强夯法在房建工程特殊地基处理中的应用

韩 俊 （甘肃省城乡规划设计研究院有限公司,甘肃 兰州 730101）

某房建工程建筑面积为18600m2，根据地勘报告分析，该段主要为第四系全新统冲洪积物黄土状土，夹杂粉质黏土，下伏基岩为新近系临夏组第四段泥岩。经过现场踏勘，技术人员制定了两种处理方案进行对比，方案一是采用换填垫层法，换填深度3m，换填材料为灰土；方案二是采用强夯法，处理深度为5m，预算人员通过投入机械、人员、材料运输、回填材料、施工方法等方面对两种方案进行了对比分析，后者比前者节约成本35万元，工期缩短25d，综上所述，该房建工程的特殊地基处理按照强夯法执行[1]。

1 强夯法的发展历程

强夯法是基于古代的夯实地基法演变而来的一种地基处理方法，20世纪60年代末期，法国正式提出了强夯法的概念，并成功应用到房建工程中；到70年代初，已有12 个国家的150 余个项目得到应用。我国在1978年首次引进了强夯工艺，交通部组织在天津进行相关试验研究，并获取了强夯施工的基础数据，后在河北再次进行强夯试验，对之前取得的试验数据进行了验证，经过专家分析及两次试验数据的对比，均符合地基加固相关技术标准，并撰写了适用于我国强夯法处理特殊地基的作业指导书。研发之初，强夯法仅处理一些普通的特殊地基，单击夯击能不大，处理深度较小，随着科技的发展和技术人员的不断总结，强夯法施工工艺也不断成熟，适用范围越来越广，处理深度也随之增大。就此，强夯法在国内的房建工程中迅速推广应用[2]。

2 强夯法施工的优缺点

强夯法是利用大型的吊装设备将夯锤提升到一定高度，通过自动脱钩装置，使得夯锤与吊装设备分离，夯锤在重力的作用下自由落体，接触到地面产生强大的冲击波和夯击能，破坏土体的原有结构，对其进行冲切，内部结构重新排列组合，提高被处理地基的承载力，其优缺点如下：

（1）机具简单，处理成本低。强夯法施工主要的机械组成为履带式起重吊装设备、自动脱钩装置和夯锤，处理过程中无需对特殊地基进行深挖回填处理，清理表土后直接进行夯击作业，施工工艺相对简单，相比较换填垫层法成本降低60%[3]。

（2）适用范围广，处理效果显著。强夯法主要适用于大厚度的特殊地基处理，如湿陷性黄土、杂填土、碎石土等。强夯法的处理深度一般在6m～8m，产生的单击夯击能在1000kN·m～8500kN·m，产生的夯击是冲击碾压的3～4倍，处理效果显著。

（3）施工效率高，总体工期可控。强夯法是几种特殊地基处理中施工效率最高的，功效可达到25000m2/月～30000m2/月。

（4）对周边建筑物的干扰较大。强夯法单击夯击能产生的冲击波影响范围可达到80m，是冲击碾压的2倍以上，强夯处理特殊地基时，如周边存在建筑物，需设置减震沟，降低对结构物的破坏程度。

3 强夯法处理特殊地基工艺

3.1 施工准备

（1）检查机械的性能，重点检查起重设备的运行状态、钢丝绳的完好程度、自动脱钩装置的可靠性以及机械设备是否存在漏油、漏水、漏气、漏电情况，确保机械设备的性能处于优良状态。

（2）机械选型：起重吊装设备选用SQH401强夯机，臂架长度25m，输出功率251kW，整机重量64t，可配置20t以下的夯锤。可选用铸铁一次浇筑成型夯锤，也可选用模具内灌注混凝土夯锤，夯锤直径的选择与地基土的类型相关，砂土和碎石土选用2m～4m，黏土选用3m～4m，本工程地基处理中夹杂黏土，选择直径2m 的夯锤，锤重15t。

