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摘要：强夯法问世四十多年来，作为一种经济有效的地基加固方法在世界范围内被广泛应用。有效加固深度是强夯法最重要的工程指标，它直接关系到对强夯能级和施工工艺的选择。本文主要探讨的就是关于强夯法地基处理有效加固深度。
关键词：强夯法；地基处理；加固深度
1.强夯法概述
强夯法是指利用夯锤自由下落的巨大冲击能产生的冲击波反复夯击地基，形成的冲击波和动应力将夯面以下一定深度的土层夯实以提高地基的承载力和土体的稳定性，降低压缩性，消除地基的湿陷性和砂土的振动液化，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，是一种常见的地基处理方法，强夯法在我国应用范围广泛。共分为松散体、扰动体、加固体和潜在的破坏体四个过程。
一般的工作程序是在对地基土特性进行勘察后，设计对可能采用强夯法进行地基处理的场地根据地区或类似经验，先进行强夯试夯，对强夯加固范围的影响程度和相互关系，得出考虑较多因素的加固深度等的设计公式，同时提出施工要求。
强夯法在工程实践中具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和工程成本较低等优点，在某种程度上比机械、化学的和其他力学加固方法更为广泛和有效，世界各地应用普遍，目前已有几十个国家数千项工程采用此法处理地基。缺点主要表现为：施工时震动和噪音大，对周围环境造成污染，受地域限制，部分地基土强夯后效果不理想。
2.强夯法加固机理
强夯法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而隆起。对非饱和土地基，冲击力对地基土的压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显；对饱和无粘性土的情况下，在冲击力作用下，土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同；对饱和粘性土地基，在锤击作用下。在夯击点附近地基土体结构破坏，在一定范围内地基土体中将产生超孔隙水压力，若随着时间超孔隙水压力消散，地基土体固结，孔隙比减小，土体强度提高。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。
2.1动力密实
采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相（空气）被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击～遍后，其夯坑深度可达0．6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN.m的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60％。
2.2动力固结
用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在士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。由于软土的触变性，强度得到提高。饱和粘性土地基采用强夯加固效果取决于触变恢复和地基土的固结。
3.影响有效加固深度的主要因素
3.1夯击能
夯锤锤重（M）和提升高度（h）是影响强夯有效加固深度的重要因素。单击夯击能太小时，土体中的水分不易排出，这时仅靠增加夯击次数并不能产生效果，甚至可能出现橡皮土。笔者认为，单击夯击能的选取应在不破坏土体结构的前提下，根据设计加固范围内土体的控制指标的要求，尽可能地取大值。这时，不仅土体中的水分能有效地排出，同时可减少夯击次数，将加固场地的单位面积夯击能控制在较小的水平上，大大提高强夯施工的效率。软土地基由于孔隙水压上升高、消散慢，固结时间较长，触变固化过程较慢。因而在软土地基上进行强夯时，极易出现橡皮土。进行强夯法施工设计时，单击夯击能应根据现场工程地质条件和工程使用要求，在预估强夯有效加固深度的基础上，根据强夯试验来确定。确定强夯单击夯击能以后，就存在一个锤重和落距的搭配问题。工程实践证明，在夯击能一定的情况下，重锤低落距的夯击效果要优于轻锤高落距。由于夯击能与有效加固深度之间具有良好的线性相关性，且易于量测和计算，在工程实际中，运用较多，以Menard公式最为典型。
3.2锤底面积
在单击夯击能一定的情况下，锤底面积越大，贯入度就越小，达到相同的加固效果所需夯击次数就越多，夯击点少，侧向加固范围就越大。锤底面积过大时，加固效果不显著。当锤底面积较小时，贯入度就大，所需夯击次数就少，锤底主压实区深度较大，侧向加固范围就小，加固一定面积需要的夯点多，总加固深度较大。以湿陷性黄土为例，说明了有效加固深度的计算用（Mh/A）比用（Mh）更为合理，一方面，避免了估算修正系数的麻烦，另一方面，计算结果略小于实测结果，对工程应用更为有利。锤底静压力是指单位面积上的夯锤重量，它的大小应限制在一定的范围内，锤底面积过小，夯锤将陷入地基造成起夯困难，过大则影响加固效果。笔者建议锤底静压力在25～40kPa之间取值。
3.3土体特征
强夯法加固土体的目的就是增加土体的密实程度、提高强度、降低压缩性。土体干重度是衡量土体密实程度的重要指标。土体干重度较小时，土中颗粒排列较松散，对夯击应力的阻力较小，夯击效率较高。当干重度超过一定数值（一般取15kN/m3）时，土体对夯击应力的阻力较大，夯击效率降低。除了上述影响因素外，夯击次数、夯点间距、每遍夯击间隔时间、土体平均含水量、地下水位、不同土层的厚度和埋藏顺序以及其它强夯的设计参数等，都不同程度地影响有效加固深度的大小。在具体应用中，应根据不同的土质和工程实际，具体问题具体分析。
4.关于有效加固深度的起算点
有效加固深度作为强夯加固地基的一个主要指标，通常是由设计人员提出来的。从设计的角度，它一般指基础底面以下地基的主要持力层厚度及一部份下卧层，是指加固后满足设计要求的地基的最小深度。强夯施工后，起夯面随不同的填土厚度和不同的强夯能量，会有1～2m的沉降量。因此，起夯面的标高须在试夯后确定。有一个最佳标高，以这个最佳标高为起夯面，强夯的地面标高≥基础底面标高+0.5。上式中，“0.5”表示最小基础埋深0.5m。强夯后，表层约有0.5m左右土层由于锤底弹性波的反射而松动，这部份土层须采用碾压等其它手段进行加固，否则是不能直接作为地基持力层的。而一般基础设计，要求最小基础埋深为500mm。二者恰巧大致相等。
由此，我们知道有效加固深度的起算点，不是天然填土面，而是经试夯后，综合考虑了地面沉降量、基础埋深、最小基础埋置深度后确定的一个起夯面。这个起夯面标高可能高于原始填土面标高，也可能低于原始填土面标高。
起夯面标高≥试夯夯沉量+0.5+基础底面标高最佳起夯面，应是场地经强夯后整平，能达到这样一个最佳地面标高：从这个标高开挖基槽的深度大于0.5m，又小于设计的基础埋深（既能满足设计要求，又能最大限度的减少基槽开挖的土方量，从面降低工程造价。
5.总结语
地基设计的变形控制理论不仅适用于一般地基设计，在强夯设计和施工时也应严格按照变形控制理论进行设计，还应按变形控制进行强夯设计。
参考文献：
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