強(qiáng)夯法在建筑地基加固處理工程中的應(yīng)用分析

房建強(qiáng)?王友偉

摘 要：強(qiáng)夯法作為地基加固手段在多個(gè)場(chǎng)合均被廣泛應(yīng)用，尤其是建筑地基加固工程中。本文首先介紹了強(qiáng)夯法的施工特點(diǎn)，之后對(duì)其加固地基類型進(jìn)行了分析，然后介紹了強(qiáng)夯法的加固機(jī)理過程，最后對(duì)強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)進(jìn)行了分析，為以后類似工程設(shè)計(jì)提供了必要的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法;建筑;地基加固;特點(diǎn);機(jī)理;設(shè)計(jì);施工要點(diǎn)

隨著現(xiàn)代建筑高度和功能的逐漸增加，自重也在顯著升高，因此對(duì)建筑地基承載力和強(qiáng)度要求也很高。當(dāng)前全國各城市土地出讓單價(jià)屢創(chuàng)新高，而部分土地也是分布在沙灘地、荒地等地質(zhì)條件較差地段。要使這些土地能夠滿足建筑承載力需要，必須進(jìn)行加固處理，而強(qiáng)夯法是最為常用的加固手段之一。

1 強(qiáng)夯法的施工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1.1 強(qiáng)夯法的施工特點(diǎn)

1.1.1 強(qiáng)夯法能被應(yīng)用在多個(gè)場(chǎng)合的地基加固工程中，諸如：住宅樓、橋梁道路、鐵路、工業(yè)廠房、飛機(jī)跑道等，而且對(duì)各類地質(zhì)條件也都可應(yīng)用;

1.1.2 強(qiáng)夯法加固效果好，可有效減少土層壓縮性和提高承載力，而且施工設(shè)備和技術(shù)簡單，容易控制施工質(zhì)量，綜合成本較低[1];

1.1.3 強(qiáng)夯法相對(duì)于其他方法其施工工期較短，而且不需要其他額外的建筑材料，施工結(jié)束后便可進(jìn)行下一步工程，銜接緊密。

1.2 強(qiáng)夯法的應(yīng)用范圍

1.2.1 加固砂土液化地基

在我國北方地區(qū)分布有大面積的砂土液化地基，深度范圍在7～16m，液化地基承載力遠(yuǎn)達(dá)不到建筑要求，尤其是雨后滲水會(huì)降低地基承載強(qiáng)度幅度可達(dá)30%以上。處理該地基的傳統(tǒng)方法是灰土擠密樁加固技術(shù)，但是該技術(shù)施工工期長且費(fèi)用較高。強(qiáng)夯法可有效消除地基液化問題，而且配合上鉆孔灌注樁技術(shù)完全可以滿足承載力要求[2]。

1.2.2 加固濕陷性黃土地基

在我國甘肅、寧夏地區(qū)分布有大量濕陷性黃土地層，厚度可達(dá)20m以上，多為大孔隙的粘性土和粉砂土，在水分浸入后土體結(jié)構(gòu)迅速瓦解。強(qiáng)夯法能夠有效消除黃土濕陷性，在一般性低層建筑中，利用強(qiáng)夯法處理過的地基其承載力便滿足要求。而針對(duì)于高層建筑，經(jīng)過強(qiáng)夯法處理后還必須要結(jié)合灌注樁技術(shù)來處理該類地基。

1.2.3 加固非均勻回填地基

在我國很多南方城市郊區(qū)還存有大量非均勻回填區(qū)域，這些土地如果經(jīng)過處理后也能成城市開發(fā)后備資源。傳統(tǒng)的處理手段是采用分層置換回填技術(shù)，但是處理時(shí)間長、工程量大、成本高，而經(jīng)過強(qiáng)夯法處理后可用于低層建筑建設(shè)。

2 強(qiáng)夯法作用機(jī)理過程分析

相關(guān)學(xué)者通過對(duì)強(qiáng)夯法從宏觀及微觀角度分別進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該加固手段機(jī)理過程主要分為四個(gè)階段，分別如下：

2.1 首先，重錘的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為夯擊能量階段，此時(shí)地基中的空氣被擠出到外界，孔隙率降低，水壓力上升，這就會(huì)使土顆粒被強(qiáng)制壓縮，密度增加[3];

2.2 然后，隨著重錘的不斷夯實(shí)會(huì)破壞原有土體結(jié)構(gòu)，使土體產(chǎn)生液化現(xiàn)象，此時(shí)土體被完全打散，承載力急劇下降;

2.3 其次，土體被夯擊后結(jié)構(gòu)會(huì)進(jìn)行重組，進(jìn)入排水固結(jié)壓密階段，土體原來的排水通道會(huì)被完全改變，此時(shí)土體承載力明顯提高;

2.4 最后，土體固結(jié)到最終階段，土體中剩余的少量自由水變?yōu)榻Y(jié)合水，承載力達(dá)到一個(gè)較高的水平，不會(huì)再產(chǎn)生壓縮變形。

