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1、强夯影响因素综述摘要：本文就强夯施工中的土粒比重、土的含水率、土的密度、夯击面、夯锤重和落距等，做一个综合考虑，分析出各因素对地基处理效果的影响，以供以后施工参考。关键词：强夯 土的特性 夯击能 夯沉量土粒比重土的含水率土的特性土的密度单位夯击能夯锤重落距夯击面夯沉量 图1 各因素相互影响结构图1.引言近年来，很多大型土石方工程开始新建，在诸多工程中，地基处理问题首当其冲，地基问题有很多种，处理方法也有很多种，其中土基的湿陷性问题尤为常见，而其中的一种处理方法：强夯，应用的也越来越广泛。湿陷性黄土的垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力，是它发生湿陷的两个内部因素，而
2、压力和水是外部条件。地基处理的目的是改善土的性质和结构，减小土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生。强夯法就是针对湿陷性黄土的特性，采用起重机将大吨位的夯锤提升到一定高度，使其自由下落，通过对地基施加很大的冲击能，使地基强度提高，土的压缩性降低，消除黄土的湿陷性，以达到地基加固的目的。重锤冲击致使土颗粒破碎或产生水间的相对移动，使微结构破坏，从而使孔隙中气体迅速排出或压缩，孔隙体积减小，从而形成较密实的土体结构。旁边的图2和图3可以比较形象的给出强夯的效果。有关强夯的论文有很多，地基土强夯加固的机理较为复杂，现有的设计计算方法基本上都是经验性或半经验性的，至今尚未形成一套完整的设计计算理论，目
3、前很多工程实用中，通常根据现场试夯结果最后确定正式的强夯施工参数。比如在南水北调中线安阳鹤壁段的地基处理，强夯段的施工过程中，很多都是先选择一个典型处理带，也就是试夯区，进行试夯，试夯结束后，提取地基的相关指标，比如湿陷性系数等，看是否满足要求，如果不能满足要求，再在原有实验的基础上进行改进，每遍的夯击间隔一般为3到4周，整个做下来可能要两个多月，严重影响了施工的进度。强夯法在高速公路的修建，水利工程中，应用较为广泛，强夯法本身来说，设备简单，施工工艺简便，工程造价低，施工条件易满足，但是要想准确的把握其施工效果，并非易事。本文就影响强夯的各因素，做一个综合的考虑。2.影响强夯的主要因素2.1
4、土的特性对强夯的影响 现在很多工程施工中，都是不管土的特性如何，先夯下去再说，看看夯过以后有什么新的变化，地基响应如何，地基承载力提高了多少等等，也就是所谓的试夯。我们能否从另外一个方向去考虑这个问题呢？也就是当我们已经知道了土的相关特性，能否根据这些参数，判断这个地基湿陷性能否通过强夯进行消除，并且对强夯的夯击能，夯击程序给一个相对准确的预判呢？在我们未来的施工中，如果我们要想处理某一块地基，我们首先去采集这块地基的相关参数，然后根据这些参数，决定施工工艺，比如采用强夯，而不是盲目的去夯几下看看，这一点至关重要。河北建筑科技学院建筑工程系的一名老师曾经通过对5个工程100余组土样的液限与土粒
5、比重关系的分析、研究，得到了两者之间的经验关系，并且在30多项工程中得到了验证，这个公式就是Gn=2.6206+0.0031Wl 。通过这个公式，我们可以可用液限试验得到的液限值求得该土样的比重值。这个分析给我们打开了一个思路，就是能否通过土的比重以及含水率和密度等等去确定地基处理方式呢？当然，这个分析研究还告诉我们，土的液化是在强夯中要特别考虑的，不能把本来没有扰动的相对好的地基，经过强夯以后变的更差了。所以在强夯的许多施工技术要求中，就有了很多的限制条件，比如在安阳鹤壁段的强夯技术要求中，就明确规定夯坑周围地面不应发生过大的隆起。土粒比重主要在工程设计中，用于分析土料的颗粒组成、压缩特性、
