1.概述

1.1强夯法定义

　　强夯法又名动力固结法或动力压实法，是通过8～30t（最重达200t）和8～20m的落距（最高达40m），对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500～8000KN•m，在基土中产生的冲击波和动应力，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条件，还可提高土层的均匀性，减少将来可能发生出现的差异沉降。

　　强夯时在坑内如回填块石、碎石等粗颗粒材料，夯锤将夯坑夯击成连续的强夯置换墩，则称为强夯置换法，在国外又称为“动力置换与混合”法。因为墩体填料为碎石和砂砾时，在置换墩形成过程中大量的填料与墩间土混合，越浅处混合的越多，因而墩间土已非原来的土而是一种混合土，土的含水量与密实度改善很多，可与墩体共同形成复合地基。

1.2强夯法的起源及发展史

　　强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基处理方法，最早用于处理法国滨海9m厚的碎石填土，在1974年在英国工程师协会的深基础会议上，Menard对强夯法作了详细介绍，1978年11月到1979年由交通一航局科研所及其协作单位在天津三号公路进行了试验研究，于1979年8月至9月在秦皇岛码头堆煤场细砂地基进行了试验，1979年4月中国建筑科学研究院在河北廊坊用强夯法处理可液化砂土和粉土地基取得成功，总结出一套适合我国情况的强夯工艺，后来把强夯用于加固湿陷性黄土、高填土和填海地基。

　　目前强夯主要用于处理湿陷性黄土、人工填土。分布在铜川、陕北、关中、兰州、山西、河南，特别是在电力、石油天然气、高速公路、大面积的住宅小区建设中使用较多，其规模大、不受环境影响。而在厂矿改建、扩建以及城市建设中几乎没有市场。强夯置换法主要使用在海口码头、油罐地基、堆场、水池等以及公路、房建中的处理高填土地基和挤淤地基。在北方也有应用，如格尔木钾肥厂等处理盐渍土、沼泽地基。

1.3强夯的优缺点

　　优点：强夯法加固效果显著、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、施工文明、施工费用低。强夯置换法具有加固效果显著、施工工期短、施工费用低等优点。缺点：对邻近建筑物或设备会产生有害影响，对邻近居民产生噪间污染，施工过程中对土的含水量变化要求严。1.4强夯法的适用范围适用范围：强夯法：适用于处理碎石土、砂土、低饱和度粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土地基，而处理含水量较高的软土地基效果不显著。强夯置换法适用于处理高饱和度粉土与软塑～流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程，主要用于堆场、公路、机场、房屋建筑、油罐、码头等工程。2.施工原理2.1动力密实机理主要是处理多孔隙、粗颗粒、非饱和土。即用冲击型动力荷载，在土体中产生体波（P）和面波（S）。体波中的压缩波（纵波）质点振动方向与波的传播方向一致，表现为推拉运动，破坏原有土的骨架结构，使土的孔隙体积减小，土体变得密实，从而提高地基土强度，同时土的空隙水压力增大，伴随有土的体积变化。体波中的剪切波（横波）质点振动方向与波的传播方向垂直，使土颗粒产生剪切滑移，产生裂缝，以利于水和气体的排出，同时可以使天然裂隙闭合，但不产生体积变化，非饱和土的密实过程是土中气相（空气）被挤出的过程，其夯击变形主要是由于颗粒的相对位移引起。面波则沿一个园柱波阵面径向向外传播，质点的运动是由水平和坚向二个分量组成的，大部分波能聚集在地基的表层，其水平分量几乎对土体加固不起作用，而垂直分量则以衰减的上弦形式背源向外传播，在地面无上覆压力的情况下，竖向振动对表层土起松动作用。一般认为剪切波和瑞利波对土体没有加固作用，甚至只有破坏作用。

