總結了強夯法處理地基的參數確定和加固原理。

關鍵詞：強夯法;處理地基在道路路基設計;應用研究

強夯法可以實現從9-21m（最高45m）的高度自由落下9-45t的重量，將沖擊能量施加在地基上，在地基中形成沖擊波和動態應力加強地基，提高粗粒土的強度，降低軟土的壓縮性，提高砂的抗液化性，消除濕陷性黃土的濕陷性。強夯法已被證明是實踐中較好的基礎加固方法之一，但由于其自身的復雜性、缺乏系統的現場試驗和必要的室內精密試驗，動態夯實理論仍然不完善。成熟的理論和計算方法仍處于實證設計階段。因此，需對強夯法的加固機理和設計方法進行討論和總結。

一、強夯參數確定

（一）有效加固深度

有效加固強度是指經強夯加固后，強度增加，壓縮模量增加，增強效果可以在土層范圍顯現。由于深度的復雜性，沒有針對各種條件下去精確計算有效加固深度的計算方法。目前，國內工程界仍然使用梅納公式來計算強夯法加固的深度。事實上，不同土層的厚度以及地下水位都對有效加固深度有影響。因此，強夯的有效加固深度應結合現場試驗或當地經驗確定。

（二）夯擊能

單位夯擊能量是指每單位面積施加的總夯擊能量。單位夯擊能過大，不僅不利于提高加固效果，還會降低飽和粘：土的強度。所以應該結合土層類型，有效加固深度，通過結構類型和荷載大小來確定單位夯擊能量，并通過現場試驗確定。地基士中出現孔隙水壓力達到上覆土壓力時所得到的夯擊能即為最佳夯擊能，達到最佳夯擊能的夯擊次數即為夯點每遍的夯擊次數。最佳夯擊能與土的類型有關，對于粘性土可采用限制地面最大隆起高度或有效夯擊系數來控制最佳夯擊能，對于砂性土可采用控制夯坑夯沉深度來確定最佳夯擊能。

（三）夯擊遍數

大量的工程實踐表明，應盡可能減少夯擊遍數。對于滲透系數大且含水量低的土.層，使用1-3次，反之亦然，需要3-4次沖程才能達到增強效果。在一天結束時，它充滿了低能量，其目的是壓實松散的表層土。在路基處理設計中，通常使用三遍，即主夯、副夯和全夯。在有特殊要求情況下，可以適當的增加夯擊數量。

（四）間歇時間

間歇時間是指兩個相鄰兩遍之間的時間間隔，應根據孔隙水壓力的消散來確定。通過強夯試驗，發現孔隙水壓力的峰值出現在強夯完成后的那一刻。當每次通過的總夯擊能量較大時，孔隙水壓力會消耗較長時間。對于軟粘土，通常需要1-4周。對于砂性土，一般只需3-4分鐘。因此，對于粘性士來說，相鄰兩次夯擊間歇時間在滲透小的粘性土中一般不少于4周，而在滲透大的砂性土中則可連續施工。

（五）夯點布置和夯點間距

為了使土層更均勻，夯擊點宜布置成等邊三角形或正方形。夯點的間距應基于土體性質和加固深度來考慮。對于滲透性差的土體，為了利于超孔隙水壓力的消散，夯點的間距不應太小但也不能過大。間距過小，相鄰夯點的增強效應將疊加在淺層區域形成硬層，影響深層轉移的沖擊能量。間距過大會使地基土加固不均勻。第一遍夯擊點間距通常為夯錘直徑的2.5～3.5倍或采取加固深度，而第二遍的夯點通常設置在上一遍的中間點上。

（六）夯擊范圍

根據基本應力擴散原理，強夯處理范圍應大于基礎范圍，具體放大范圍可根據結構的類型和重要性綜合確定。通常，超出基礎外邊緣的每一側的寬度應為設計處理深度的2/1-1/3，且不應小于3米。對于具有潛在液化的地層，超出基礎的每一側的寬度不應小于設計的處理深度。

二、強夯加固機理分析

（一）動力固結理論

飽和土中的封閉氣泡占士體總體積1%～3%，氣泡的壓縮將會使土體體積得到壓縮，在重復沖擊力的作用下，伴隨著土體中超孔隙水壓力的不斷增大，土體中應力也隨之增大，由此產生的放射狀裂隙使土體滲透性得到了改善。當采用強夯法壓實非飽和土時，壓實過程類似于室內壓實法;當用于壓實飽和非粘性土時，它伴隨著液化，這類似于爆破和振動壓力。密集的過程對于飽和細粒土，必須經歷土體結構的破壞和超孔隙水壓力的產生，從而形成良好的排水通道，促使孔隙水壓力的消散。

（二）振動波加固理論

強夯意味著沖擊力在幾十到幾百毫秒內突然施加到地基上。這種巨大的影響可以傳遞到土壤并轉換成不同的波形。壓縮波最快，它可以瞬間收集孔隙水，降低基礎的剪切強度，并使土壤受壓或拉動。剪切波第二快，這將導致土壤的結構損壞。最后，瑞利波（面波）是一個表面波，它會使周圍土強度提升。通過這三種波的作用，土體顆粒將達到重新穩定的狀態。

（三）飽和土加固機理

傳統的加固理論是假設水和土粒均不可壓縮，將固結過程視作孔隙體積的縮小及孔隙水的消散。然而一些科學家認為由于飽和二相土的液體中有1%-3%的封閉氣泡存在，所以說飽和二相士并不是實際意義上的二相土。在夯擊過程中土體會發生液化及觸變，孔壓消散，土體發生觸變恢復，強度增大。若對土體一遍壓密不夠，則其由土體破壞所喪失的強度大，由觸變恢復所增加的強度小，進而導致夯后承荷能力降低;然而，如果它經受二次夯擊，觸變恢復增加的強度更大，因此逐漸增加夯擊的數量可以達到預期的增強效果。

（四）非飽和土加固機理

非飽和土夯實基于動力壓密原理，在沖擊荷載作用下，土體孔隙體積縮小，使空氣和水排出，土壤顆粒重新排列，土壤致密度和承載力相應增加。現從微觀角度進行簡要闡述：強夯產生的沖擊能打破了土體顆粒間的連結狀態，使土體中各類孔隙的空間排布與含量都發生改變，因而也就破壞了原來的土體結構，使顆粒按照更加密實的旋渦狀結構重新排列，這在一定程度上提高了土體的剪切強度和抗變形能力，進而達到地基加固的效果。

三、結語

強夯法已應用廣泛，而且現在的研究也在進行。一定要繼續探索和總結，而且廣大工程技術人員要發揚艱苦奮斗的精神，這樣才有利于總結出一套切合實際的計算理論。

參考文獻：

[1]王立朝，胡瑞林，李耀剛，周振鴻，郭書泰.影響強夯加固深度的因素分析[J].施工技術，2004，33（01）：48-49+56.

[2]謝能剛，包家漢.強夯加固機理的動力學分析[M].合肥：合肥工業大學出社，2009.