强夯法在加固软土地基中的运用研究

张志红　熊华辉

摘 要：随着越来越广泛的应用，有关强夯加固机理获得了国内外有关专家学者的高度重视和研究，本文探讨了强夯法的加固机理与设计步骤，并简要分析了在处理软土地基的几种强夯技术。

关键词：强夯法 软土地基 加固

强夯技术起源于古老的夯实方法，是在重锤夯实法的基础上发展起来的，但又是在原理、加固效果、适用范围和施工工艺与重锤夯实法迥然不同的一项近代地基处理新技术。在国际上称动力固结法或动力压实法，这种方法是反复将很重的锤提到一定高度使其自由落下给地基以冲击和振动能量进行强力夯实，从而提高地基的强度并降低其压缩性，改善地基性能。

1.强夯法加固机理

强夯加固地基是借助于夯锤对地基土施加的冲击荷载，使一定范围内的地

基土体发生动力反应，由于地基土明显的非弹性性质，经动力反应后一定范围

内地基土的工程性质发生一定程度的改变，即地基土得以加固。目前普遍认同的观点有动力固结理论和波动法理论，动力固结理论认为强夯法加固地基有三种明显不同的阶段。第一，加密作用，指空气或气体的排出;第二，固结作用，反映了水或流体的排出;第三，预加变形作用，指各种颗粒成份在结构上的重新排列，还包括颗粒组构或形态的变化。波场理论假设地基为弹性半空间连续介质，在表面荷载巨大冲击力的作用下，质点在连续介质内振动，其振动能量又引起周围介质的振动。振动在介质内的传播过程形成波。震源(夯锤)处释放的巨大能量，以波的形式从震源向四周传播。

2.强夯设计步骤

到目前为止对于强夯设计没有公认和成熟的设计计算方法。常规的做法大多是根据土质情况按经验进行设计，再根据试夯结果加以调整，具体分以下几步:

(l)首先查明场地地质情况(用钻探或原位测试方法)和周围环境影响，以及工程规模特征及重要性:

(2)根据己查明的资料、加固用途及承载力与变形要求，初步计算夯击能量，确定加固深度，然后选择必要的锤重、落距、夯间距、夯击数等;

(3)根据己确定的施工参数，制订施工计划和进行强夯布点设计及施工要求的说明。

(4)施工前进行试夯，并进行加固效果的检验测试(旁压仪、静力触探、标贯、十字板剪切试验和波速等原位测试以及钻探取样试验等)，通过对加固效果测试资料的分析，确定是否需要修改原强夯设计方案。

3.强夯法加固软土地基的技术

目前我国沿海地区是建设项目热点地区，如石化项目多数设置在沿海地区，而沿海地区多数为软土地基，一般处理软土地基的方法有直接采用桩基、挤密碎石桩、深层搅拌桩、粉喷桩及真空预压、堆载预压、塑料插板等，主要有以下几种:

3.1挤密碎石桩法加强夯

挤密桩法就是在土基中成孔后,在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料,捣实而成直径较大的桩体,利用横向挤密作用,使地基土颗粒挤密,孔隙减小,从而提高地基承载力,减小地基土的变形。若孔中灌砂,形成砂桩,可有效防止砂土基底的振动液化,适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通黏性土;如果孔中填石灰,利用生石灰的吸水、膨胀、发热及离子交换作用,可以改善原地基土的性质,促使桩体硬化,减小因周围土的蠕变所引起的侧向位移,适用于处理挤密软土地层。

3.2 砂桩法加强夯

砂桩法适用于松砂、杂填土多的地段。江北大部分土质为砂性土,所以此种方法非常适用,孔中灌砂,即形成砂桩,砂桩的作用是将地基土挤紧,并与地基组成复合地基,并径较大,间距较小。可有效地防止砂土基底的振动液化。

砂桩在饱和软土中只起竖向排水作用，因此其总体加密效果比挤密碎石桩加强夯效果要低些，一般可作为大面积厂区地基预处理方案。经过处理后可作为一般建筑、厂房、道路简单设备地基，对于高重设备则需通过验算，必要时还应辅以设备桩基。既便是采用部分桩基也比在饱和软土中直接采用桩基要经济得多，因为此时地基性状经处理后明显改善，桩侧阻力大大提高。消除了湿陷性、液化对桩基承载力的影响，再考虑桩—土共同作用，总体效果更好。

3.3 粉喷桩加强夯

粉喷桩处理是以水泥作为固化剂,利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩,并吸收周围水分,经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体,它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有明显的效果。

粉喷桩施工步骤为:一是深层搅拌机械就位;二是预搅下沉(至设计标高);三是搅拌提升,同时喷干水泥粉至地面以下0.5 m处(设计桩顶);四是在桩上部的5 m范围内重复搅拌一次(1/3～1/2),桩长、桩上部强度要求较高;五是重复搅拌提升,直到离地面0.5 m处,上部回填5%的灰土(或水泥土)并压实;六是关闭搅拌机械移位至下一桩位。

3.4 真空堆载预压加强夯

采用真空或堆载预压处理软基的较多。该工艺相对直接采用桩基等方案造价低，但是周期很长，一般需要近一年甚至更长，且加固效果仅能达到80一IO0kPa。根据预压s一t曲线分析发现，一般情况下堆载预压沉降量在最初的3个月发生最多，约占30%一50%，如果工期要求特别紧迫，此前可在软基中设置袋装砂井，在地表铺设一定厚度的碎石土，既有利于形成横向排水通道，又便于施工机具行走，然后就可以采用小能量强夯加固硬壳层，消除软基的其余部分沉降。经这一综合工艺处理后，地基承载力可达到80一130kPa，一般可作为大面积厂区的一般建筑、厂房、道路、简单设备地基。其特点是比真空或堆载预压工期大大缩短，加固效果更高，费用增加不多，同时可通过真空预压的插板间距和堆载预压的袋装砂井间距调整来综合考虑成本。

4.小结

随着社会经济发展和科技进步，对难度大的地基问题，用己有加固方法中的任何一种去解决是不可能的，较好的办法是综合处理，亦即联合应用几种加固方法去处理。例如，对饱和度较高的淤泥和淤泥质土采用强夯法加袋装砂井或塑料排水带进行综合处理:或用强夯置换法处理。各种综合处理方法的应用，将进一步扩大强夯法的适用土类。◆

参考文献：

[1]金宗川，汪稳等.碎石土地基强夯效果差异性分析.地基处理，1997，VOI.8(3):15一20.