强夯法的技术发展

来源：新编全国重大工程项目地基处理工程实录

近年来，国内强夯技术发展迅速，应用范围更为广泛，其关键技术主要集中在高能级的强夯技术研究和饱和软土复合地基的强夯技术研究。

(1)高能级强夯技术：为了加固深厚地基，特别是山区非均匀块石回填地基和抛石填海地基。必须施加高能级进行强夯处理，这样对高能级的加固机理和强夯机具提出了新的技术要求。

我国于1992年率先在三门峡火力发电厂采用8000kN·m强夯技术，用于消除黄土湿陷性。之后8000kN·m强夯技术在我国普遍采用，目前10000kN·m已成功通过试验和工程应用，并成为国内的最高能量强夯，其有效加固深度约在12～15m之间，几项工程效果如下：

三门峡火力发电厂  消除黄土湿焰性  有效加固处理深度11.5m；

惠州马鞭洲油罐区工程  处理抛石填海地基  (双层强夯)处理深度24m；

惠州威宏油罐区工程  处理抛石填海地基  处理深度12m；

贵州瓮福磷肥重钙工程  处理山区非均匀回填地基  处理深度10m；

岳阳石化总厂原料工程  处理山区非均匀回填地基  (双层强夯)处理深度17m；

秦皇岛输油泵站罐区工程  处理山区非均匀回填地基  处理深度10m；

大连西太平洋石油化工炼油厂  处理山区非均匀回填地基处理深度12m。

《建筑地基处理技术规范》对8000KN·m以上强夯的处理深度没有建议，梅纳公式又显然不适宜。

高能级强夯施工的主要机具是50t履带吊，辅以龙门桁架，起吊高度接近20m，夯锤重量约为430kN，直径约为3.2m，静压强53.5kPa。    

一般以3000kN·m强夯为限，当强夯能量小于3000KN·m时，施工机具相对简单，50t履带吊不必辅以龙门桁架，施工便捷、定位快、工效高、移动迅速；当强夯能量大于3000kN·m时，50t吊车必须辅以龙门架才足以保证安全施工，因而机具移动、定位相对较慢；工效相对降低。

当强夯能量要求大于8000kN·m时，目前施工单位常用的50t履带吊难以承受，因此施工机具的制约是过高能量强夯技术发展的关键。目前国内也在加强这方面的研究。近期已获国家建设部立项的科技项目“高能级强夯地基加固机理工法研究与专用机械研制(04-02-016)”，由中化岩土工程有限公司主持研究，中国建筑科学研究院地基所、上海现代建筑集团申元岩土工程有限公司和大连理工大学协作研究。项目将对高能级专用强夯机进行研制与开发，其效果图如图1所示，相信在不远的将来高能级专用强夯机将会研制出来并得到广泛应用。

图1 高能级专用强夯机效果图

(2)饱和软土复合地基的强夯技术：对于饱和淤泥质粘土或者淤泥质粉土、由于其含水量高，粘粒含量多，粗颗粒含量少；渗透性差，直接采用强夯效果很差，甚至夯后地基承载力降低。那么决定饱和软土不适宜强夯的关键因素是什么?关键在于强夯过程中和强夯以后；饱和软土中超孔隙水压力不能消散，地下水不能排出，强夯所施加的能量根本不能改变土体结构，全部被超孔隙水压所吸收。甚至由此引起原有土体结构破坏，形成人们所称的“橡皮土”。为了提高在这类饱和软土中应用强夯的加固效果；首先必须解决土中地下水的排出和超孔隙水压力消散的问题，因此可以在饱和软土中打入挤密碎石柱桩、砂桩，使其在饱和软土中形成竖向排水通道，既有利于地下水的排出，又有利于超孔隙水压力的迅速消散；软土地表面辅以铺设一定厚度的粗颗粒使土中排出的地下水有横向通道不致逸出地表造成施工困难，形成地表软化；竖向排水通道的形成树时起到了土体置换的作用；增加了粗颗粒含量，使本来不适宜强夯的软粘土成为适宜强夯的含粗颗粒土。一般工程经验证明，当粗颗粒含量大于30％时，地下水位适宜，可以采用强夯；当粗颗粒含量大于60％时，地下水位适宜；强夯效果特别理想。在强夯过程中，饱和软土既有竖向变形也有横向变形，因此砂柱、碎石桩的设计要避免被挤断从而失去排水作用；可以从桩径和排水井的柔软性两个方面考虑，使其适应地基土的变形，同时具有一定的刚度和强度。除挤密碎石桩、砂桩以外，常用的排水井型式还有袋装砂井、硬质纸板、聚氯乙烯多孔塑料板等。本书介绍的天津川府新村住宅小区及天津宜白路住宅小区的工程实录中有关于饱和软土辅以砂井进行强夯加固处理的尝试。深圳福田开发区亦有局部饱和吹填软土辅以塑料插板进行小能量强夯的工程实践。目前我国沿海地区是建设项目热点地区，如石化项目多数设置在沿海地区。而沿海地区多数为软土地基，一般处理这类软土地基的方法有直接采用桩基、挤密碎石桩、深层搅拌桩、粉喷桩及真空预压、堆载预压、塑料插板等，当地基处理面积很大时，上述处理方法的造价、工期将十分惊人，因此工程技术人员对软基处理新工艺的研究兴趣极其浓厚。饱和软土辅以砂桩、碎石桩或其它工艺进行强夯处理技术将是非常具有吸引力的研究课题，应用前景广阔。

