1、浅谈强夯法在湿陷性黄土地区地基处理中的应用 摘要：介绍了强夯法的加固机理，并依托工程实践介绍了强夯法对湿陷性地基处理，从有效加固深度、单击夯击能等多个方面详尽介绍了强夯法设计中的要点，并绘制施工工艺流程图，对质量检验也进行了简要阐述。 关键词：强夯法，湿陷性，有效加固深度，单击夯击能 强夯法由法国 Menard 技术公司于 1969 年首创，该法又称为动力固结法，即利用起重设备将重锤提升到一定高度，然后使锤自由落下，给地基以冲击力和振动力，以克服土颗粒间的各种阻力，使地基土达到密实，从而提高地基土的强度并降低其压缩性本文介绍了强夯法的加固原理，并结合工程实践中对湿陷性黄土地基处理，对强夯法在湿
2、陷性黄土地区的设计及应用中的问题进行了探讨。 1 强夯法加固机理 强夯法主要通过超固结动压将土体中有空气充填的孔隙迅速压密；动载产生的剪切波主要在土颗粒间传播，使土颗粒重新排列而趋 向更紧密并将土颗粒周围的部分弱结合水转化为自由水；在动载反复作用下土体储存的能量达到一定程度时，增加的孔隙压力及产生的裂纹排水系统则提供了土体中水流动排除的条件。在土地整体稳定性的条件得到保证的情况下，体积压缩及剪切排列作用均使土颗粒排列加密、孔隙体积减小，从而快速实现地基固结变形及强度提高。 2 强夯法的设计 2.1 强夯法在湿陷性黄土处理中的适用条件 强夯法使用范围较广，既可处理加固砂土、碎石土及粘性土，对杂填
3、土及湿陷性黄土等各类地基也有良好的效果。由于黄土地区的总面积占我 国国土面积的 6%以上，因此，强夯法对黄土湿陷性地基的处理尤为重要。 所谓湿陷性，是指黄土在自然状态下受到地表水的侵蚀，在外荷载或土自重的作用下，土体结构遭到破坏，产生湿陷，给地基自身及以上的构造物造成很大的破坏。 公路路基设计规范（ JTG D30-2004）中在湿陷性黄土处理一节中对强夯法的使用条件进行了描述。规范中规定：强夯法可用于 以上自重湿陷性黄土。在工程实践中，工程人员对强夯法的适用条件进行了进一步总结，该方法适用于地下水位以上，饱和度 Sr60% 的湿陷性黄土地基，可处理的深 度达 3 12m。并且土的天然含水率不
4、应小于 10%，否则土颗粒间摩擦力大，难以达到预期效果。 2.2 强夯法具体参数的确定 强夯法处理地基时，具体参数的确定主要考虑有效加固深度、单位夯击能、强夯落距、夯击次数、夯击遍数及夯点位置设置等几方面。 2.2.1 有效加固深度及单击夯击能的确定 有效加固深度，指强夯处理后，地基土体强度提高，压缩性降低，其加固效果均达到或超过进行加固所要求的最低值的土层深度范围。 工程人员在确定有效加固深度时，常采用 Menard公式，经过 多年的发展，许多学者根据现场试验和工程实践，提出了 Menard 公式的修正形式： 式中： 有效加固深度（ m） ; 夯锤重（）； 落距（ m）； 小于 1 的修正系
5、数。为修正参数，取值为 0.340.8，黄土一般取 0.5。 可见，强夯法的有效加固深度与落距及机具设备的规格都有直接关系。湿陷性黄土地区建筑规范中对推荐了强夯能级与有效深度的对应值，可在设计时结合工程经验采用。 2.2.2 强夯落距、夯击次数及夯击遍数 强夯的落距，可根据确定的单击 夯击能并结合采用的夯锤重量进行计算。单点夯击次数的确定应该以竖向压缩最大，侧向位移最小为原则。目前规范规定强夯的收锤标准，最后两击平均夯沉量控制：当单击夯击能时为50mm；当单击夯击能时为 100m；时为 200mm；时为 250mm；时为 300mm。 夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用 2 3
