强夯法的由来

强夯法处理地基是上世纪60年代末由法国梅纳德（Ménard）技术公司首先创用的。该方法是籍重锤从高处自由落下给地基土施以冲击力和振动，从而达到提高地基土的强度并降低其压缩性，还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。此方法在开始时仅用于加固沙土和碎石土地基。经过几十年来的应用与发展，它已适用于从砾石到粘性土的各类地基土，这主要是由施工方法的改进和排水条件的改善。

强夯施工方法具有施工机具简单，施工方便，加固地基效果显著，适用范围广泛，能缩短工期和降低工程造价等优点。强夯法在开始时仅用于加固砂性土和碎石土地基，经过几十年的应用与发展，通过改进施工方法和改善地基土的排水条件，强夯法逐渐适用于加固从砾石到粘性土的各类地基。在我国强夯法用来加固碎石土、砂土、粘性土、杂填土及湿陷性黄土等地基土。它不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，而且还能改善其抵抗震动液化的能力和消除土的湿陷性。

目前，应用强夯法处理地基的工程范围很广的，常被用于堆料场、仓库、车间、油罐、储仓、公路和铁路路基、机场跑道及码头、填海造地等工业与民用建筑项目中，而且其加固的工程项目范围逐步呈日益广泛的趋势。总之，强夯法在某种程度上比其它加固方法更为广泛和有效，是一种简单，经济，施工快的地基处理的有效方法。

由于强夯法简单、经济、施工快，所以国外用得十分普遍。1974年英国工程师协会专门召开了深基础会议，并出了专册。在该次会议上Menard 本人对强夯法作了详细介绍，并对会上提出的问题进行了解答。从那以后，几十年来在第九届、第十届、第十一届国际土力学和基础工程会议上以及世界各地区域性的会议上，都发表了不少的论文。内容包括工程实践、室内研究、以及理论分析等各方面。Gambin于1984年在第八届非洲地区土力学和基础会议上，曾发表了“十年来的强夯法”的论文。在文中扼要地论述了强夯法的适用范围、原理、参数选取以及强夯法对环境影响等并列举了案例。关于强夯法的范围，有比较一致的看法。Smoltczyk在第8 届欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层加固报告中指出，强夯法只适用于塑性指数小于等于10的土。Gambin也承认软粘土上直接强夯的效果是值得研究的。

我国于1978年11月至1979年初首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。在初步掌握了这种方法的基础上，于1979年8月至9月又在秦皇岛码头堆煤场细砂地基进行了试验，其效果显著。因此，该码头堆煤场的地基就正式采用了强夯法加固，共节省了150余万元。中国建筑科学研究园及其协作单位于1979年4 月在河北廊坊该院机械化研究所宿舍工程中进行强夯法处理可液化砂土和轻亚粘性土地基的野外试验研究，取得了较好的加固效果，于同年6月正式用于工程施工。通过上述试验研究及实际工程的应用，总结出了一套适合我国情况的强夯工艺，在我国地基加固领域里填补了一项空白。自从强夯法在我国试验成功以来，各省市大力推广，据不完全统计，迄今全国已有十几个省市在数百项工程采用这一加固方法。在全国性地基处理学术讨论会上，强夯法经验交流会。会后汇编并出版了“强夯法加固地基经验交流会文件汇编”。

总之，强夯法在我国工程届引起了很大的反响，传播速度之快是空前的。

强夯法加固地基机理

关于强夯法加固地基的机理，目前有关专家学者意见还不很一致，他们从不同的角度对强夯机理进行了研究，拧提出了各自的看法。在第十一届国际土力学和基础工程会议上Mitchell 还做了地基加固——科技发展水平报告，其中包括强夯法。Mitchell指出：“当强夯法应用于非饱和无粘性土时，压密过程基本上同实验室中的击实法相同，在饱和无粘性土的情况下，可能会产生液化，压密过程同爆破和振动压密的过程相似。”他认为：强夯对于饱和细颗粒土的效果尚不明确，成功的和失败的例子都有报道。对于这类饱和细颗粒土，需要破坏土的结构，产生超空隙水压力以及通过裂缝形成的排水通道，空隙水压力消散，土体才会被压密。颗粒较细的土达不到颗粒较粗的土那样加固程度。软粘土层和泥碳土由于其柔性阻止了邻近的无粘性土的充分压密。

关于强夯机理，首先应该分为宏观机理和微观机理。其次，对饱和土和非饱和土应该家以区分，而在饱和土中，粘性土与无粘性土还应该加以区别。另外对特殊土，如湿陷性黄土等，应该考虑它的特征。再次，在研究强夯法机理时应该首先确定夯击总能量中真正用于加固地基的那一部分，而后再分析此部分能量对地基土的加固作用。范维恒等曾提出用“爆炸对比法”来确定用于加固地基的能量。

关于影响强夯法加固机理的因素，Leonards曾指出，当地基中有粘性土层存在时，将减小有效击实深度，它既依赖于每锤的夯击能量，同时也依赖于各夯点的夯击顺序以及每一夯点的捶击数，而两者的效应用每单位加固面积上的夯击能量来衡量是合理的。强行的效果是与每锤的夯击能量以及每单位叽咕面积上承受的夯击能量紧密相连的。Leonards认为：似乎有一个夯击加固的上限值，其数值相当于静力触探比贯入阻力15MPa，或标贯值30~40。

