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1、重锤夯实（强夯法）施工工艺重锤夯实（强夯）法又称动力固结法，是法国梅那尔公司于 60 年代后期创造的一种 地基加固方法。它是在重锤夯实基础上发展起来的动力加固地基的新方法。70 年代后期传 入我国，经过近20 年在全国各地的推广应用，证明其加固效果十分显著。1 工艺特点强夯法以其质量可靠、进度快、节约材料、造价低、经济效益显著等特点，已广泛应用 于工业与民用建筑、公路与铁路路基、机场道路及码头仓库等工程的地基加固，强夯能级从 1000kNm发展到8000kNm，成为国内处理地基的一种较好的实用方法。2适用范围目前，国内外处理地基的手段很多，其中强夯的适用范围最广，适用的土质有：各种素 填土、杂
2、填土（建筑垃圾、工业废料）、粘土、黄土、湿陷性黄土等。采用强夯处理地基，需要考虑其振动对附近建筑物的影响，必要时应采取隔振、防振措 施，在城市施工时还要考虑对噪音的控制问题。3工艺原理及设计要求强夯法加固地基虽已经历了几十年，实践证明是一种较好的地基处理方法，但是还没有 一套成熟的理论和完整的设计计算方法。根据国内外近十年来的研究成果，土的强夯作用机 理一般可归结为：（1）非饱和类土。以直观的加密使土体强度增加为主，如黄土和一般的粘性土，最典 型的是湿陷性黄土，通过夯击使土颗粒重新排列成致密结构体，减弱甚至消除其湿陷性。（2）粉土和粉细砂类土。夯击作用使土体加密和预液化，从而提高地基土的承载力
3、和 抗液化能力。（3）饱和土。强夯使空隙水压力瞬时升高，随着水压力的消散，土中自由水和部分弱 结合水排出，土体变得紧密，随着时间的延续，触变后的土体结构得以恢复，使地基土得到 加固，对于饱和淤泥质土和粘性土，可通过加填料（石块、钢渣等）夯击，增加土体骨架和 排水通道，这一措施无疑扩展了强夯处理地基土的适用范围。3.1 加固原理强夯法是应用功能转换的原理达到加固地基的目的。具体地说，它是利用起重设备将几 十吨（一般84Ot）重锤，从几十米（一般640m）高处自由落下，给土以强烈的冲击和 振动。地基土在强大的冲击能的作用下，土体强制压缩或振密；土体局部液化，夯点周围产 生裂隙，形成良好的排水通道，
4、孔隙水溢出，经时效压密，使土体重新固结，从而提高了土 的承载力，降低其压缩性。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，士体结构破坏，形成夯坑，并对周围士进行动力挤压。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。3.1.1 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
5、工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度 可达0.61.0m,夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。非饱和士 在中等夯击能量10002000kN.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%。3.1.2 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，即巨大的冲击能在土中 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，使孔隙水顺利溢出，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。Menard根据强夯的实践，首次对传统的固结
6、理论提出了不同的看法，认为 饱和土是可压缩的新机理。归纳成四点：3.1.2.1 饱和土的压缩性由于土中有机物的分解，第四纪士中大多数都含有以微气泡形式出现的气体，其含气 量大约在1%4%范围内，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所 膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都 有所减少。根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。3.1.2.2 产生液化在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉 降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩的。相应于孔 隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，
7、土体即产生液化。3.1.2.3 渗透性变化在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的超孔隙水压力大 于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤 增，孔隙水得以顺利排出。在有规则网格布置夯点的现场，通过积聚的夯击能量，在夯坑 四周会形成有规则的垂直裂缝，夯坑附近出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新 又恢复常态。国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水， 因而促进了毛细管通道横断面的增大。3.1.2.4 触变恢复在重复夯击作用下，土体的强度逐渐减低，当土体出现液化或接近
8、液化时，使土的强度 达到最低值。此时土体产生裂隙，而土中吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力的消散， 土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸 附水，这也是具有触变性土的特性。3.1.3 动力置换动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其 作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩（或墩）间 隔地夯入软土中，形成桩式（或墩式）的碎石墩（或桩）。其作用机理类似于振冲法等形成 的碎石桩，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合 地基的作用。3.2 工艺设计要求多年实际
