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摘要：本文回顧了強夯法處理地基的發展概況，闡述了其處理地基的技術特點，總結了強夯法加固濕陷性黃土地基的加固機理和適用范圍，并就其設計難點強夯能級和夯沉量的估算進行了表述。以供同行們對強夯法處理濕陷性黃土地基進行總結、交流。...

  

強夯法處理濕陷性黃土地基

任會明

陜西省建筑科學研究院   西安  710082

    1、 強夯法處理地基的發展概況及技術特點

    1.1強夯法處理地基的發展概況

    強夯法在國際上通常稱為動力固結法（Dynamic Consolidation Method），是20世紀60年代末由法國梅納（Menard）技術公司首創用于處理地基。這種方法一般是用重錘（一般為80～400kN，最重的達2000kN），落距10～40m，借夯錘自由下落的強大沖擊能和碰撞產生的沖擊波，反復夯擊地基，使夯面下一定深度的地基土擠壓密實，從而達到提高地基承載力，降低壓縮性，改善地基土的工程性能。

    我國于1978年開始從國外資料引進強夯法處理地基技術，并在砂土和碎石為主的地基進行了強夯法試驗研究和工程實踐，取得了較好的加固效果。70年代末濕陷性黃土地基采用強夯法處理的研究與應用在國內也陸續開展，強夯法處理地基先后被納入國標《濕陷性黃土地區建筑規范》（GBJ25－90）和行業標準《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-91），從而使強夯的設計、施工有章可循、有據可依，為強夯法的推廣應用提供了質量保證，促進了強夯技術的進一步發展，從此以后，強夯法處理地基成為我國最常用的地基處理方法之一，尤其表現在新建地區大面積處理地基、路基和道基方面。

    1.2強夯法處理地基的技術特點

    強夯法能得以迅速發展及推廣使用，歸到底為其特點突出，原位處理，技術優勢明顯。主要有以下特點：

    ⑴速度快、工期短。采用強夯法處理地基挖、填方少，節省勞力，機械化程度高，施工速度快，尤其在中低能量（3000kN·m強夯能級以下）表現尤為突出。一臺1000kN·m能級的強夯機械，平均每天能處理200～300m2。

    ⑵施工設備及工藝簡單，施工質量容易保證。當強夯設計參數選定，按照夯點排布，保證每點的夯擊擊數、夯錘重量、夯錘高度及夯擊遍數，即可保證施工質量，易于質量管理。

    ⑶費用經濟。當強夯能級為1000kN·m～2000kN·m時，其每平方米的處理費用僅為20～30元，換算成每立方米地基加固費用為5～6元，遠低于其他地基處理方法的費用。

    ⑷節約三材。強夯法處理地基采用原位處理的方法，不需用添加任何建筑材料，符合現行的國家政策及地基處理的發展方向。

    ⑸強夯振動及噪音對周圍環境影響較大。一般用于遠離居住人群的新建小區或大面積使用的機場、公路、鐵路等地基處理工程。

    2 、強夯法處理濕陷性黃土地基的加固機理

我國的黃土廣泛分布于北方地區，面積約為64萬平方公里，占世界黃土分布總面積的4.9％。其中濕陷性黃土（一般指晚更新世和全更新世堆積的黃土）約為38萬平方公里，約占黃土地區總面積的60％以上，主要分布在西北、華北和東北地區。

    濕陷性黃土的最大特點是大孔隙、欠壓密，遇水后顆粒及團粒間的天然粘結強度急劇降低，引起原狀結構破壞，土粒相互錯位并重新排列，從而引起濕陷；在動荷下也能產生振陷。濕陷性黃土地區地基處理的目的主要為：⑴消除或降低地基土的濕陷性；⑵提高地基在浸水條件下的承載能力；⑶提高地基土在浸水條件下的變形模量或壓縮模量，減小地基的總沉降量；⑷降低地基土層的透水性。針對以上地基處理的目的，結合濕陷性黃土的特點，我國濕陷性黃土地區建筑常用地基處理方案不外乎有三種：挖除換填法、機械加密法、化學加固法。由于化學加固法工程施工成本費用較高，但機械設備比較輕便，施工文明，其主要用于事后加固處理；挖除換填法土方量較大，且基坑稍深又需要支護，一般應用于地基處理深度1.0～3.0m的濕陷性黃土；機械加密法是利用機械的手段增加土的密實度，減少土中孔隙的體積，機械手段一般采用壓、夯、擠、振、沉等幾種方法，其中以原位夯、擠密機械法最為有效，即為強夯法和擠密樁法。擠密樁法一般處理深度為5～20m（包括夯擴擠密樁），強夯法一般處理深度為3～6m更能發揮其經濟、快捷的特點（相比擠密樁法可節約造價30％以上）。

