強(qiáng)夯法加固地基，適用范圍廣泛，可用于濕陷性黃土、碎石土、砂土、一般粘性土、軟土以及工業(yè)或生活垃圾等各種填土地基。對(duì)于非飽和土地基，強(qiáng)夯加固效果顯著，在呈流塑狀的淤泥中拋填碎石、（鋼渣、礦渣）進(jìn)行強(qiáng)夯擠淤也能取得較好的效果。


    強(qiáng)夯法一般采用重力為80kN（8t）以上重錘，起吊到6m以上高度，垂錘呈自由落下，對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)。它是一種既能提高地基強(qiáng)度，降低其壓縮性，又能改善其抵抗地震液化的強(qiáng)力和消除土的濕陷性的地基加固方法。

    該法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，質(zhì)量控制方便，適用范圍廣泛。對(duì)飽和土地基加固效果的好壞，關(guān)鍵在于排水，如飽和砂土地基滲透性好，超孔隙水壓力容易消散，夯后固結(jié)快。對(duì)于飽和粘土或淤泥質(zhì)土，由于滲透性差，必須慎重對(duì)待。

    強(qiáng)夯法加固地基，能代替某些樁基礎(chǔ)而節(jié)省鋼材、木材和水泥，而且速度快、效果好、投資少，是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的地基加固方法。

    1.1強(qiáng)夯法最適宜的施工條件：

    （1）處理深度一般不超過15m；

    （2）地下水位距地表面2～3m為宜；

    （3）夯擊對(duì)象最好為粗顆粒土組成；

    （4）施工現(xiàn)場(chǎng)距原有建筑物應(yīng)有足夠的安全距離，一般宜大于10m；

（5）對(duì)于飽和軟土，地表面應(yīng)鋪一層較厚的礫石、砂士等填料。

加固目的及要求

    不同地基和工程有不同的加固要求：

    2.1以提高地基承載力，消除不均勻變形為主。

    2.2對(duì)地震液化地基，加固后應(yīng)消除液化。不同的液化地基有不同的要求。

    2.2.l對(duì)飽和砂土地基，加固后標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N63.5值大于按下式計(jì)算出的N＇值時(shí)，視為不液化：

              N＇＝N′［l＋0.125（ds－3）－0.05（dw—2）］  （1）

式中：N＇——飽和砂土所處深度為ds，室外地面到地下水位距離為lm時(shí)，砂土液化臨界標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)；          

N＇——當(dāng)ds=3m，dw=2m時(shí)，砂土液化臨界貫入錘擊數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)烈度為7、8、9度時(shí)，其數(shù)值分別為6、10、16；

      ds——飽和砂土所處深度（m）；

          dw——室地面到地下水水位距離。

    2.2.2輕亞粘土可按下式計(jì)算：

             N″＝14.5＋0.5ds—2.4dw—Mc。（2）

式中：Mc——粘粒含量，以百分?jǐn)?shù)為單位。

    當(dāng)實(shí)際標(biāo)貫擊數(shù)N63.5大于計(jì)算值N″值時(shí)為不液化。

    2.3對(duì)濕陷性黃土地基加固，要求消除濕陷性，其濕陷系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：

 （3）

式中：    δs——濕陷系數(shù)；

          hp——保持天然濕度和結(jié)構(gòu)的土樣，加壓至一定壓力時(shí)，下沉穩(wěn)定的高度（cm）；

          hP′——上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在侵水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度（cm）；

          ho——土樣的原始高度。

    強(qiáng)夯加固后地基濕陷系數(shù)δs ＜0.015時(shí)為消除濕陷性。

2.4對(duì)軟弱土地基加固，著重于提高地基土的強(qiáng)度和減少變形。

施工準(zhǔn)備

    3.l機(jī)具準(zhǔn)備

    3.1.1夯錘

    3.l.l.l夯錘所用材料

    夯錘可用鋼制，也可采用鋼板殼，內(nèi)填鋼筋頭、鋼砂或澆灌混凝土制成。鑄鐵和鑄鋼材料制成的夯錘，體積小重心較低，穩(wěn)定性強(qiáng)，回彈幅度不大，效率高。大噸位的可做成裝配式的鑄鋼夯錘，以利運(yùn)輸。

    3.1.1.2夯錘形狀

    夯錘形狀可為圓柱形、方形、梨形、球形等形狀。為了減少或消除錘提升時(shí)土與錘之間的吸附力，以避免增加起重機(jī)的負(fù)荷，夯錘應(yīng)設(shè)4～6個(gè)從錘底貫穿于錘頂?shù)呐艢饪住?br/>
    3.l.l.3夯錘尺寸

