２８ 河 北 地 质 ２００８年第４期 浅谈强夯法地基处理设计及在工程中的应用 李文鹏 刁 梅 苏 琦 王福超孟祥召 （河北省地勘局石家庄综合地质大队石家庄０５００８１） 摘要本文介绍了强夯法的加固机理，系统的阐述了强夯法设计计算的步骤及相关参数的确定，并引用了 工程实例。指出了强夯的优点及在应用中应注意的几点问题。 关键词强夯 加固机理强夯参数 １ 引言 目前的地基处理方法有很多种，在实践中一般 从工程、地质条件、预期处理效果、材料来源和消耗、 施工机具和进度、对周围环境影响等各种因素进行 顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结，强度得 到提高。 虽然对强夯的适用范围学术界和工程界的认识 并不完全一致，但普遍都认为随土体的渗透性减少， 强夯效果将减弱。对饱和度较高的粘性土，一般而 言处理效果不显著，其中尤其是用以加固淤泥和淤 泥质土地基，处理效果更差。 Ｓｍｏｈｃｚｙｋ在第８届欧洲土力学及基础工程学术 会议上的深层加固总报告中指出，强夯法只适用于 塑性指数Ｉｐ≤１０的土。 我国“建筑地基处理技术规范”（ＪＧＪ７９—２００２） 认为，强夯法适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土 与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对 技术经济分析和对比，从中选择最佳的地基处理方 案。 强夯是法国Ｍｅｎａｒｄ技术公司于１９６９年首创的 一种地基加固方法，它通过一般１００～４００ｋＮ重锤， 落距１０～４０ｍ，对地基土施加很大的冲击能，一般能 量为５００～８０００ｋＮ・ｍ。在地基土中所出现的冲击波 和动应力，可提高地基土的强度，降低土的压缩性， 改善砂土的抗液化性能消除黄土湿陷性条件。同 时，还可以提高土的均匀性，减少将来可能出现的差 高饱和度的粉土与粘性土等地基若对变形控制不严 的在夯坑内回填块石、碎石或其它粗粒材料，并应通 过现场试验确定其适用性。 强夯法适用于城市广场、堆场、公路、机场、工业 与民用建筑、油罐等地基处理面积大的工程，经济技 术效果显著。 异沉降。 强夯法由于在工程实践中具有加固效果显著、 适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工工 期短、节约材料、施工费用低等优点，在建筑地基处 理中得到了广泛的应用。 ２加固机理及适用范围 对多孔隙、粗颗粒、非饱和土，冲击能使土体中 的孔隙减少，土体变得密实，从而提高地基土的强 ３强夯法设计 强夯法设计主要参数包括：有效加固深度、单击 夯击能、单位夯击能、最佳夯击能、夯击次数、夯击遍 数、时间间隔、夯击点布置和处理范围等。 ３．１有效加固深度 度。非饱和土的夯实过程中，土中的气相（空气）被 挤出，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引 起。 有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依 据，又是反映处理效果的重要参数。 强夯法创始人Ｍｅｎａｒｄ曾提出下式来估算影响 深度：Ｈ＝ａ・（Ｍ・ｈ） 对细颗粒饱和土，巨大的冲击能在土中产生很 大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发 生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水 收稿日期：２００８—０８—１７；修订日期：２００８—１０—１５；编辑：高亚蜂 作者简介：李文喁乌（１９７８一）， ．助理ｔ程师，主要从Ｉ 地基艇础』． 施 地质勘察［：作 ２００８年第４期 李文鹏等：浅谈强夯法地基处理设计及在工程中的应用 弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。 ３．６间歇时间 ２９ 式中：ａ一影响深度折减系数；Ｍ一夯锤重（ｔ）； Ｈ一有效加固深度（ｍ）．ｈ一夯锤的落距（ｍ）。 实际上影响有效加固深度的因素很多，除了锤 重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和 埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数等都 与有效加固深度有着密切的关系。