（3）施工参数确定。夯击加固深度为：

式中H-加固深度，m；m-夯锤重量，t；h-落距，m；a-修正系数，根据试夯结果取0.4。

根据上式将已知量带入，夯锤提升至距离地面15m的位置时，夯锤下落产生的单击夯击能为2250kN·m，处理深度超过5m，满足施工要求。主、副夯单击夯击能达到2000kN·m 以上，每夯完一遍后，对夯坑进行统一补平，重新放样。满夯时，单击夯击能达到每一遍完成全部夯点的夯击后，平整场地进行下一遍夯击。

（4）施工前，先在同条件的试验场地进行试验段施工（场地面积不得小于500m2），主要验证技术参数的可行性、机械性能优劣性、夯击次数和夯沉量关系曲线等，并在安全距离开挖减震沟，检测夯击能传播的距离。

3.2 施工工艺

（1）施工工艺流程

场地平整→主夯点放样→主夯作业→夯坑补平→副夯放样→副夯作业→夯坑补平→满夯放样→满夯作业→夯坑补平→整平→验收、质量评定。

（2）场地平整、测量放样

先将需要处理的特殊地基范围内的腐殖土进行清理，对局部坑洼和坡度较大的部位补平，方便机械来回移动。强夯点位采用GPS 放样，放出中心点位后用白灰进行标记，主夯、副夯、满夯均按上述操作执行。主夯点位呈等边三角形布设，相邻夯点之间的中心距离按照夯锤直径的2倍考虑，距离为5m；副夯点位在主夯点位之间穿插布设；满夯点位应在已施作的主夯和副夯点位各搭接1/2布设，如图1和图2所示。

图1 主、副夯点布设

图2 满夯点布设

（3）强夯作业

强夯作业时遵循“从一端向另一端，从前向后，先轻后重，先稳后振，先低后高，先慢后快及轮迹重叠”的原则，避免因夯坑回填不及时影响强夯机的移动。强夯作业分三个阶段实施，第一阶段为主夯，将2.5m的圆柱形夯锤，提升至15m 的高度，通过自动脱钩装置，夯锤呈自由落体状态冲击地面，夯击能控制在2000kN·m以上；第二阶段为副夯，按照布设好的点位，重复主夯的上述操作；第三阶段为满夯，将夯锤提升至7m 的高度，自由落体冲击地面，夯击能控制在1000kN·m以上。每一阶段的夯击全部结束后，采用与原状土相同的填料回填夯坑，回填采用装载机端料、摊铺平整，放样布设夯点，重复上述操作完成副夯和满夯[4]。

（4）质量评定

强夯法的质量检验是通过取芯法检测的，所有工序结束后，用钻孔设备或者洛阳铲对处理范围深度的土体进行取芯，每0.5m测定土体的压实度和压缩系数，频率按照2000m2/处控制，检测数据满足设计要求，方可认为强夯处理特殊地基合格。

4 强夯法处理特殊地基技术控制措施

（1）施工前要检测场地内的含水率，含水率在8%～24%之间可直接进行施工。若含水率过大，需要将处理的地基开挖翻晒；含水率过小，需要按一定间隔对处理深度范围内的地基打孔，孔内注入水，通过渗透改变含水率，确保含水率控制在最佳状态下，处理完成的地基才能更稳定。

（2）找出夯锤的圆心，按90°布设4 个排气孔，排气孔的直径为250mm，夯锤接触地面时，压缩的空气沿着四周及排气孔溢出，如空气未能有效排出会导致夯锤吸附在夯坑内无法拔出，耽误工期。如夯击过程中夯坑过深难以提锤时，说明该段地基较软弱，应对该点进行处理，将夯坑填筑至原地面后继续夯实，直到夯击后夯坑深度满足要求后进行下一点的夯击。