    夯錘單位面積可根據(jù)以下原則進(jìn)行選則：

    （l）夯錘單位面積的靜壓力宜在25～40kPa；

    （2）夯擊能級(jí)在2000kN•m以下時(shí)，單位面積的沖擊能宜為300～500kN·m／m2；

    （3）夯擊能級(jí)在3000kN·m以上時(shí)，單位面積夯擊能宜在600～800kN·m／m2；

    （4）對(duì)于砂土和碎石土等，應(yīng)選用較小面積的錘；對(duì)于軟土、淤泥及淤泥質(zhì)土等應(yīng)選用較大面積的錘；對(duì)于輕亞粘土、黃土等應(yīng)選用中等面積的錘。

    3.1.1.4夯錘重量

夯錘最佳重量可根據(jù)下式?jīng)Q定：

M＝（l＋K／2）AγR  （4）

式中：    M——夯錘重量（t）；

          K——有效加固影響深度系數(shù)；

          γ——地基土的天然容重；

          A——夯錘底面積（m2）；

          R——夯錘底半徑。

    使用式（4）時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    （1）當(dāng)夯錘底面為曲面時(shí)，其底面積A為投影面積；夯錘半徑R相應(yīng)于投影圓的半徑；

    （2）地基土的天然容重γ為強(qiáng)夯處理前的地基土設(shè)計(jì)有效加固深度范圍內(nèi)的加權(quán)平均值；

    （3）有效加固影響深度系數(shù)K值此處取值為0.5～0.7。

    3.1.1.5夯錘排氣孔的設(shè)置

    （l）夯錘上排氣孔的總面積約占夯錘投影面積的15％左右；

    （2）排氣孔設(shè)置要分布均勻，上下貫通，其數(shù)量為4～6個(gè)；

    （3）排氣孔的中心一般在夯錘投影面半徑的中點(diǎn)；

    （4）如果制作允許，也可做成上小下大的喇叭口；

    （5）如果是鋼殼的混凝土錘或用于飽和粘性土等軟土地基加固的夯錘，其孔徑可適當(dāng)增大，以利排氣和清孔。

    3.l.2起重設(shè)備

    3.1.2.l起重設(shè)備應(yīng)根據(jù)夯錘重量選擇。

    3.1.2.2起重設(shè)備可采用履帶式、輪胎式吊車及強(qiáng)夯專用三腳架，宜優(yōu)先選用履帶式吊車，其起重能力一般不小于15t。

    3.1.2.3當(dāng)?shù)踯嚨钠鹬啬芰π∮诤粨粢�求（即錘重×錘到吊車中心位置的距離）時(shí)，可在一定范圍內(nèi)，增設(shè)龍門架支撐；亦可由二臺(tái)吊車組合成“雙機(jī)組合吊車”進(jìn)行施工。

    采用輪胎吊強(qiáng)夯，應(yīng)與龍門架支撐配合施工。

    3.2現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

    3.2.1施工場(chǎng)地應(yīng)平整，并經(jīng)推土機(jī)壓實(shí)，以承載吊車及夯錘的重量。

    3.2.2測(cè)量放線，放出夯擊范圍及夯擊點(diǎn)的位置。

    3.2.3如鄰近有建筑物時(shí)，應(yīng)距強(qiáng)夯點(diǎn)一定距離內(nèi)挖好隔振溝。

    3.2.4準(zhǔn)備好配套的推土機(jī)、自動(dòng)脫鉤裝置、夯錘、經(jīng)緯儀、水平儀、滑輪、鋼絲繩及繩扣等機(jī)具。

    3.3勞動(dòng)組織（每臺(tái)班）

    （l）工長(zhǎng)兼技術(shù)員1名；

    （2）測(cè)量兼沉降記錄員1名；

    （3）現(xiàn)場(chǎng)操作指揮，兼扶塔尺1名；

    （4）掛鉤1～2名；

    （5）吊車司機(jī)1名。

試夯

    4.1試夯的工作內(nèi)容

    4.1.l根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告及加固要求，在施工現(xiàn)場(chǎng)選取一塊有代表性的試驗(yàn)區(qū)，其面積不小于20×20m2；該試驗(yàn)區(qū)亦可選在需加固的地面上。


    4.1.2按選定的夯錘用不同擊數(shù)（或不同高度）進(jìn)行夯擊。

    4.1.3根據(jù)試驗(yàn)要求在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的不同點(diǎn)和不同深度處埋設(shè)孔隙水壓探頭，做好夯前、夯后的孔隙水壓的跟蹤測(cè)定，確定強(qiáng)夯間歇時(shí)間。