6、渗透变形及抗滑稳定等。土的含水率也是影响强夯的一个主要因素，含水率越高或者越低，可能都不利于强夯的作用过程，因此在强夯施工过程中，应该有一个适应与强夯要求的最优含水率。土的天然含水量在低于塑限含水量的1-3%，且接近最佳含水量，强夯效应最好。天然含水量接近最佳含水量且不大于塑限含水量、含水量分布均匀时，最后两击夯沉量之和、之差越小，消除湿陷深度越深；在地表水和地下水的影响下，土体天然含水量无规律。地基的土质和含水量直接影响到强夯效果，当天然含水量大于塑限含水量时，同一夯击能的影响深度大大减少，还会出现土体反弹。但是这个也只是工程实践过程中，根据已有数据得到的推论，这个结论并不完善，还需要进一步
7、研究确定。土的密度也是强夯作业中的一个重要参考信息，土的密度越大，强夯作业后的夯沉量同比之下越小，采用强夯所得的效果也就不那么明显，但是这并不意味着强夯的效果不好，在含水率适中，土密度又比较大的情况下，采用强夯处理地基，能够产生比较理想的处理效果。2.2单位夯击能及夯击次数等对强夯的影响强夯的检测指标，一个比较直观的就是夯沉量，我们在平时的施工作业中，多以最后两击的夯沉量，作为夯击结束的一个标准。但是不同的夯击能，包括落距、夯锤重、夯击面和夯击遍数等，会产生不同的夯沉量，夯击能小的，夯沉量必然小，但是根据夯击结束的标准，一样可以找到一个夯击遍数，但是这个处理过程是不科学的。强夯的处理深度一般为
8、6到8米，在这个范围内，夯击能采用多少，采用大的夯锤重还是采用多遍数进行夯击，不同的地质情况不一样，不可一概而论。我们常用的参考夯击能设计，比如安阳鹤壁段河南省水利勘测设技研究院初定的强夯参数是：单击夯击能2000kNm，底面直径：2.5m；夯击击数及遍数：设计采取10击3遍，第一遍夯点按正三角形布置，中距6.5m，第二遍夯点在第一遍夯点之间布置，第三遍满堂布置，最后一遍夯锤落距可降低至46m。各遍夯击间隔34周。这个只是一个参考参数，具体的夯击参数，还要通过试夯确定。就参数的一项来说，夯锤重越大，夯沉量也越大，落距越大，夯沉量也越大；夯击面越小，夯沉量越大，这三个参数中间，还有一个相互平衡，
9、对于某一特定的土基来说，可能这样一个夯锤重是最优的，但是同时考虑上落距和夯击面以及夯沉量，就不能确定是不是最优的了。大的夯锤重对于某些土基可能产生好的处理效果，但是有时也会产生负面影响。比如夯击点四周产生隆起，就是对土基土基破坏性的夯击，这种夯击的夯沉量没有什么参考价值，同时对四周的土基产生破坏。强夯处理土基，我们的要求一般有一个处理深度，根据这个处理深度，来设计合理的夯击能，夯锤重不易太大，达到夯击处理深度即可，夯击的落距也不易过高，一方面要考虑施工的实际操作情况，太高不易操作，也会对施工条件提出很高的要求，并且存在很大危险性，太低可能达不到夯击的效果，并且会增加夯击遍数，也不可取。同时我们
10、应该分清楚，夯击能不能简单的等于夯锤重除以夯击面积，还应该考虑到落距中重力产生的加速度对地基产生的冲击，这个应该更为关键。有效加固深度可以理解为经强夯后，加固效果显著的土层范围，该土层强度提高和压缩模量增大。目前工程中确定有效加固深度的公式主要是LMenard公式5。图4为鹤壁段某工地第5次夯击后，土体在对称轴上以及距对称轴1.10m、2.00m和3.10 m处沿深度的竖向变形。可以看出：离夯坑中心越近，竖向变形越大；在夯坑中心，深度约1倍夯锤半径内，竖向变形基本相同，然后沿深度近似线性递减；在水平方向从对称轴到1倍夯锤半径内逐渐过渡为竖向变形均沿深度近似线性递减；大约在2倍夯锤半径的位置，竖
11、向变形沿深度变化曲线在中间段鼓起；直到3倍夯锤半径以后，土体有被挤压隆起现象，竖向变形出现负值，约1倍夯锤半径以下深度的竖向变形基本相同。计算表明在8.2 m深度处，2倍夯锤半径范围内的竖向变形值大于4cm，因此可以认为强夯的影响深度为8.2m。大量工程实践表明有效加固深度和影响深度的比值变化范围约为0.40.7。强夯的单点加固范围一般用加固半径来表示，该计算公式中的参数选取有较大的随意性，因此计算差异性较大。下面通过分析不同深度处的竖向变形值来探讨加固范围的确定。图5为第5次夯击后，土体距地面0.55m、1.10m、2.00 m和3.10m深度处沿水平方向的竖向变形图。水平方向距夯坑中心1.