    強夯法處理濕陷性黃土地基在瞬間強夯沖擊壓縮波能量作用下，土顆粒之間的聯結力及鹽類薄膜力均遭到破壞，使土顆粒相互靠攏，顆粒間孔隙中的氣體部分首先被排出，土顆粒重新排列，土孔隙大為減少。土顆粒在這種強大的外荷作用下達到新的穩定平衡狀態，土體被壓密，宏觀表現為地基土整體被夯下去。根據濕陷性黃土強夯前后的微觀分析表明，夯后地基土特大孔隙已基本消失，微孔隙顯著增加，土體由松散變得密實，從而使地基土濕陷性消除，水穩性得以增加，滿足工程需要。

    3 、強夯法處理濕陷性黃土地基的適用范圍

    3.1  處理地基的深度范圍

    強夯法處理濕陷性黃土地基，適用于地下水位以上，飽和度Sr≤60％的濕陷性黃土，處理深度為3～12m。工程中一般考慮到高能量強夯（強夯能級3000kN·m以上）施工相對緩慢、效率較低、費用較高，同等強夯能級下處理不同土類深度差異較大，使用的相對較少。現工程中大量推廣使用的是1000～3000kN·m強夯能級，處理厚度3.5～6.5m，處理效果相對穩定，處理速度快捷、費用經濟。對于處理濕陷性黃土層厚度大于6m時工程中可采用擠密法處理或挖除分層強夯法。

    3.2  處理地基的含水率范圍

    強夯法處理濕陷性黃土地基一般是采用重量100～400kN的夯錘先提至一定高度蓄勢能再自由下落變動能反復沖擊夯面地基土，將夯面以下一定深度的濕陷性黃土的孔隙體積減小，干密度增大，從而消除地基的濕陷性，提高地基承載力，降低地基的壓縮變形。與其他壓密地基處理方法一樣，地基土的含水率是否適合直接影響著強夯施工處理效果的好壞。

    國內的相應標準對強夯法處理濕陷性黃土地基規定如下：

    ⑴國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025－2004）第6.3.4條規定：“采用強夯法處理濕陷性黃土地基，土的天然含水率宜低于塑限含水率1％～3％。在宜夯實的土層內，當土的天然含水率低于10％時，宜對其增濕至接近最優含水率；當土的天然含水率大于塑限含水率3％以上時，宜采用晾干或其他措施適當降低其含水率”。其最優含水率可通過擊實試驗求得，工程設計階段估算時對于粉土和粉質粘土可分別取為15％和16.5％（約低于塑限含水率2％）。

    ⑵陜西省標準《強夯法處理濕陷性黃土地基規程》（DBJ61-9-2008）第3.1.5 條對于濕陷性黃土場地土層處理厚度內土的天然含水量，應按其適宜強夯的程度，依次劃分為“適宜”、“較適宜”、“可采用”三類含水量范圍。

    1、“適宜”強夯的土層含水量范圍：　      

    2、“較適宜”強夯的土層含水量范圍：     

    3、“可采用”強夯的土層含水量范圍：      

    式中  ——土層處理厚度內，土的天然含水量（%），以擬建場地勘察資料為準，土層劃分厚度及其值按開夯標高下每0.5m～1.5m厚度計取。范圍值中的高含水量土層，宜位于處理厚度的底層。

    土層處理厚度內，土的天然含水量的加權平均值。

    土層處理厚度內，土的最優含水量op的加權平均值，宜按室內標準擊實試驗確定。當無試驗資料時，可近似按（0.56～0.60）取值。

    土層處理厚度內，土的液限含水量L的加權平均值。

    以上是有關標準、規程對強夯法處理濕陷性黃土地基土層含水率適宜范圍的有關規定，其中陜西省標準根據處理厚度內土層天然含水率的加權平均值與最優含水率的加權平均值差別大小及含水率的范圍值依次劃分含水率適宜強夯處理的程度，更切合實際、易于工程操作。其適宜的含水率范圍能否進一步擴展還需大量的工程資料進一步驗證。