（3）每一次夯击时，对夯击遍数、夯击能量、夯坑四周的隆起程度进行观测并设专人记录，为强夯优化提供参数。强夯前对周边已有建筑设置沉降观测，读取初始数据，夯击过程中按照2d/次的频率进行观测，如沉降观测数据异常，应加大观测频率，并报技术负责人拿出解决措施。

（4）夯击作业时，应将夯锤提升至设计高度，确保单击夯击能量，夯击遍数应根据试验段总结的数据执行，根据试验段数据得知，本项目夯击遍数采用主夯2遍、副夯1遍、满夯1遍。针对地质条件差的土体，根据其夯坑深度适当增加夯击遍数。单点夯击完成的条件为连续两次夯击后，夯锤进入地基的深度小于50mm，且夯锤四周的地面不发生较大的隆起，视为该点夯击结束。强夯施工完成后，整个作业面不得有弹簧、松散现象出现，如发现立即进行返工处理。每一遍夯击完成后均应设置一定的时间间隔，主要是为了消除土体内的超静孔隙水压力，此时完成夯坑补平。

5 强夯法处理特殊地基安全控制措施

（1）起重吊装设备宜选用稳定性较好的履带式吊装机械，可在吊臂两侧安装可移动门架，提高安全性。起重吊装设备起吊夯锤时应缓慢、匀速起吊，上升过程中不得左右摇摆，将夯锤吊装至一定高度后所有人员撤离至安全距离，夯锤下落过程中严禁人员靠近。

（2）周边有建筑物或居民区或高压线塔时，应由技术负责人进行分析，判断对周边已有建筑的影响，作业时尽量避开居民的休息时间。强夯作业时夯锤瞬间与地面接触，产生巨大的冲击力，如地面存在石块，会造成石块飞溅伤人，在夯击限界四周设置安全围挡，限制噪音的传递和飞石伤人。

（3）强夯作业前应对操作人员和指挥人员进行安全教育培训，统一指挥指令，夯锤吊起后指挥人员观察四周人员是否在安全范围以外，确保四周无人后指挥人员通过通信设备向操作人员发出指令，操作人员接到指令后进行操作。

（4）如遇到工期紧张时，需要两台强夯机同时作业时，间距控制在5m以上，应调整落锤时间，第一台落锤后间隔10s～30s 后第二台再开始，严禁同时落地，产生巨大的冲击波对周边建筑物造成破坏。

（5）遇到极端天气，如大雪、大风、沙尘天气等能见度较低时，立即停止作业，落锤放置在原地面，机械停放后四周设置反光锥桶及警示灯。

6 强夯法的发展方向及应用前景

（1）我国由于国土面积辽阔，地质条件复杂多变，对不同地质条件下的单击夯击能、加固深度没有统一的要求，需要通过试夯来确定，且试夯面积不得小于500m2，费工费力。如何通过简单的方法，快速、准确地分析出强夯的施工参数，具有较高的研究意义。

（2）强夯作业完成后质量检验需要等待7d～30d，检测工艺相对复杂，需要在设计深度进行取样，分段检测样品的相关数据，质量检测等待周期长，检测工艺相对烦琐，如何快速对强夯作业完成质量评定，值得深度研究。

（3）强夯作业时夯击经常会存在土石飞溅，稍有不慎作业人员会被危石击中，且夯锤冲击地面带来的冲击波对周边的建筑物影响巨大，严重威胁着人身安全和财产损失，能否通过优化夯锤，将四周设置切割装置，夯锤遇到石块时瞬间切断，不为破碎石子提供动力或少提供动力，减少对人员的伤害。夯锤能否通过改造将底面适当设计成锥形，接触地面后应力集中向下传递，减少夯击能向四周传递，降低对周边已有建筑物的扰动。

（4）强夯法自应用以来，其具有造价低、功效快的特点，备受工程建设者的关注，从最初加固碎石土和回填土，到现在的软土、湿陷性黄土等特殊地基的加固，经历了诸多的深入研究和改良过程，均获得了较好的加固效果和直接的经济效益，得到了建筑领域的一致认可。