6、遍，最后再以低能量夯击一遍。对于渗透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。 2.2.3 夯点布置和夯点间距 夯击点位置可根据工程结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形。而夯 点间距的确定，应根据地基土的性质和处理深度而定。夯点间距可取夯锤直径的 2.53.5 倍。 2.2.4 间歇时间 各遍夯击之间留有一定的时间，主要是因为加固土层中超静孔隙水压力需要一定的消散时间。并且该时间根据土质的不同，会有很大区别。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不少于 34周；对于渗透性较好的土类，孔隙水压力的峰值出现在单点夯击完成后的瞬间，可进行连续夯击。 3 强夯法施工工艺 强夯法的施工要点，可用
7、以下施工工艺流程图说明。 图 1强夯法施工工艺图 4 强夯法质量检验 公路工程设计规范中未明确对湿陷性黄土进行强夯后的试验检测方法。参考建筑规范及地方规范中对强夯法施工效果的评价，强夯施工完毕后对施工效果进行的检验和评价，可采用：强夯有效加固深度、地基承载力和地基变形特性、场地均匀性等。 5 工程实践 某高速公路位于陕西北部，地质勘测报告表明，该段路线范围内，多处分布有湿陷性黄土，湿陷性等级从 级非自重湿陷性至 自重湿陷性，局部段落湿陷性严重，对工程的安全质量具有很大隐患。根据公路路基设计规范（ JTG D30-2004）中对湿陷性黄土处理措施的建议，结合相同地区施工经验，对于湿陷性等级高于
8、级，并且距周围管线及房屋有一定距离的段落采用强夯法进行处理。本节以 K2+600K4+600湿陷性段落为例，详述强夯法在地基处理中的应用。 根据规范的建议值，结合地质勘测资料并参考同类地区强夯处理经验，最终确定有效固结深度 5m，单击夯击能为 1500 KN?m。本工程夯锤采用 15t铸铁锤，锤底直径 D=2.2 米，经计算落距为 10m。该段落中夯点布置采用三角形布置，间距 5.0 米。 施工过程中对夯沉量进行了记录，通过 对夯锤顶部的高程进行观察，确定夯沉量变化情况，并确定夯沉次数。试验结果显示，单点击实至第 6次时，最后两击平均夯沉量小于 50mm，根据现场实际情况观测，夯坑周围地面无较
9、大隆起，也并未发生起锤困难，故该段强夯法单点夯击次数采用 6 次。 该地区于黄土含有一定量渗透性较差的粘土，采用点夯 2遍，最后以低能级 700KN?m 满夯一遍。满夯时每夯搭接 1/4。根据现场试夯结果，两遍夯击的时间间隔不小于 72 小时。 为了对强夯的加固效果进行评价，采用标准轻型动力触探试验，以每贯入 0.3m 所需的锤击数来确定地基承 载力。对实施强夯前的原地基，和满夯后的地基进行动力触探试验，结果如表 4所示。 表 1 动力触探试验结果 工况 地基承载力 (kpa) 平均值 (kpa) 强夯前 141， 159， 168， 136 151 强夯后 225， 243， 210， 24
10、0 230 分析上表可知，强夯后土体的承载力，与夯前的相比较，有大幅度的提高。说明强夯法的作用效果比较明显，适用于黄土地区地基的处理。 6 结语 强夯法的设计应参考相应规范，并结合工程实践中的经验成果，对强夯法 的具体参数进行设计，从而达到科学、合理、经济的目的。强夯法在施工过程中，应采用试夯的方法对设计中提出的参数进行验证，如果设计中强夯参数不能达到预期效果，应及时进行调整。强夯法施工便利，对湿陷性黄土的处理效果直观明显，在黄土地区是一种较为实用的地基处理方式。 参考文献： 1 张佳璐，强夯法在地基处理工程中的应用 J.铁道建筑， 2009,7. 中华人民共和国交通部，公路路基设计规范（ JTG D30-2004） S .北京：人民交通出版社， 2004. 中华人民共和国 建设部，湿陷性黄土地区建筑规范（ GB 50025-2004）S .北京：中国建筑工业出版社， 2004. 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
