朱建锋   水伟厚

（上海现代建筑设计集团申元岩土工程有限公司上海）

 在全面建设小康社会的四项目标中，可持续发展能力不断增强，生态环境得到改善，资源利用效率明显提高，促进人与自然的和谐已经成为今后社会发展的共识。我国人口众多，土地资源有限，人均耕地仅为世界平均数的十分之一。在进行大规模建设时，必须节约和少占耕地，尽量利用各种“不毛”之地，如淤泥、滩涂、回填土、沙基、垃圾坑、废料堆场以及深厚湿陷性黄土等不良地基，利用节能环保的地基处理技术进行人工造陆、围海造田等。

一、强夯技术的简介

强夯技术(Dynamic Compaction)是一种节能环保的地基处理方法，自1975年介绍与引进、1978年开始在工程中试用以来，受到中国工程界的高度重视。强夯技术能大量消耗建筑及工业垃圾，利用各种无机固体废料进行地基加固处理，减少环境污染。强夯技术处理后地基的不均匀性得到改善，能充分保证建筑物的安全使用。适合中国国情，具有显著的社会和经济效益及广泛的应用前景。

强夯法是一种经济高效、节能环保的地基处理方法，可提高地基强度，降低压缩性，消除湿陷性，改善其抵抗振（震）动液化的能力等。同时，强夯法也可提高土层的均匀性，减少工后差异沉降。该法自诞生以来，以其经济易行、效果显著、设备简单、施工便捷、节能环保、质量容易控制、适用范围广、施工周期短等突出优点，在全球各类工程的地基处理中得到了日益广泛的应用。

强夯的基本思想源于古老的夯击方法，早在公元前6世纪，我国就已经运用了以夯击法加固地基土或土工构筑物的施工方法。而其正式地定义和应用应始于1969年，L.Menard对法国南部Cannes附近Napoule海滨一采石场废土石围海造成的场地进行的强夯密实处理。据不完全统计，到1995年止，全世界已有几十个国家的5500余项强夯工程付诸实施，处理地基面积达到1亿3千万m²。强夯技术加固地基的原理可见图1所示。

图1 强夯技术加固地基原理示意图

二、强夯技术的特点

现今，在传统工艺的基础上，强夯施工开始走向多元化，且相比较与其它的施工手段，强夯技术具有以下一些特有优点：（1）适用各类土层；（2）应用范围广泛；（3）加固效果显著；（4）有效加固深度深；（5）施工机具简单；（6）节省材料；（7）节省工程造价；（8）施工快捷。总之，只要环境允许、土层条件适合，强夯法在某种程度上比其他机械的、化工的或力学的加固方法使用更为广泛和有效，是最具节能省地优势的技术措施。例如，使用强夯法处理碎石土、砂类土、非饱和粘性土等粗粒土地基，其承载能力可提高200%~500%，压缩性可降低20%~90%。随着经验的丰富以及施工方法的科学化、现代化，尤其是排水条件的改善，使用强夯法所处理的土类不断增加，甚至对海底、水下的软弱土层也可尝试通过特殊工艺进行强夯处理。

强夯技术不仅是一种节能环保的地基处理技术，而且在很多地基处理项目中具有不可比拟的性价比。如广东省某项国家“八五”重点工程(60万m²砾质粘性土回填地基)，在进行地基处理方案的可行性分析时，为确定一种较为经济合理的地基加固方案，根据地质情况在该场地共进行了三种地基加固方案的现场对比试验：

(1)挤密碎石桩复合地基加固方案

回填土地基经挤密碎石桩加固后，复合地基承载力可从100kPa提高到133~167kPa，平均仅提高50%，而费用高达200~300元/m²，平均每提高10kPa需要费用50元。如果该工程60万m²回填土地基全部采用这种方法加固处理，总费用约为一亿元，且工期大大延长，所以该方案不宜作为大面积地基加固方案。

