淺析強(qiáng)夯法加固填土地基

龔福初　隆　威

摘要從宏觀和微觀兩方面對強(qiáng)夯法加固填土地基的機(jī)理進(jìn)行初步分析，并對強(qiáng)夯法加周回填土應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行論述，對實(shí)際工程的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞強(qiáng)夯法加固填土地基

中圖分類號(hào)：TU4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—7597(2009)0410100—01

一、概述

強(qiáng)夯法加固處理起源于古老的夯實(shí)方法，是在重錘夯實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其原理、加固效果使用范圍和施工工藝均與重錘夯實(shí)不同。強(qiáng)夯法國際上也稱動(dòng)力周結(jié)法是由法國工程師梅那于1969年首創(chuàng)的一種地基加同方法。它通常用8～40噸的重錘，以5～40m的落距讓其自由落下，夯錘對地基強(qiáng)烈的沖擊作用使地基內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)大的應(yīng)力波，引起土體內(nèi)產(chǎn)生位移、速度、加速度、孔隙水壓力和應(yīng)力等一系列變化，從而達(dá)到加固地基的目的。強(qiáng)夯法在開創(chuàng)之初，僅用于加固砂土和碎石土地基，經(jīng)過多年的發(fā)展和應(yīng)用，它已經(jīng)適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土，濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基的處理。強(qiáng)夯法因其具有施工簡單加固效果好、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，而被世界各國工程界所重視。

在眾多的地基問題中，人工回填土的地基處理是十分復(fù)雜的。工程實(shí)踐表明，采用強(qiáng)夯法加固回填土地基后，土的物性指標(biāo)得到顯著提高，加固效果很好，其性價(jià)比是擠密置換等方式所不能及的。隨著強(qiáng)夯法在填土地基加固中的運(yùn)用越來

越廣泛，強(qiáng)夯法各方面的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)都有了長足的進(jìn)步，但是現(xiàn)階段在強(qiáng)夯處理設(shè)計(jì)、施工及檢測等方面也伴隨著出現(xiàn)了許多問題，還直接或間接的影響了工程的質(zhì)量及安全。

二、強(qiáng)夯加固填土機(jī)理分析

關(guān)于強(qiáng)夯加固地基的機(jī)理，國內(nèi)外學(xué)者從不同的角度進(jìn)行了大量的研究，看法很不一致。這是由于土的類型多，不同類型土的力學(xué)性能不同，強(qiáng)夯加固效果的影響因素也很多、情況復(fù)雜造成的。從土本身來說，土的類型(飽和土、非飽和土、砂性土、黏性土)、土的結(jié)構(gòu)(顆粒大小、形狀、級(jí)配)、構(gòu)造(層理)、密實(shí)鹿、內(nèi)聚力、滲透性等均影響加固效果。從土外部條件來說，單擊夯擊能(錘重、落距)、單位面積夯擊能、錘底面積、夯點(diǎn)布置、分遍、特殊措施(預(yù)打砂井、夯坑填料)等也都影響加周效果，可對其從機(jī)理上作出不同的解釋。對于填土的強(qiáng)夯加固機(jī)理而言，可以分為宏觀機(jī)理和微觀機(jī)理。宏觀機(jī)理是外部表現(xiàn)，微觀機(jī)理是內(nèi)部依據(jù)。

(一)宏觀機(jī)理。宏觀機(jī)理主要從加固區(qū)土所受沖擊力、應(yīng)力波的傳播、土的強(qiáng)度對土加密的影響作出解釋。對于非飽和土來說，從宏觀角度看來，非飽和土的強(qiáng)夯加固過程就是強(qiáng)夯產(chǎn)生的振動(dòng)波使土顆粒重新排列，減小土體中的孔隙體積，將土體中氣體擠出的過程。對于飽和土而言，飽和土加固的宏觀機(jī)理就是重錘沖擊使土結(jié)構(gòu)破壞，土體積縮小，液體中氣泡被壓縮，孔隙水壓力增加?？紫端疂B流排出，水壓減小，氣泡膨脹，土體又可以二次夯擊壓縮。夯擊使土結(jié)構(gòu)破壞，孔壓、增加，這時(shí)土產(chǎn)生液化及觸變，孔壓消散，土觸變恢復(fù)，強(qiáng)度增加，依次增加夯擊遍數(shù)可以獲得預(yù)想的加周效果。

(二)微觀機(jī)理。微觀機(jī)理則是在沖擊力作用下，土微觀結(jié)構(gòu)的變化，如對土顆粒的重新排列、連接作出解釋。微觀機(jī)理的研究是研究土顆粒的形狀、大小、排列、礦構(gòu)成分、土粒連接、孔隙等的特征，研究它們與土體強(qiáng)度、變形、滲透性的關(guān)系，對宏觀現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)更為本質(zhì)和深刻。