　　2.2动力固结机理主要是处理细颗粒饱和土。即用巨大的冲击能量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，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结，由于土的触变性，从而地基土的强度得到提高。2.3动力置换机理主要是处理高饱和度粉土与软塑～流塑粘性土。是强行夯入砂石等置换材料，在夯击过程中，大量填充材料加入，使得地基土得到有效挤土和振密效应，在土中形成间隔镶嵌的桩体或墩体，起到填换地基或复合地基的作用，同时对形成的桩体又产生相应的约束力，起到提高承载力作用。强夯置换法的加固机理相当于下列三者之和：强夯置换=强夯（加密）+碎石墩+特大直径排水井。3.强夯施工参数强夯设计应根据现场试夯或当地经验确定。地基规范明确规定，强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性场地选取一个或几个试区，进行试夯，并进行载荷试验、原位测试和土工试验，通过和夯前的测试数据进行对比来验证设计参数的合理性。强制性条文规定,“强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理性效果”。3.1有效加固深度强夯法的有效加固深度既是反映处理效果的重要参数，又是选择地基处理方案的重要依据。加固效果自上而下、由内向外可分为：松驰区、加固有效区、有效加固减弱区、未加固区。所谓有效加固深度是指加固有效区。地基规范表6.21给出了不同土类、不同夯击能下的有效加固深度，经验表明同一夯击能下粗粒土的强夯有效加固深度要比细粒土深1.0m。强夯有效加固深度用梅纳公式进行估算：H≈(m)。

　　国内大量的试验研究和工程实测资料表明，采用上述公式估算的有效加固深度偏大。从公式看出加固深度仅与单击夯击能有关，但实际上还与夯击次数、锤底单位压力、地基土性质、不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水位有关。国内有人对梅纳公式进行了修正，修正系数0.34～0.80，范围值很大，但同一地区、同一土层的同一施工参数下的修正系数变化很小。不同的土类、不同的夯击能其修正系数不同，修正后并不能得到满意的效果，所以地基处理规范不采用修正后的梅纳公式。

3.2夯击次数

　　夯击次数根据夯击次数和夯沉量关系曲线确定。以夯坑的压缩量最大，夯坑周围隆起量最小为确定原则，但要满足在4000KN.m、4000～6000KN.m和6000KN.m夯击能下最后两击的平均夯沉量分别不大于50mm、100 mm和200mm。

3.3夯击遍数

　　夯击遍数应根据地基土性质确定，采用2～3遍夯，细粒土适当增加夯击遍数,最后再以低能量满夯2遍。

3.4两遍夯击之间的间隔时间

　　两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间,而超静孔隙水压力的消散时间与土的类别、夯点间距等因素有关，渗透性较差的粘性土地基间隔时间不小于3～4周，渗透性好的地基可连续夯击。

3.5夯点布置

　　夯点布置可采用三角形或正方形，夯间距取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。处理深度较深或单击夯击能较大的工程第一遍夯击点单间距适当增大，对于办公楼、住宅建筑等可根据承重墙位置布置夯点。

3.6处理范围

　　强夯处理范围应大于基础范围,每边超出基础外缘的宽度宜为基底下处理深度的1/2～2/3，并不小于3m。

3.7强夯置换法设计

　　(1)强夯置换法的处理深度由土质条件决定，除厚层的饱和粉土外，应穿透软弱层，达到较硬土层，深度不宜超过7m（国外锤重40t，处理深度达12m），其单击夯击能应通过试验确定。墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。

　　(2)夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：

　　①墩底应穿透软弱层，且达到设计墩长。

　　②累计夯沉量为设计墩长的1.5～2.0倍。

　　③最后两击的平均夯沉量不大于规范规定。

　　(3)墩位布置采用等边三角形或正方形，独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。

　　(4)墩间距应根据荷载大小和原土的承载力确定，当满堂布置时可取锤径的2～3倍，独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5～2.0倍，墩的计算直径可取锤直径的1.1～1.2倍。当墩间净距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。

　　(5)强夯置换法处理范围和强夯法相同。

　　与强夯法相区别的是强夯置换法墩顶应铺设压实垫层，设计时应预估地面抬高值。规范强制性条文规定：施工结束后除进行现场载荷试验检测承载力和变形模量外，应采用超重型或重型动力触探等方法检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。由于在处理淤泥或流塑性软土时强夯置换法在国内有几个不成功的先列，所以规范规定置换墩地基承载力特征值只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确强夯置换法定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过单墩复合地基载荷试验确定。