(2)钢筋混凝土桩基础方案

根据该工程的试桩结果，填方区回填土地基的钻孔灌注桩承载力比挖方区同类钻孔灌注桩承载力约低40%，这充分反映了4~8m厚的回填土对桩承载力的影响。再加上回填土湿陷性造成的负摩阻力影响，每根桩约有近一半的桩长不能发挥作用，按全部工程2万根桩计算，将近一万根桩被白白打入地下，浪费十分惊人，而且工期大幅度延长。所以，采用桩基础也不合理。

(3)强夯法加固处理方案

回填土地基经强夯加固后，地基承载力可从100kPa提高到200kPa左右，按50元/m²加固费用计算，平均每提高10kPa仅需费用5元/m²，成本仅是挤密碎石桩复合地基加固方案的10%，该工程60万m²回填土地基如果采用强夯法加固处理，仅此一项就比挤密碎石桩复合地基加固方案节省投资数千万元，与上述两种方案相比，强夯法又可大大缩短工期，因此，强夯法是较为经济合理的地基处理方案。

表1-1列出了目前国内外较为常用的地基处理方法的单位面积加固费用和工期比。可见，只有地基条件适宜，强夯法是造价最省、工期最短的地基处理方法。

三、强夯技术的应用

20世纪80年代中国采用强夯法处理填海地基获得成功，并在沿海地区推广应用，为我国广大沿海地区进行大规模“填海造地”工程提供了经济有效的地基处理方法和经验，从根本上解决了建设与农业争地问题的矛盾，具有重大的经济效益和社会效益。

对于工业废渣来说，采用强夯法处理的效果也是理想的。我国冶金、化学和电力等工业部门排放大量废渣，堆积如山，不仅占用大量土地，而且造成环境污染。工程实践证明，将质地坚硬、性能稳定和无侵蚀性的工业废渣作为地基或填料，采用强夯法处理，能取得较好的效果，从而解决了长期存在的废渣占地和环境污染问题，同时还为废渣利用开辟了新的途径。随着社会发展，人口激增，环境问题日益严重，而对每天产生的大量垃圾和固体废弃物的处理更是迫在眉睫，治理城市废物和垃圾已成为世界各大城市的重大环境问题。以我国为例，据不完全统计，我国的城市生活垃圾年产量以9.6%以上的速度递增，从1988年的6亿吨猛增到2000年的10亿吨，如果加上历年的累计存储，总计存量已超过70亿吨。利用强夯法处理工业和生活垃圾，有极大的优越性，国外有很多工程都取得了成功，近几年，英国、法国、美国、西班牙、比利时等国家都在用强夯法处理垃圾填埋场和固体废弃物。强夯法地基处理不使用钢材、水泥等能耗高的工业产品，而且施工时还可以将工业矿渣炉渣、建筑垃圾、生活垃圾等废料做为建筑材料了用于工程。故当前应用强夯法处理地基的工程范围极广，已付诸实践的有工业与民用建筑、重型构筑物、机场、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、飞机场跑道及码头、核电站、油库、油罐、人工岛等。近年来强夯法在工程建设与环境保护协调方面已发展应用于垃圾填埋场、沙漠地基、核废料场等的处理。

四、强夯技术的前景

目前我国的能源形势相当严峻。我国的人均煤炭储量只占世界人均储量的50％、原油占12%、天然气仅占6%、水资源仅占25％、森林资源仅占16.7％。我国已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消耗国。作为能耗大国，我国建筑总能耗已占社会能耗的近30％，有些城市高达70％，建筑节能潜力巨大。

节能专项规划是我国能源中长期发展规划的重要组成部分。国家发展改革委《节能中长期专项规划》中明确指出：节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。为推动全社会开展节能降耗，缓解能源瓶颈制约，建设节能型社会，促进经济社会可持续发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标，必须提高能源的利用效率，大力推广节能环保技术的开发和应用。