9、证明，强夯法加固地基，一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求，正确 的选用强夯参数，才能达到经济有效的目的。强夯参数包括：加固深度（或影响深度）、单点夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻 两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布置等。3.2.1加固深度的确定影响加固深度的因素很多，有锤重、落距、地基土性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、 地下水位以及其他强度设计参数等。我国学者根据前人的研究和大量的试验，提出了有效的 加固深度修正公式：D=K（WH/10）1/2式中D有效加固深度，m；K修正系数，K的变化范围一般为0.50.8。比如软土取0.5，黄土为0.340.5；W锤重，kN；H落距（锤底至起
10、夯面距离），m。3.2.2夯击能（1）单点夯击能等于锤重乘以落距，一般根据加固土层的厚度以及选用吊机的大小来 确定，采用如下公式：E=Wh（kNm）式中W锤重（kN）；h落距（m）。我国选用的锤重为80250kN，个别达400kN，落距为825m。世界上最大的锤重 2000kN，落距25m，其加固深度可达40m。（2）最佳夯击能的确定。从理论上讲，在夯击能作用下，当地基中出现的孔隙水压力 达到土的自重压力时，这样的夯击能称为最佳夯击能。1）粘性土最佳夯击能的确定方法。在粘性土中，由于孔隙水压力消散慢，当夯击能逐 渐增大时，孔隙水压力也相应叠加。因而在粘性土中，可依据孔隙水压力的叠加值来确定最
11、佳夯击能。2）砂性土最佳夯击能的确定方法。在砂性土中，由于孔隙水压力增长及消散过程仅为 几分钟时间，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加。为此，可绘制最大孔隙水压力增量与夯 击次数（夯击能）的关系曲线来确定最佳夯击能。3.2.3夯点布置及间距按建筑面积均匀布点时，以最外围基础中心线或外边线算起，增加一排夯点。 按基础位置相应布点时，同上或按基础持力层厚度一半扩出。布点形式和间距依地质情况、能级和夯锤面积等定。为更好的达到设计要求，多数情况 需试夯确定。（1）单点间距一般为1.5D2.5D （D为锤底直径），呈正方形、梅花形和等边三角形 布置（图 1）。（2）满夯为挨点错位相切（图1）。图 1 夯点
12、布置形式3.2.4单点夯击数对单个夯点，一次连续夯击次数控制标准如下：（ 1）夯坑标高控制。达到要求标高或夯坑达到某一深度，以至不好继续操作（粘锤、 埋锤），此击数时形成的标高。（ 2）贯入度控制。夯到最后一击，或最后三击的平均贯入度，小于或等于一定数值时 的击数。1 ）较硬土、湿陷性黄土、砂性土 35cm。2）软弱土 510cm。3）对于饱和软粘土，淤泥质土以及大能级强夯而相应的锤底面积小的情况下，贯入度 达 20 30cm。4）地面发生较大隆起（一般不超过30cm）或夯坑内出现溢水等情况时，需停止夯击。3.2.5 夯击遍数第一遍夯点定位*测量场地高程以一定的连续击数，对整个场地的一批点，完
13、成一图2更锤穽宾届穽）洁施工工艺流程个夯击过程叫一遍，单点的夯击遍数加满夯的夯击遍 数，为整个场地的夯击遍数。（1）单点的夯击遍数。除坚硬土和粒料土外，一 般都有孔隙水压力的消散和土体恢复问题。这两个因素 是控制强夯遍数的主要因素，一般含水量大的遍数较 多。对在夯击过程中有填料要求的饱和软土的遍数也较 多。夯坑过深，需在坑内填满料，再在原点夯击，这种 情况也增加了遍数。（2）满夯的夯击遍数，一般为12遍。满夯的锤 击数一般对每个夯点连续夯击数一般为35击。3.2.6加固范围加固范围比加固地基的长度L和宽度B各大出加固 深度日，即（L+H）X（B+H）。加固宽度应根据建筑物的种类和重要性等因素考
14、 虑，例如为保持边坡稳定应考虑加固到最危险的滑弧范 围处。3.2.7相邻夯击两遍之间的间歇时间的确定关于相邻夯击两遍之间的间歇时间，有科学家指 出，一旦孔隙水压力消散，即可进行新的夯击作业。4施工工艺流程重锤夯实（强夯）法施工工艺流程见图 2。5 施工操作要点5.1场地整平及标高要求（1）为便于机械行走和施工，强夯场地整平应大于强夯布点范围，以夯点外边缘向外 扩35m或以外排基础边扩810m。（2）强夯场地的标高，以所夯建筑物的基础底标高，加预留夯沉深度来定。夯沉深度 与地质情况，能级等有关。此值可参照已完工程暂定或经过试夯确定。5.2 试夯根据设计指标和地质报告，参照有效影响深度公式、结合实
15、际经验，首先确定试夯能级， 然后选择不同的锤底面积、布点间距、施工顺序、夯击遍数、单点夯击数等。经过夯后测试， 得出满足设计要求的最佳施工控制参数。有条件时，对含水量较大的地基土。为能提供各遍 准确的间隔时间，最好做孔隙水压力消散试验。试夯场地可选在本工程场地内或附近，有经验时也可在工程开始部分安排试夯。5.3 强夯施工（1）按试夯确定的施工工艺对作业人员进行安全、技术交底。（2）先夯击第一遍，记录每一夯点最后两击的沉降差值在设计规定的限值内即可进行 下一夯点的夯击。（3）按规定间隔一定时间后，进行第二遍夯击，夯击要求同第一次。夯击点要布置在 上一遍两相邻夯击点的中间。（4）满夯（或搭夯）一般用点夯时30%50%的夯击能满布夯击，主要为加固表层松散土体，夯锤搭接上次 夯击点 1/4 直径进行下一点的夯击，直至全部夯完为止。 6推荐使用的主要机具设备（1）起重设备。为强夯的主要机械，一般额定起重能力为夯锤重量的1.53倍，我国 大都用履带式吊车改装。根据工程所采用的夯锤和起重高度来选用起重机的型号。可单机作 业，也可主、副机（移锤）联合作业。（2）门架。由横梁和二个支腿组成，支腿的结构形式有格构式或管式。门架上部横梁 中心绞接于吊杆顶部。（3）脱钩装置。由带拉杆的吊钩和滑轮组成，配上牵引钢丝绳，当夯锤起到
