强夯法加固地基的优化设计

许亚杰

(齐齐哈尔市水资源中心，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

1 问题的提出

由于强夯法处理地基基础具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，因此越来越广泛地被应用于工民建、公路、铁路路基、机场跑道、码头等地基处理工程，但目前就强夯法处理地基基础理论研究尚不成熟，实际工作中多凭经验或参照已建工程拟定某一工程地基的强夯方案，因而造成加固方案不尽经济合理。文章通过下落锤体对地基土体的冲击理论分析，并引入已有资料验证，提出了在基础加固条件允许且具有相同的单击能量(或提升机械能)和加固影响深度的情况下，重锤由于对地基土具有更大的冲击力，加固效果优于轻锤的这一分析结论，对更经济合理地应用强夯法加固基础工程具有一定的实际意义。

2 理论分析

目前，强夯法加固基础工程用以选择锤重和落距的基本依据为国内、外学者所提出的加固影响深度公式为：

(1)

式中：H为加固影响深度，m;w为锤重，kN；h为落距，m；α与加固地基土类别有关的系数。

在式(1)中，当基础的加固影响深度选定后，我们即可由拟定的锤重确定相应的提升高度或由拟定的提升高度确定锤重。由于式(1)仅反映了夯击能量对基础的加固影响，而忽略了下落锤体对接触土体所产生的瞬间冲力效果评价，即动量的影响因素。因此，我们有必要在夯实机具设备允许且提升能量(单击能)不变的情况下，对重锤低落距和轻锤高落距对基础加固效果进行比较[1]。为便于分析，现拟定两种锤重，即重锤W1和轻锤W2，相应的提升高度分别为h1和h2，并设：

W1=2W2

(2)

h1=h2/2

(3)

则重锤的加固影响深度为：

(4)

单击能(或提升机械能)为 ：

(5)

轻锤的加固影响深度为：

(6)

单击能(或提升机械能)为：

(7)

式中：E1i，E2j分别为重锤第i次单击能(或第i次提升机械能)及轻锤第j次单击能(或第j次提升机械能)，kN.m；Δ1i，Δ2j分别为重锤第i次、轻锤第j次的单击夯沉量，m。

现讨论两锤对地基土体的冲击力。如忽略空气和其它对锤体的阻力，根据自由落体运动，两锤体落地时的瞬时速度分别为(忽略夯沉量)：

(8)

(9)

两锤对地基土体的冲量分别为：

(10)

(11)

则重、轻两锤的冲量之比为：

(12)

可见，在单击能量或提升机械能相同的情况下，重锤低落距较轻锤高落距的冲量大2倍。由于重锤的较大冲力，在锤体进入土体后，相对减速慢，土体在动态状况下，所受到的振动持续时间长，相应的每击夯沉量增大，土体压密加固效果好于轻锤高落距，因而可有效减少单点的总夯击次数，大大提高强夯机具的工作效率，实现缩短工期、降低工程成本的目的。

3 试验对比

为说明文章理论分析结果的实际意义，现就文献1的对比试验成果进行阐述。

在一块110m×22m岩性基本一致的场地，由3台不同锤重吊车(10t、15t、20t)完成的现场试验。1号机组锤重10t，落距10m，每点夯12击；2号机组锤重15t，落距6.7m，每点夯10击；3号机组锤重20t，落距5m，每点夯8击。为便于比较和节省篇幅，文章仅列出第1号和第3号机组施工中的每击夯沉量测量数据，成果见表1和表2。

表1 10t锤重夯击试验成果

表2 20t锤重夯击试验成果

由表1、表2可知，3号机组(重锤)的单点夯击总能量为800t.m，总夯沉量为0.7482m。1号机组(轻锤)的单点夯击总能量为1200t.m，总夯沉量为0.7332m。在总夯沉量基本相同的情况下，重锤的总夯击能量仅占轻锤总夯击能量的67%，提高功效1.5倍。

根据文献1对3台机组强夯地基土深6m以内每延米取一个原状土样的分析结果可见，1号、2号和3号机组加固土体的干容重分别为1.584g/cm3、1.633g/cm3和1.657g/cm3，压缩模量ES1-2分别为12.3MPa、13.1MPa和13.4MPa，重锤低落距处理地基土体的物理力学指标均有明显提高。

4 结 语

由于强夯法是目前基础处理中的一种行之有效的经济方法，如何合理地确定施工中的有关参数就显得十分重要，文章通过理论分析并结合已有试验实测成果，提出了在提升机具允许的情况下，采用重锤强夯基础具有更好的经济效益。

由于采用重锤强夯因而要求与其相配套的提升动力也较大，所以我们在确定锤重参数时，除了应尽量选取较重的锤体外，还要考虑现有提升机具所具备的提升动力，以使强夯方案制定得更加经济合理。