    4.1.4進(jìn)行沉降觀測(cè)，并準(zhǔn)確記錄。

4.1.5整理靜力觸探等測(cè)試結(jié)果，確定強(qiáng)夯遍數(shù)及每遍夯擊次數(shù)。

施工參數(shù)的確定

    5.l有效加固范圍

5.l.1加固范圍（見圖1）



    5.1.1.1根據(jù)修正梅納公式，加固深度和寬度可按下式計(jì)算：

                     （5）

                       b＝2htgθ＋l                   （6）

式中：    h——有效加固深度（m）；

          K——有效深度修正系數(shù)，其值為0.3～0.9；

          b——有效加固寬度（m）；

          θ——壓力擴(kuò)散角，一般取θ=22º～30º；

          M——錘重（t）；

          H——夯錘落距（m）。

5.1.1.2根據(jù)波的傳播特性和土對(duì)能量的吸收情況，可根據(jù)下式確定加固半徑（即加固寬度和深度）rs（見圖2）。

         (7)

式中：     rs——有效加固半徑（m）；

           M——錘重（t）；

           H——夯錘落距（m）；

           Vp——縱波波速（m／sec） ；

           α——土的能量吸收系數(shù)；

           Ki——大于1的系數(shù)，一般為3～5。

土的能量吸收系數(shù)α值  表1
土    質(zhì)    情    況 
α值(s/m)

松軟飽和粉細(xì)砂、亞粘土、輕亞粘土、粘土 
0.01～0.03

很濕的亞粘土、粘土 
0.04～0.06

稍濕的和干的輕亞粘土、亞粘土 
0.07～0.10

硬塑的粘土和中密的塊石、碎石 
0.0875～0.115

可塑的粘土和中密的粗砂、礫石 
0.1～0.125


注：本公式引自《巖土工程學(xué)報(bào)》1986年第三期左名麒著《震動(dòng)波與強(qiáng)夯法機(jī)理》

    5.2間歇時(shí)間

    每遍強(qiáng)夯之間的間歇時(shí)間，應(yīng)根據(jù)孔隙水壓力消散時(shí)間的長(zhǎng)短而定。

    加強(qiáng)在間歇時(shí)間中對(duì)孔隙水壓力的觀察，當(dāng)孔隙水壓從峰值消散到穩(wěn)定值后所需的時(shí)間即為合理的間歇時(shí)間。砂土可不考慮間歇時(shí)間的影響。

    5.3夯擊點(diǎn)布置

    5.3.l對(duì)基礎(chǔ)面積大或粘性土，宜用正方形網(wǎng)格布置。

    5.3.2對(duì)條形基礎(chǔ)可采用“點(diǎn)線插檔”法布置。

    5.3.3柱基宜采用點(diǎn)夯，對(duì)加固深度較大的工程，可按土層厚度不同，分二遍以上點(diǎn)夯，最后一遍滿夯。

    5.3.4對(duì)砂性土或填石地基和土夾石填料可用連夯法布點(diǎn)夯擊。

    5.4夯擊擊數(shù)的確定

    夯擊擊數(shù)的確定，是根據(jù)地基加固后應(yīng)達(dá)到規(guī)定指標(biāo)來確定的。夯擊要求豎向壓縮最大，側(cè)向移動(dòng)最小。

    5.4.l對(duì)于非飽和土或填土，可將最后兩擊的下沉量之和的平均值小于4cm作為每點(diǎn)的夯擊擊數(shù)。

5.4.2對(duì)于飽和粘性土，應(yīng)以孔隙水壓力上升到最大值即等于土體自重：

 Ut=9.80665×10－2γ·ho          （8）

式中：    Ut——孔隙水壓力（kPa）；

          γ——土的容重（g／cm3）；

          ho——上覆土層厚度（cm）；

          或出現(xiàn)液化現(xiàn)象來控制夯擊擊數(shù)。

    5.5夯擊遍數(shù)

確定夯擊遍數(shù)的原則是根據(jù)壓縮層厚度、土質(zhì)條件和計(jì)算沉降要求來確定。土體壓縮層越厚，土的顆粒越細(xì)，含水量越高，夯擊的遍數(shù)宜多；當(dāng)夯擊沉降量為計(jì)算最終沉降量的80～90％時(shí)，即視為夯擊完畢。

 

施工工藝

6.l強(qiáng)夯法施工程序（見圖3）   



6.2夯擊施工注意事項(xiàng)

    6.2.l嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)布置的夯點(diǎn)放線、夯擊；按照試夯所確定夯擊擊數(shù)、間隔時(shí)間、夯擊遍數(shù)、錘重、落距等參數(shù)施工。

    6.2.2如采用方形錘應(yīng)有人工導(dǎo)向。

    6.2.3在滿夯時(shí)應(yīng)隨時(shí)調(diào)整吊車位置，以防止出現(xiàn)以吊車為中心的扇形面，影響夯擊效果。

    6.3施工中的安全注意事項(xiàng)

    6.3.1強(qiáng)夯施工的夯錘系自動(dòng)脫鉤，現(xiàn)場(chǎng)施工必須高度集中，統(tǒng)一指揮，不得有任何混亂現(xiàn)象，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)由起重指揮員全面負(fù)責(zé)。