因此，强夯的有 对需要分两遍或多遍夯击的工程，两遍夯击间 应有一定的时间间隔。各遍间的间歇时间取决于加 固土层中孑Ｌ隙水压力消散所需的时间。对砂性土， 孑Ｌ隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间 效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。 ３．２单击夯击能 单击夯击能为夯锤重Ｍ与落距ｈ的乘积，一般 说单击夯击能大，夯击数少，夯击遍数也相应减少， 加固的效果和技术经济效果好。一般认为单击夯击 能与有效加固深度有直接的关系，因此，选择单击夯 击能应满足地基处理深度的要求，对相同的单击夯 击能常选用大落距，这是因为增大落距可获得较大 的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深处， 增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形 的能量。 ３．３单位夯击能 整个加固场地的总夯击能量（即锤重×落距× 总夯击数）除以加固面积称为单位夯击能。单位夯 击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求 处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。在一 般情况下，对粗颗粒土取１０００ ３０００ｋＮ・ｍ／ｍ２，对细 粒土可取１５ｏ０～４Ｏ００ ｋＮ・ｍ／ｍ２。 ３．４最佳夯击能与夯击击数 从理论上讲，在这样的夯击能作用下，地基中出 现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能 称为最佳夯击能。一般认为，最佳夯击能与强夯处 理效率、效果有直接的关系。达到最佳夯击能时，处 理效率最高、效果最好。单击夯击能确定后，通过夯 击击数来实现最佳夯击能。 国内确定夯击击数的方法有所不同，但普遍以 “应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小”为原则。 夯击次数应通过现场试夯得到的夯击次数与夯沉量 关系曲线确定，且应同时满足下列条件：最后两击的 夯沉量不大于５０ｍｍ，当单击夯击能较大时不大于 １００ｍｍ；夯坑周围地面不发生过大隆起；不因夯坑过 深而发生起锤困难。 ３．５ 夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确 定。一般情况下可采用２—３遍，最后再以低能量搭 夯一遍，其目的是将松动的表层土夯实。对渗透性 只有２～４ｍｉｎ，故对渗透性较大的砂性土可连续夯 击。 对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击 能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应的叠加，其间歇时 间取决于孑Ｌ隙水压力的消散情况，一般为２—４周。 对粘性土地基可在现场埋设袋装砂井（或塑料排水 带），以便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。 有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续 夯击的目的。 ３．７夯击点布置及间距 强夯法夯击点布置是否合理与夯实效果和施工 费用有直接关系。夯击点位置可根据建筑结构类 型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。 夯击点间距的确定，一般根据地基土的性质和 要求处理的深度而定。夯距通常为５～１５ｍ，为了使 深层土得以加固第一遍夯击点的间距要大，这样才 能使夯击能量传递到深处。下一遍夯点往往布置在 上一遍夯点的中间。 ３．８加固范围 强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超 出基础外边缘的宽度宜为基底下设计处理深度的 １／２至２／３，并不宜小于３ｍ。 ４工程实例 ４．