浅议强夯法处理地基在石山口水库防汛调度中心1号楼中的应用

魏刚

（罗山县石山口水库灌区管理局 464200）

1 强夯法概述

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8～30t的重锤（最重可达200t）和8～20m的落距（最高可达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、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。我国于1978年首次开始强夯法试验研究，经过多次试验研究及实际工程的应用，总结出一套适合我国情况的强夯工艺，在我国地基加固领域里填补了一项空白。继后，在全国各地对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。

2 强夯法机理

强夯法虽然在实践中已被证实是一种较好的地基处理方法，他是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。

目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。

3 强夯法处理地基的应用

3.1 工程概况

本工程为新建防汛调度指挥中心1号楼工程，占地约1400m2。其东侧为溢洪道，西侧为岗丘地貌，主要分布黄褐色硬塑状粉质粘土及志留系砂质、泥质页岩及微风化凝灰岩，一般高程86.6～106.5m。指挥中心基础东西长66.5m，南北宽19.7m，柱距4.2m×6.3m，主楼为3层，现浇坡屋顶屋面。抗震设防烈度Ⅵ度。

场地地层主要为一套第四系上更新统冲洪积层，下伏白垩系下统凝灰岩，不经处理无法满足设计要求。

原勘察报告建议采用钻孔灌注桩基础，桩端持力层置入第4层微风化凝灰岩中一定深度，初步估算基础处理投资约86万元，且施工难度大，质量不易控制。

后考虑场地地质条件，根据地质报告揭露的地层情况，第一层为新近素填土，最大厚度达到6.5m，根据已有的地基处理经验及楼房总高度，特别是填土的性质，经多种方案对比，最后决定采用强夯法加固填土地基及其下伏部分天然地基。利用强夯在地基中产生冲击波和动应力，提高地基土的强度，降低土的压缩性，提高土层的均匀程度，减少可能出现的差异沉降。

3.2 场地岩土工程特征

根据勘察揭露的地层情况由上到下叙述如：

（1）填土：黄褐色，稍湿，松散，主要组分为粘性土含碎石、植物根茎等，大孔隙，欠固结，强度分布不均，为近期填土，厚度1.8～6.5m。

（2）粉质粘土：黄褐色，稍湿，硬塑，含铁锰质氧化物及结核，灰绿色粘土矿物呈斑块状及团块状分布，干强度高，韧性好，有光泽反应，层厚1.7～6.6m。

（3）残积土：棕红色，稍湿，硬塑-坚硬，以粘土为主，次为砾、砂及岩石碎屑，结构致密，层厚3.9～4.2m。

（4）微风化凝灰岩：浅灰色，隐晶质结构或细粒结构，块状构造，岩质新鲜，局部微裂隙发育，节理面灰绿色矿物浸染，完整性好，岩芯呈柱状或短柱状，岩体基本质量为IV级，揭露最大层厚3.2m。

3.3 有关强夯设计参数的确定

（1）本工程设计参数为：

①单击夯击能采用2000kN·m；②夯点布置采用正方形插档法布置（见图1）；③夯点间距为2倍的锤底直径；④夯击次数，最后两击的平均夯沉量不大于50mm；⑤夯击遍数为3遍，最后以低能量满夯2边；⑥间歇时间：两遍夯击之间的间歇时间为1～2周。

图1 插档法布夯点（三批方格布置）

（2）根据监理单位的批复意见，施工单位在场外试验区进行了实验。夯点间距4m×4m，每夯点夯3遍，每一遍夯10击，计3遍，最后2遍以低能量搭接满夯，夯点夯击采用间隔跳打进行，两遍夯击之间的间歇时间为1周，且应同时满足下列条件：

①最后两击的平均夯沉量不大于50mm，中心夯点平均夯沉量不大于30mm；

②夯坑周围地面不发生过大的隆起；

③不应夯坑过深而发生起锤困难。

经试验检测，以上参数能满足沉降要求和设计承载力需要。

根据试验结果得出的强夯参数为：

①单击夯击能为2000kN·m，锤重20t，为圆柱形锤，其底直径2m，落距10m；

②夯击击数及遍数：采取10击3遍，第一遍夯点按正方形布置，中距12m；第二遍夯点在第一遍夯点之间布置；第三遍夯点在第二遍夯点之间布置，最后以低能量满夯2遍，其夯锤落距降低至5.5m；

③两遍夯击之间的间歇时间为1周。

根据以上强夯参数，在基础强夯范围内强夯时采用的夯锤直径为2m，夯锤重20t，为铸钢材料，吊环为φ50，4φ300排气孔。40t履带式起重机两台，采用自动脱钩装置，起重能力大于1.5倍锤重，40t＞20t×1.5=30t，最大落距为10m。

3.4 强夯施工

（1）用全站仪放线标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；

（2）起重机就位，夯锤置于夯点位置；

（3）测量夯前锤顶高程；

（4）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜及时将坑底整平；

（5）重复步骤（4），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；

（6）换夯点，重复步骤（2）～（5），完成第一遍全部夯点的夯击；

（7）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；

（8）在规定的间隔时间（一周）后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满堂夯将场地表层松土夯实2遍，并测量夯后场地高程。

3.5 强夯施工中注意的几个问题

（1）强夯开始检验夯锤是否处于中心，若有偏心，应采取锤边焊钢板或增减混凝土等办法使其平衡，以免夯坑倾斜。

（2）夯击时落锤保持平稳，夯位正确。如错位或坑底倾斜过大及时用壤土将坑底整平。

（3）强夯施工以各个夯击点的夯击数作为施工控制数值，也可采用试夯后确定的最后两击的平均沉降量小于50mm控制。夯击后沉陷度用水准仪测量控制。

（4）强夯施工尽量避免雨雪天进行，以防止强夯场地积水，否则土质含水量增加，土质变软，会产生挤出现象，降低强夯效果。

（5）强夯施工在冬季施工时将冻土击碎，要清除大的冻土块。夯击能和次数适当增加。

（6）强夯后的土体强度随夯击后间歇时间的增加而增加，一般检验强夯效果在强夯之后的2～4周进行，不宜在强夯结束后立即进行检验，否则测得的强度偏低，不能反映实际效果。

4 技术经济评价

4.1 加固效果评价

强夯法可以用于加固各类砂性土、一般黏性土、人工填土等，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，采用置换法也可用于加固软土地基。强夯后通过静力触探、静载荷试验等检验和分析，得出整体场地强夯后地基承载力满足了设计要求，地基承载力、压缩模量明显提高，地基变形大大地减少。

4.2 经济效益

一般的强夯处理是将原状土或者回填土方施以能量，减低建材的消耗，无需特殊的建筑材料，与桩基础相比节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料和人工费用外，基本没有其它消耗。本工程若用钻孔灌注桩处理，施工单位报价86万元，且回填土层夹杂有大粒径石块，施工难度较大，质量不易控制。强夯处理，造价45万元，工期缩短了一半。

5 结论

工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但是需要注意的是，虽然强夯法有很多的优点，但并不一定适用于所有情况。目前，在施工过程中，由于强夯法施工存在的诸多优点，设计院、建设单位、施工单位等在大规模的地基处理时普遍倾向于采用强夯法施工，但在许多工程中，强夯处理效果不明显，甚至比不处理时还差。因此，我们首先必须搞清楚什么地质条件适合强夯，使强夯能真正发挥作用。