为了让全人类生活得更好，岩土人要改造世界。既为防灾于未然，也为大桥高楼基础更加坚强。那么在进行岩土改造的同时，如何保障岩土及相关工程可持续发展便被提上了日程。

美国绿色建筑中心编著的《绿色建筑技术手册》，其中对绿色的叙述是：“这种‘发源地——发源地’的方法称之为‘绿色’或‘可持续’建筑技术。它从原材料的使用、产品的制造到产品运输，建筑设计、建造、运行与维护，以及建筑的再使用或报废的全过程均考虑其经济性、对环境影响和性能。”它告诉我们：①尽可能少地扰动；②从自然中来，到自然中去；③结束是新的开始；④循环式高层次往复；③永恒地持续下去；⑥重视过程。绿色岩土亦然，要求重视岩土工程的绿色性或可持续性，其核心在工程上，根本点在于：①认识、改造影响环境的岩土工程问题；②强调岩土工程本身的可持续性。这些观点正是切合了强夯加固法的特点。强夯法将土作为一种能满足技术要求的工程材料，在现场对土层本身作文章，以土治土，充分利用和发挥土层本身的作用，符合岩土工程“要充分利用岩土体本身作用”的总原则，且对于土层没有化学性质上的损害，是一种绿色的地基处理方法。

我国节能技术政策大纲明确指出，逐步实现城市垃圾分类收集和处理，积极推行废品回收和综合利用。有条件的城市应试行建设垃圾利用等工程，这是节约能源，实现环境保护，促进经济可持续发展的有效之举。

当前，我国生活垃圾产生量惊人，城市人均年产生活垃圾近500公斤，并且随着生活水平的提高，正以每年8％至10％的速度增长，但由于资金等原因生活垃圾的无害化处理率却不到10％；换而言之，有90％的城市生活垃圾只能运往城郊长年露天裸露堆放。全国200余座城市陷入垃圾的包围之中，“垃圾城”已成为威胁人们生活环境的一大公害。这些城市生活垃圾中含有各种病原体和寄生虫，甚至含有各类有毒有害物质，既污染土壤和水源，也占用土地资源、破坏环境卫生。据调查，北京市仅三环路与四环路之间的垃圾就占地7000多亩，四环路以外的大型垃圾山还有600余座。北京市日产生活垃圾在1．2万吨以上，其体积相当于两座半景山的大小。城市垃圾中约有70％的无机物，其中占很大比例的建筑垃圾、工业矿渣炉渣等可以做为强夯的填料加以处理和应用。因此，强夯技术处理垃圾等固体废弃物，蕴藏着巨大的可利用潜力，这也是化害为利、变废为宝、实现经济及环境效益双赢的资源之一。

为了节约耕地和充分利用土地资源，国内外已出现加大开山填沟和填海造陆工程的趋势，因此随着强夯理论和工艺的成熟，强夯发展的趋势是能级不断增加，与之相配套的高性能专用强夯机的出现也是必然(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”（04-2-016）中第二个子项目将对高能级专用强夯机进行研制与开发)。高能级强夯有效加固深度大，可加固处理下伏深厚淤泥的山皮石回填地基、山区块石杂填地基、废弃采石场(含大孤石)、垃圾填埋场等其他方法很难甚至无法处理的地基，对于提高地基土强度和均匀性，降低压缩性，消除湿陷性，改善其抵抗振(震)动液化的能力等具有明显的效果。

五、结语

目前，国内大型基础设施(机场、码头、高等级公路等)建设的发展和沿海城市填海造陆工程以及位于黄土区域内的西部大开发，都给强夯工程的大量实施创造了条件。据“八五”、“九五”期间强夯的增长速度预测，“十五”期间每年需采用强夯法处理的地基有500~600万m²，其中约有一半以上需采用高能级强夯处理。同时，我国近期又有多项大型基础设施开工建设，“西部大开发”、“纵横通道”,“长三角”、“珠三角”和“环渤海”等经济区域的快速发展等都将带动大批基础设施建设项目，工程建设中的山区杂填地基、开山块石回填地基、炸山填海、吹砂填海、围海造地等工程也愈来愈多。

强夯技术的应用，对于节约水泥、钢材，降低工程造价，净化人类生存环境等许多方面都有显著优点。多年工程实践表明，强夯技术的广泛应用有利于节约能源和环境保护，是一种绿色地基处理技术，其进一步应用必然使强夯这一经济高效的地基处理技术为我国工程建设事业做出更大的贡献。