    4、強夯法處理地基的設計難點

    強夯法處理濕陷性黃土地基的設計內容包括夯實厚度、強夯能級、處理平面范圍及夯點排布、開夯標高、夯擊遍數和夯點擊數等參數。而強夯能級和開夯標高的確定是強夯設計參數的難點和關鍵。

    ⑴夯實厚度是由設計單位根據國家有關標準要求（對場地穩定性、濕陷性黃土處理厚度、地基壓縮層、下臥層承載力及變形驗算等要求），結合建（構）筑物對地基的物理力學指標要求（或地基處理目的）及巖土工程資料等綜合因素確定。夯實厚度層頂一般即為基礎底或墊層底面。

    ⑵強夯能級一般根據濕陷性黃土地層時代、夯實厚度、處理深度內地層含水率等因素綜合確定。根據大量工程實例，強夯法處理濕陷性黃土地基的強夯能級與夯實厚度的關系，可用下列經驗公式表示：

　　式中　W—強夯能級（kN·m）；　Ｄ—設計的夯實厚度（m）；

    土層含水量適宜系數，含水量類別為“適宜”、“較適宜”、“可采用”的值，可分別采用1.1、1.0、0.9。

    堅硬土夾層影響系數，處理深度內無堅硬土夾層取1.0，下層有堅硬土夾層取0.9，中層有堅硬夾層取0.85，上層有堅硬夾層取0.80。

    ⑶強夯法處理濕陷性黃土開夯標高應按所需夯實厚度頂面即終夯面標高加地基夯沉量確定。地基夯沉量宜通過試夯結果來確定。初步設計階段可根據當地經驗結合巖土工程勘察資料來確定。當無試夯資料時，可按下式估算　　　

    式中 △d—強夯地基夯沉量（m）；     D—設計的夯實厚度（m）；

    地基夯實厚度D內，夯后土的估算平均干密度（g/cm3）；

    土層處理厚度內夯前土的加權平均干密度(g/cm3) ；

    土層處理厚度底面處夯前土的干密度（g/cm3）；

    開夯面以下1.0m深度內，夯后土的計算干密度（g/cm3）；

     Gs1—開夯面以下1.0m深度內土的比重 ，粉質粘土Gs1=2.70~2.72，粉土Gs1=2.67~2.69； 

     w1—開夯面以下1.0m深度內土的含水量，以小數計；

    水的密度，一般取1g/cm3。

    5、結束語

    近幾年來，隨著西部大開發的深入發展和國家級新區在西部的設立，主要位于西部的濕陷性黃土地區建設工程越來越多，尤其是密集建筑群、機場、高速公路、削山填溝平整場地，這些地區大部屬新建開闊地區，采用強夯法處理濕陷性黃土，避免人口密集、噪音污染、管線等，更能發揮強夯法處理濕陷性黃土地基快捷、經濟、以土治土的優點。

    參考文獻

    [1]龔曉南地基處理技術發展與展望，中國水利水電出版社，2004.

    [2]錢鴻縉、羅宇生等、濕陷性黃土地基，中國建筑工業出版社，1985.

    [3]劉祖典、謝定義、黃土的濕陷變形特性和機理，陜西機械學院水利水電學院，1989.

    [4]國家標準濕陷性黃土地區建筑規范，中國建筑工業出版社，2004.

    [5]陜西省標準、強夯法處理濕陷性黃土地基技術規程，省建筑標辦出版，2008.

    [6]師管孝、姚建勇.強夯法處理濕陷性黃土地基的研究與應用，陜西省建筑科學研究設計院，1986.

    [7]任會明碩士論文、強夯法處理濕陷性黃土地基的應用研究，西安建筑科技大學，2008

    [8]任會明等、強強夯法處理濕陷性黃土地基夯沉量估算，陜西建筑，2010-12. 

 (本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯  劉真 文徑 審核) 

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