12、8m处的竖向变形基本均在35cm左右，因此可以认为此处的单点加固半径约为1.8m。强夯施工时的夯点间距应根据单点加固范围来确定。3.强夯施工中的一些问题夯点的夯击次数应按现场试夯得到夯击次数和夯沉量关系确定，并应满足一些规定的条件。从图6中可以看出，当夯击到第5锤时，单击夯沉量为5 cm，仅占累积夯沉量的562，并且与前一击相差为2 cm，根据相关规范中的规定，我们可以认为该夯击次数最佳，据此可确定强夯加固的最佳夯击次数。因此也可以通过这种方法去确定一个区段内强夯的最优夯击次数。强夯的夯击遍数一般为三遍，第一遍夯点按正三角形布置，第二遍夯点在第一遍夯点之间布置，第三遍满堂布置，最后一遍夯锤落距
13、可比前面两遍低些，主要目的是把第一和第二遍夯击点处不平整的地方夯平整，而第一和第二遍的落距没有明确的规定，是第一遍落距大还是第二遍落距大，还是两遍落距一样大，很多时候并没有给出确切的说明。第二遍落距要是比第一遍的小，会不会达不到处理深度？如若第二遍落距比第一遍的大，会不会对第一遍的夯点有所影响。这些还有待于进一步的试验数据论证。另外就是夯击遍数的问题，夯击几遍比较合适，夯击的先后顺序如何，也需要在以后的工作中进一步考证。强夯的时间间隔太长是让很多单位比较头痛的问题，就某一特定的土基来说，没有较好的办法降低间隔时间，除非改变土的性质；间隔时间与夯击能的关系不大；间隔时间根据土中超静空隙水压力消散
14、时间而定，也与夯点间距有关；简而言之，间隔时间主要与土的性质有关，若土的透水性好，则间隔时间短。4.结论通过在强夯施工工地一段时间的观察学习，得出以下强夯分析结论：1）土的天然含水量在低于塑限含水量的1%到3%，且接近最优含水率，强夯处理效果比较好。天然含水量接近最佳含水量且不大于塑限含水量、含水量分布均匀时，最后两击夯沉量之和、之差越小，消除湿陷性的效果越好，同时夯沉量也越大。此时，用夯沉量控制强夯效果是比较合理的。并且此时的夯击点面比较平整，不会出现向一边倾斜的情况；起锤也比较容易，不会粘锤。2）在地表水和地下水的影响下，土体天然含水量无规律。地基的土质和含水量直接影响到强夯效果，当天然含
15、水量大于塑限含水量时，同一夯击能的影响深度大大减少，还会出现土体反弹。此时应该通过降低地下水位，来降低土体的含水率，然后可通过预夯来先给土体一定的挤压力，让孔隙水提前开始消散，尽量满足强夯对土体含水率的要求。否则会出现夯坑变形、倾斜，起锤困难等施工问题。 3）湿陷性黄土夯实到一定程度，夯实遍数对加固深度影响较小。如果继续夯击，有可能会破坏原来的夯击效果，使得已夯的地基土体出现反弹疲软，同时夯击产生的扰动，还有可能会波及到夯点周围的点位和建筑物等，产生不良后果，所以一旦夯沉量满足停锤要求，要立即停止夯击。4）用土的密度、湿陷性系数、夯沉量等来控制强夯施工质量均存在一定的弊端，湿陷性系数虽然可以很
16、精确地反映强夯消除湿陷深度与程度，但工地可操作性较差，尤其是不易取样，影响施工进度。5）地基承载力、土的密度与地基土的性质有关，在土质分布不均匀、含水量无规律情况下，先去判定土的性质，不但没有简化检测程序，反而使检测过程复杂化。强夯后表层土的密度、地基承载力与深度相关性较小，无法确定出控制数据，同样不能真实反映强夯效果。6）最后两击夯沉量之和、之差的限值控制是强夯质量控制的关键，设计图纸给定之和的平均值不大于5cm，在夯沉量满足设计要求的情况下，湿陷性消除深度一般可以满足设计要求。7）强夯的许多参数的确定还有待于进一步的研究实验和观测取样，地域性和流域性现象较为明显。5.参考文献1钱家欢，殷宗
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