3 強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)分析

3.1 強(qiáng)夯法參數(shù)設(shè)計(jì)分析

3.1.1 單次夯擊能設(shè)計(jì)

單次夯擊能直接決定了設(shè)備選取、施工成本、加固效果等多個(gè)關(guān)鍵結(jié)果，若夯擊能太小，則達(dá)不到加固效果;若夯擊能太大，則造成資源浪費(fèi)，而且會(huì)使某些土體產(chǎn)生“橡皮土問題”，因此必須要慎重考慮設(shè)計(jì)。單次夯擊能以重錘提高高度h來設(shè)計(jì)，估算公式見（3-1）[4]。

（3-1）

式中：a —— 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的相關(guān)系數(shù)，取值0.5～0.75;

M —— 重錘質(zhì)量，t;

H —— 土體需加固深度，m。

3.1.2 夯擊次數(shù)設(shè)計(jì)

夯擊次數(shù)設(shè)計(jì)也直接關(guān)系到施工成本和加固效果，該參數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：①最后兩擊的土體沉降量均小于50mm;②夯擊點(diǎn)周圍地表不能發(fā)生明顯隆起現(xiàn)象;③在夯擊過程中沒有出現(xiàn)提錘困難問題。當(dāng)土質(zhì)為填土、砂土、低飽和濕陷性黃土等類型時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量采取加大單次夯擊能、減少夯擊總次數(shù)的施工模式，因?yàn)檫@類土體內(nèi)部水分不容易滲出，過度夯擊會(huì)造成周圍地面隆起[5]。

3.1.3 夯擊間隔設(shè)計(jì)

夯擊作業(yè)有時(shí)候需要分兩遍進(jìn)行，但是中間必須要間隔一定時(shí)間，為了使土體內(nèi)部水分滲出以減小孔隙水壓力。兩遍的夯擊間隔時(shí)間由夯擊點(diǎn)位置、土體性質(zhì)、水分含量等多種因素共同決定。通過總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)可知：①針對(duì)粘性土體，因其滲透性較差，所以間隔時(shí)間相對(duì)較長，可設(shè)計(jì)間隔3周左右;②針對(duì)砂性土體，因其滲透性較好，間隔時(shí)間控制在1周左右即可，甚至可以連續(xù)夯擊。

3.1.4 夯擊點(diǎn)位置設(shè)計(jì)

目前針對(duì)于建筑地基加固工程，夯擊點(diǎn)一般有正方形、梅花形兩種設(shè)計(jì)方式（梅花形分布詳見下圖1），具體夯擊點(diǎn)間距可通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。但需要特別注意：夯擊點(diǎn)要分1序和2序，先將1序孔全部夯擊完成后再開始2序孔施工，盡量給土體較長時(shí)間的水分滲出[6]。

3.2 強(qiáng)夯法施工要點(diǎn)分析

3.2.1 首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探，包括土層性質(zhì)、厚度、水分含量等，通過試夯來確定水分橫向和縱向的變化范圍。

3.2.2 重錘提高高度誤差應(yīng)控制在±200mm，且在重錘上必須有直徑20cm以上的排氣孔，應(yīng)采取“由輕到重、少擊多遍”的施工方式。

3.2.3 強(qiáng)夯結(jié)束后采用原位貫入試驗(yàn)測(cè)試法進(jìn)行加固效果檢測(cè)，檢測(cè)夯擊點(diǎn)不少于10%，以平均值作為最終值。

4 結(jié)語

地基加固對(duì)于解放城市珍貴的土地資源意義重大，尤其是在目前隨著農(nóng)村人口涌入城市，城市化規(guī)模發(fā)展迅速的背景下，使得土地資源短缺問題得到有效緩解。強(qiáng)夯法加固地基手段直接，但是對(duì)于一些對(duì)地基承載力要求很高的建筑來說單靠強(qiáng)夯法無法滿足要求，同時(shí)必須結(jié)合其他加固方法，這就需要技術(shù)人員根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李慶偉， 黨昱敬， 陳龍華. 分層強(qiáng)夯法在沙漠松散地基處理中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù)， 2016， 45（07）：85-88.

[2] 隆威， 程盼， 趙娟，等. 洞庭湖區(qū)軟土地基加固處理方案對(duì)比研究[J]. 探礦工程-巖土鉆掘工程， 2010， 037（009）：46-49.

[3] 陳智賢. 強(qiáng)夯法加固在填方地基處理中的應(yīng)用[J]. 西部探礦工程， 2018， 030（003）：21-25，31.

作者簡介：房建強(qiáng)，男，（1988.09—），山東蒙陰人，畢業(yè)于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科，工程師，研究方向：建筑工程施工。

王友偉，男，（1984.03—），山東費(fèi)縣人，畢業(yè)于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科，工程師，研究方向：建筑工程施工。