4.强夯施工工工艺

　    (2)反复提锤、锐钩夯击——测量锤顶高程，完成规定的一个点夯击次数并达到控制标准后，单点一遍夯击完成。

　　(3)换夯点，进行隔点跳打，完成第一遍全部夯点的夯击，用推土机将夯坑推平，并测量场地高程。

　　(4)在规定的时间间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯点的夯击。最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实。并测量夯后场地高程。

5.强夯施工中应注意的问题

　　(1)尽量使用园锤或正多边形锤，锤体材料优先选用铸铁锤，选用合理的锤径，砂土和碎石土锤底面积为2～4m2，粘性土锤底面积为3～4m2，粘性土锤底面积为4～6m2，锤底静接地压力值可取25～40KPa，细粒土取小值，锤底设排气孔，有利于锤落底时坑底空气迅速排出和起锤时减小坑底的吸力。强夯置换的锤底静接地压力值可取100～200KPa。

　　(2)施工安全：采用履带式起重机时应在臂杆端部设置辅助门架，防止落锤时机架倾覆，行走和收绳时应有专人指挥，以防倾覆或背杆。夯吊起后面后，地面操作人员应迅速撤离至安全距离以外，以防夯时飞石伤人。夯锤提升时必须卡牢回转刹车，以防落锤时吊车转动失稳。六级以上的大风、雨、雪天或视线不清时不准进行强夯施工。

　　(3)当地下水位较高时，应人工降低地下水位或铺填一定厚度松散性材料，使地下水位低于底面以下2m，这样可以在地表形成硬层，以支承起设备和保证设备通行，又可加大地下水和地表面的距离，防止夯击时坑积水。

　　(4)施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种管线的位置及标高，并采用必要的避让或保护措施，以免损坏，其安全避让距离一般为6～8m，30m之外的室外的噪音可小于85db，必要时设置减振沟，强夯的有害振动加速度为生0.5g，其安全距离为6.5m。

　　(5)当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物设备会产生有害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟隔振或防振措施。测振表明，减振沟的深浅对减振效应影响很大，沟宽对减振影响很小，一般沟深1～1.5m，应深于夯击最深时的夯坑。。

　　(6)强夯法施工质量检测，对于碎石土和砂土地基可取7～14天，粉土和粘性土地基可取14～28天，强夯置换法可取28天。

　　(7)施工时应有专人施工放线和测量记录锤顶高程，并有质检员抽检。

　　(8)夯锤质量在进场前应有人检查过磅，每一次换钢丝绳时都有人检查验收。

　　(9)选择合理的锤重、起重高度、回转半径。

　　(10)夯坑隆起大时，则需降低夯击能，先加固浅部，再增加夯击能加固深部；隆起小时，可直用高能量加固深部。当出现夯点不能按要求收锤时，应往夯坑回填粗颗粒土料再夯击，如此反复，直至收锤。

　　(11)强夯置换施工前，如表层土松软时，可铺设一层1～2m厚的砂石施工垫层。开挖时应预留0.5m天然土，以保持固范围内土的含水量不变，以保证夯击效果。下雨时应采取必要的防雨措施，坑内或场地积水应及时排除，防止土的含水量变化过大，以确保施工质量和施工工期。

　　(12)规范对强夯后土的承载力没有明文规定，一般为180～200KPa，应通过试验确定，不可死搬硬套。

　　(13)施工就注意的关键环节

　　施工前：参与设计和验证试夯参数。

　　施工中：夯锤的选用；夯击次数的控制；基坑土含水量的控制。

6.施工中常出现的质量问题及原因

　　(1)有效加固深度不够：夯击能不够，表现为单击夯能低，夯击次数不够；夯间距与锤径不匹配。

　　(2)承载力达不到设计要求：主夯的夯间距过大；遍夯的夯击能过大或搭接面积过小。

　　(3)夯间土处理效果达不到要求：主夯点间距过大；夯点间搭接面积过小。

　　(4)表层土松散：没有进行遍夯或遍夯夯击能过大。