對于填士來說，強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊能打破了土顆粒間的連接，因而也就破壞了土體原來的疏松結(jié)構(gòu)，改變了骨架顆粒間的連接方式，由夯前的任意排列變成了明顯的定向排列，并且垂直剖面上土顆粒排列的定向性似乎更強(qiáng)些，形成片麻狀構(gòu)造，在宏觀上表現(xiàn)為壓縮變形大于水平向變形的現(xiàn)象。一些粉粒和砂粒等較大的顆粒由于其剛性大在強(qiáng)大夯擊能的作用下，切入周圍剛性較小的細(xì)小顆粒中，使這些細(xì)小顆粒在側(cè)圍土體的擠壓下，沿著這些大顆粒呈環(huán)向排列，使土顆粒重新排列成更密實(shí)的漩渦狀結(jié)構(gòu)。

三、強(qiáng)夯加固回填土應(yīng)注意的問題

(一)強(qiáng)夯設(shè)計(jì)。到目前為止，強(qiáng)夯設(shè)計(jì)方法基本上是半經(jīng)驗(yàn)性的還沒有形成一套成熟、完善的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。由于在土方回填過程中，經(jīng)過倒運(yùn)土方車輛的碾壓、鏟車平整場地過程的再碾壓，如此循環(huán)，使土體得到初步壓密，對強(qiáng)夯場地就起到了預(yù)處理的作用。根據(jù)筆者以往工程經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)夯處理回填土地基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮土性、含水量和初始密度的影響，特別是初始密度對加固深度的影響很大。加固深厚欠固結(jié)土地基，以提高承載力為主要目的時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)優(yōu)先采用高能級(jí)強(qiáng)夯，并不宜考慮過高的壓縮模量值，而應(yīng)按使用要求適度選擇。

回填土兩遍夯擊間隔應(yīng)通過試夯結(jié)果來最終確定。如地下水位較高，對地下水進(jìn)行詳細(xì)觀測，地下水位隨時(shí)間延長而逐漸下降，最終呈穩(wěn)定趨勢。受強(qiáng)夯時(shí)穩(wěn)定水位埋深的影響，水位恢復(fù)時(shí)間變化在11～20d之間，施工時(shí)夯遍間歇時(shí)間可按13～19d考慮。對于滲透性差的飽和粘土，施工時(shí)夯遍間歇時(shí)間應(yīng)在20～22d之間為宜，不宜過短。如地下水位較低，施工夯遍間歇時(shí)間可適當(dāng)縮短。對于含水量較大的土料輔以硬骨料填充強(qiáng)夯，改善排水性能，形成強(qiáng)夯置換作用。

(二)強(qiáng)夯施工。大面積填土強(qiáng)夯施工前，根據(jù)場地工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)要求及設(shè)備條件，提出一組或幾組強(qiáng)夯試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場試夯。試夯區(qū)尺寸不小于20m*20m，根據(jù)選定的施工參數(shù)進(jìn)行試夯。試夯期間，通過觀測，繪制出主夯及間夯沉降量一錘擊數(shù)關(guān)系曲線。試夯結(jié)束后，選取檢測點(diǎn)，做動(dòng)力觸探試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn))和室內(nèi)土工試驗(yàn)，根據(jù)檢測結(jié)果，對比試夯后地基技術(shù)參數(shù)是否滿足施工技術(shù)要求，可以按照試夯所選取的施工參數(shù)進(jìn)行大面積強(qiáng)夯施工。

(三)強(qiáng)夯檢測。地基強(qiáng)夯效果檢驗(yàn)，應(yīng)在強(qiáng)夯施工結(jié)束后一定時(shí)期進(jìn)行，對于碎石類和砂類土不得少于3～7d，一般粘性土不得少于5～10d，對于飽和粘土應(yīng)根據(jù)試夯決定。質(zhì)量檢測同樣根據(jù)土性選用，包括：動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，對于重要工程可考慮使用載荷試驗(yàn)。質(zhì)量檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量取決于場地復(fù)雜性及建筑物特點(diǎn)，一般不宜少于3個(gè)點(diǎn)，檢驗(yàn)深度不宜小于設(shè)計(jì)加固深度。

四、結(jié)語

本文從宏觀機(jī)理和微觀機(jī)理兩方面對填土的加固機(jī)理進(jìn)行了初步分析，并對強(qiáng)夯法加固回填土應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行論述。工程實(shí)踐過程中，成根據(jù)不同類型填土各自的特殊性能，對其加固機(jī)理、方法、設(shè)計(jì)等方面采取不同措施分別對待，以取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。