    6.3.2吊車司機(jī)、推土機(jī)司機(jī)都要集中精力聽從起重指揮員的號(hào)令，不得盲動(dòng)，夯錘起吊后，禁止任何人從吊桿下方通過。

    6.3.3吊車司機(jī)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。

    6.3.4夯錘升起如超過脫鉤高度仍不能自動(dòng)脫鉤時(shí)，起重指揮員應(yīng)立即發(fā)出停車信號(hào)，并將夯錘落下，找出原因，進(jìn)行處理。

    6.3.5夯擊前應(yīng)注意周圍高壓線對(duì)吊車及纜繩的影響，對(duì)臨近的建（構(gòu)）筑物、廠區(qū)豎向工程地下管溝或管線、電桿等亦應(yīng)保持一定距離，并會(huì)同設(shè)計(jì)部門進(jìn)行調(diào)查，共同確定強(qiáng)夯加固范圍。對(duì)臨近有精密電子設(shè)備的建筑物，應(yīng)采取隔振措施，以消除振動(dòng)帶來的危害。

6.3.6夯擊場(chǎng)地應(yīng)視情況適當(dāng)灑水，以防石、水四濺，塵土飛揚(yáng)，在吊車操作室擋風(fēng)玻璃前，應(yīng)增設(shè)一面鉛絲防護(hù)網(wǎng)。

 

強(qiáng)夯加固效果檢測(cè)

強(qiáng)夯后的地基應(yīng)進(jìn)行加固效果檢測(cè)，可選擇靜力觸探、荷載板、標(biāo)貫、十字板、旁壓儀等測(cè)試項(xiàng)目，一般不少于一項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目。

工程實(shí)例

    8.l天津瑪鋼廠新建鑄造車間、辦公樓等，建造在原為坑塘洼地上，表層雜填土厚為3～7m，主要為拆房土、生活垃圾、爐渣、鐵屑及小鐵塊混雜而成。

    強(qiáng)夯加固的房屋地基面積共計(jì)5686m2。施工中采用W—1001型履帶式起重機(jī)，夯錘采用20mm厚鋼板為殼，錘內(nèi)用鋼板分成九格，填以鋼砂，錘重9.4t，落距11.2m，每擊夯擊能為1032kN·m。采取先滿夯，每點(diǎn)3～4擊；然后在建筑物基礎(chǔ)部分按基槽的寬度連續(xù)夯，夯間距3.3m，每點(diǎn)夯8～10擊，以最后兩擊下沉量之和的平均值≤4～ 6cm為限。

    此次施工，采用了中科院武漢巖土研究所的動(dòng)、靜態(tài)兩套儀器測(cè)量孔隙水壓力；采用4個(gè)65型微振儀進(jìn)行波速測(cè)量，還采用了鐵道科學(xué)院研制的K30地基承載力試驗(yàn)車進(jìn)行測(cè)試。

    強(qiáng)夯后，地基承載力提高了67％。更主要的是，強(qiáng)夯后的雜填土地基具有較好的均勻性，解決了負(fù)摩阻力問題，滿足了房屋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和變形要求。該工程已建成5年，使用效果良好。

    該工程節(jié)省投資約40萬元。

    8.2強(qiáng)夯法加固軟土及輕亞粘土地基，消除了液化。

    中匈合資肉雞聯(lián)合總場(chǎng)，位于天津西郊，場(chǎng)地為鹽堿荒地。擬建的8個(gè)筒倉高22m，單倉總重900t。地基加固要求：提高承載力和滿足烈度為8度地震時(shí)的地基不液化要求。

    該場(chǎng)地地面下0～4m的飽和輕亞粘土層為嚴(yán)重可液化地基。0～8m各地層承載力很低。

    強(qiáng)夯施工采取先用推土機(jī)推去60cm厚的表層土，再進(jìn)行點(diǎn)夯和滿夯作業(yè)。夯錘重9t，落距10.5m，夯間距3.4m，點(diǎn)夯1遍，每點(diǎn)8擊，滿夯每點(diǎn)3擊。

    加固后的地基評(píng)價(jià)：

    8.2.l地基承載力

    8.2.1.1  0～4m的輕亞粘土層，強(qiáng)夯前〔R〕＝100kPa左右，強(qiáng)夯加固后〔R〕＝240kPa；

    8.2.1.2  4.1～6.8m粘土層，強(qiáng)夯前〔R〕＝110kPa，強(qiáng)夯后〔R〕＝150kPa。

    8.2.2地震液化問題

    強(qiáng)夯后，經(jīng)檢測(cè)和應(yīng)用有關(guān)規(guī)范規(guī)定的公式驗(yàn)標(biāo)，在烈度為8度地震時(shí)為不液化地基。