该技术既可改进原有直接采用桩基、挤密碎石桩、深层搅拌桩等造价过高，同时又可缩短材料购置、制作、打入周期，其主要方法有以下几种：

方法一：挤密碎石桩加强夯(图2)。如本书所介绍的北京乙烯工程(实录一)，茂名乙烯工程(实录二)都对挤密碎石桩方案与强夯方案作出比较，挤密碎石桩上部加固效果不如强夯，对于饱和软土，结合挤密碎石桩加上强夯，加固效果会非常显著。挤密碎石桩既可起侧挤密作用又可起竖向排水作用。另外，挤密碎石桩加强夯比单纯挤密碎石桩布桩可稀疏，工艺可简化，使该工艺的总费用与单纯挤密碎石桩方案相比基本持于或略高一点。经该工艺加固后可同时满足一般建筑、工业厂房、设备基础的承载力和变形要求。

图2  挤密碎石桩加强夯工艺

据悉，中国建筑科学研究院地基所已将挤密碎石桩加强夯成功应用于青海湖周边的盐渍土地基处理，近期正在研究将该方法应用于天津软土的地基处理。

方法二：砂桩加强夯。砂桩在饱和软土中只起竖向排水作用，因此其总体加密效果比挤密碎石桩加强夯效果要低些，一般可作为大面积厂区地基预处理方案。经过处理后可作为一般建筑，厂房、道路简单设备地基，对于高重设备则需通过验算，必要时还应辅以设备桩基。既便是采用部分桩基也比在饱和软土中直接采用桩基要经济得多，因为此时地基性状经处理后明显改善，桩侧阻力大大提高，消除了湿陷性，液化对桩基承载力的影响，再考虑桩一土共同作用，总体效果更好。

方法三：真空/堆载预压加强夯。目前沿海地区采用真空或推载预压处理软基的较多。

该工艺相对直接采用桩基等方案造价低，但是周期很长，一般需要近一年甚至更长，且加固效果仅能达到80—100kpa。根据预压s—t曲线分析发现(图3)一般情况下堆载预压沉降量在最初的3个月发生最多，约占30％～50％，如果工期要求特别紧迫，此前可在软基中设置袋装砂井，在地表铺设一定厚度的碎石土，既有利于形成横向排水通道，又便于施工机具行走，然后就可以采用小能量强夯加固硬壳层，消除软基的其余部分沉降。经这一综合工艺处理后，地基承载力可达到80~130kPa，一般可作为大面积厂区的一般建筑、厂房、道路、简单设备地基。其特点是比真空或堆载预压工期大大缩短，加固效果更高，费用增加不多。可通过真空预压的插板间距和堆载预压的袋装砂井间距调整来综合考虑成本。由于小能量强夯本身的价格很低，因此两项工艺综合使用的造价并未提高多少，而工期却可大大缩短。

图3 堆载预压曲线

方法四：强夯碎石墩。在沿海地区软基处理中，部分工程采用了强夯碎石墩工艺，如深圳机场工程。强夯碎石墩工艺是将普通强夯的夯锤平底面改造成尖锥形底面，直径缩小，将其吊起后砸入地基内，形成锥状夯坑，将夯锤拔出后向夯坑内填注碎石形成碎石墩，然后再次夯击，将碎石墩的碎石夯击挤入软土中，起到置换和加固效果。

由此可以看出，辅以一定工艺后进行强夯处理是有效、经济地加固处理沿海(包括沿江、湖)地区饱和软土地基的重要研究课题，将会成为目前我国在该领域的重点内容，应用前景广阔。

在传统强夯工艺的基础上，强夯施工开始走向多元化。所谓多元化即对复杂场地进行地基加固时，单一处理方法很难达到设计要求或由于经济等条件受限，那么针对不同的地基土，综合其他加固机理和强夯机理各自的优势共同加固地基的一种复合处理形式。各种方法均有其适用范围和优缺点，强夯法通过与多种地基处理方法联合进行复杂场地的处理，具有明显的经济效益和可靠的技术质量效果。

综上所述，本文作者认为强夯技术的发展有两大趋势：一是高能级的强夯技术研究，二是饱和软土复合地基的强夯技术研究。

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