１工程概况 某场地拟建办公楼１栋、教学３栋、宿舍楼６ 栋。场地地层除表层耕植土、基岩外，均属第四纪冲 一洪积物堆积而成。表层耕植土：以粉土、粉质粘土 为主，土质松散，层厚０．６～１．０米。表层黄土状粉 土：黄褐色，稍密，局部含碎石、粉质粘土夹层。属中 一高压缩性土层，局部为高压缩性土层。层厚１．５ ～５．１米，具有Ｉ级非自重湿陷性，承载力特征值为 １１０ｋＰａ。粉质粘土：褐红色，可塑状，承载力特征值 为１８０ｋＰａ。石灰岩：全风化一强风化状态。 ４．２基础形式的选择及论证 场地处理面积大、工期紧； ３０ 河 北 地 质 ２００８年第４期 地基土为湿陷性黄土，局部有碎石； 场地开槽深度浅，为０．６～１．５ｍ； 否适宜强夯。强夯施工时噪音和振动较大，因而不 宜在人口密集的城市内使用。当强夯施工时所产生 场地位于郊外，周围１公里没有建筑。 的振动，对邻近建筑物或设备产生有害影响时，应采 取防振或隔振措施。强夯法受土的含水量影响较 根据场地工程地质条件及当地建筑经验，认为 强夯较为经济、施工速度又快，因此决定采用强夯法 对地基处理。 大。对含水量较大的粘性土或粉土，强夯施工时，由 于振动、施工机械碾压易产生橡皮土。因此，强夯优 先选择砂性土或含水量较低的粘性土、粉土。 强夯施工前应根据试夯或经验合理确定预留土 ４。３强夯的实施 （１）强夯机具设备 起重设备：１５Ｔ履带吊车； 夯锤：圆柱型，直径２．１ｍ，高１．２ｍ，锤重１３ｔ； 自动脱钩装置。 层的厚度，使预留土层的厚度略大于夯沉量，一般为 １０ ２０ｃｍ。若预留土层过厚，清槽厚度过大，不经 济，而且，减弱了深层处理效果。预留土层过少强夯 后场地标高低于基底标高，需回填夯实或增加垫层 的厚度。 （２）强夯参数 夯击点布置：按正方形４．５×４．５ｍ２，共１３２６个。 单击夯击能：锤重１３ｔ，落距９ｍ，单点夯击能为 ｌ１７０ｋＮ・ｍ。 强夯施工期间应注意天气情况，注意防水、排 水。 有效加固深度：设计者凭经验采用加固深度修 正系数０．５。故０．５・（１３×９） ＝５．４ｍ，已满足加固 处理深度要求。 施工设备、工艺简单，仅用一台起重机和重锤即 可施工，操作简单，施工管理和质量控制都较容易。 加固效果好。夯后一般地基强度可提高２～５ 倍。压缩性可降低２～１Ｏ倍，加固影响深度可达到６ ～夯击次数８～ｌ０击，夯区分两遍点夯，一遍普 夯，设计地基承载力ｆｋ≥１９０ｋＰａ。 １０ｍ，同时可防止砂土液化，消除或降低黄土湿陷 强夯效果：各楼号开挖基坑０．３～１．１ｍ，夯后场 地平均下沉量为０．５４～０．５８ｍ；在夯后１４天，通过 载荷试验、标准贯人试验、钻探、人工探井、室内土工 性。 强夯施工节约材料，节省投资。 参 考 文 献 ［１］Ｉ１ 书麟，叶观宝．地基处理．建筑工业出版社 ［２］建筑地基处理技术规程（ＪＧＪ７９—２００２）．建筑工业出版社 ｆ３］：［程地质手册（第四版）．建筑工 出版社 试验，结果表明：湿陷性黄土特征已大大得到改良， 消除了黄土湿陷性，地基土满足１９０ｋＰａ的设计要 求，强夯达到预期目的。 ５结论 强夯前应对方案进行经济技术分析论证，看是 、’一一—。＋一一— 一一—＋一一－’一一十一＋一＋一＋－＋一＋一＋…＋一 一十－十一＋一＋－＋一＋－十－＋－＋－＋ （上接第１５页） 从已知铁矿床产出特点看，綦村一矿山村一武 安成矿带找矿应注意三个方面：一是已知较大规模 ６５个，未检查验证的地磁异常有１５８个。物探磁异 常是重要的铁矿找矿标志，因此要对已知的矿异常 和未检查验证的有望磁异常进行深入研究，是寻找 隐伏铁矿和扩大已知矿床远景的重要途径。 的矿床深部及外围扩大远景；二是此区处在武安断 陷盆地西侧边缘地带，又是中型铁矿床集中分布地 带，深部保留成矿条件较好，是寻找中型以上铁矿床 有利地带；三是在深部找矿同时，注意煤系中煤质高 参 考 文 献 ［１］牛树银等，幔枝构造理论与找矿实践，地震出版社，２００２年６月 ［２ Ｉ北省地质矿广：局第卜．一地质大队，河北省邮邢地区邯邢式铁矿 成矿地质特征及找矿方向，１９８６年６』】 变质区，是岩浆活动频繁发育区，加上中奥陶纪地层 存在，就有较好的找矿前景。 已知地磁异常有３７４个，已检查验证的２１６处， ［３］河北省地质矿产Ｊｔ 第十一地质大队．河北省接触交代一热液 铁 矿资源总ｆ建预测报告，１９８７年ｌ１月 其中１４１个见矿或是已知矿异常，未见矿的异常有