Leon认为，考虑到强夯法加固地基的方式，则加固作用应与土层在被处理过程中三种明显不同的机理有关。即：第一，加密作用，指在空气或气体的排出；第二，加固作用，指的是水或液体的排出；第三，预加变形作用，指的是各种颗粒成分在结构上的重新排列，还包括颗粒组构或型态的改变。基于以上论点，Leon认为强夯法应该叫做“动力预压处理法”，这样才能哈上述三种机理都包括进去。显然，因为这种方法处理的对象是非常复杂的，所以他认为不可能建立对各种地基具有普遍意义的理论。但对于常见几类型的土，一般的观点认为：强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一巨大的冲击能量（一般而言此冲击能量不小于800kN-m），加荷历时约几十毫秒，对含水量较大的土层，加荷时间约100毫秒左右。这种突然释放的巨大能量，将转化为各种波型传到地下。首先到达某指定范围的波是压缩波，它使土体受压或受拉，能引起瞬时的孔隙水汇集，因而使地基土的抗剪强度大为降低，据理论计算这种波以振动能量的7%传播出去，紧随压缩波之后的是剪切波，以振动能量26%传播出去，剪切波会导致土体结构的破坏。此外的瑞利波（面波）以振动能量的67%传出，在夯点附近造成地面隆起。土体在这些波的综合作用下，土体颗粒重新排列相互靠拢，排出孔隙中的气体，使土体挤密压实，强度提高。

    根据上述观点，地基土经强夯法加固后，其强度提高过程大致可分为四个阶段：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（表现为土体中水及气体排出，孔隙水压力上升）；土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；排水固结压密（表现为渗透性能改变，土体裂隙发展，土体强度提高）；触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。 

强夯法加固地基设计

1 强夯设计应具备以下资料：

1.1   拟加固处理的建（构）筑物的使用用途，结构形式及上部荷载，整平后地面标高及基础埋深，场地建构筑物总平面布置图和基础平面图；

1.2 拟建场地工程地质勘察资料，若不能满足设计要求时应作必要的补充勘察工作；

1.3 强夯加固后的地基土承载力标准值FK、压缩模量ES值（或变形模量EO值）、有效加固深度值、消除黄土湿陷性与砂土液化、保持场地稳定性及均匀性等技术指标；

1.4 拟建场地内地下管网、电网，地下构筑物以及强夯振害范围内已有的抗震性能较低、需保护的建（构）筑物位置等资料。

2 强夯参数的选择 

2.1 强夯参数选择程序

根据强夯有效加固深度确定单点夯击能----根据地基土的岩性特征以及设计条件确定加固地基场地的平均夯击能----根据单点夯击能试验确定最佳夯击次数----确定夯点布置形式及间距----夯击遍数、夯遍之间间歇时间确定----确定强夯加固地基的范围----确定夯锤参数。

2.2 强夯参数的选择

强夯参数包括：单点夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两次夯击的间歇时间、加固范围和夯点布置等。

1）单击夯能确定

一般根据加固土层的厚度以及选用吊机的大小，根据强夯有效加固深度经验公式来确定。

法国第一强夯工程所用的锤重为80KN，落距10m。后来改用锤重150KN，落距25m。目前，世界上最大的锤重为200KN，落距25m。其加固深度可达40m。

我国所用的锤重80~250，个别可达400KN，落距8~25m.。

单点夯击能就是等于（锤重×落距）。

加固土层的厚度，根据强夯有效加固深度经验公式来确定。

E=（H/a）2 ，式中有效加固深度折减系数a可按以下选用:

湿陷性黄土:                   0.45～0.60

一般粘性土、粉土：            0.55～0.60

砂土：                        0.65～0.70

碎石土（不包括块石）、煤矸石： 0.60～0.75

块石、矿渣、矿山废石：        0.40～0.50

人工填土：                    0.55～0.75

注：有效加固深度系指自夯前地面整平标高至夯后能满足设计要求的土层的垂直深度。

2）平均夯击能（ē值）确定

强夯法加固地基土施加的平均夯击能，应取决于地基土的岩性特征、加固深度、建构筑物的荷载及安全类别等。《强夯地基技术规程》建议平均夯击能取值：一般粘性土、粉土：1500～2500KN-m/m2；砂土、碎石土（不包括块石）：800～ 1500KN-m/m2；人工填土、块石、矿渣、煤矿石、矿山废石、湿陷性黄土： 2000～3000KN-m/m2

a)    粘性土最佳夯击能的确定方法：在粘性土中，由于孔隙水压力的散漫，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力亦相应的叠加。因而在粘性土中可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。新港软土在单点夯击能130KN-m条件下，去夯击4次的总能量520KN-m为最佳夯击能。必须指出，孔隙水压力沿深度的分布规律是上大下小，而土的自重压力则是上小下大，因此，强夯的影响深度虽然可由Menard的经验估算，但用有效深度确定为宜。

b)    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的时间，因此，孔隙水压力不能随夯击能增加。当孔隙水压力增量随着击次数增加而逐渐趋于恒定时，可认为该种砂土所能接受的能量已达到饱和状态。次种能量即为最佳夯击能。根据次原则最后确定50KN锤在16m落距的条件下其最佳夯击能为4800KN-m；100KN锤在13m落距条件下其最佳夯击能为5200KN-m为宜。

注：场地平均夯击能不包括满夯能量。

3）最佳夯击数确定：

应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：

A.最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时不 大于100mm。

B. 夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

C. 不因夯坑过深而发生起锤困难。

单点夯击能确定后，在试验区选有代表性点作单点夯击能试验（单点夯击能试验中的夯击次数以使夯坑周围累计隆起量或下沉量不大于夯坑总体积5%为原则），根据夯击次数--夯沉量关系曲线取累计夯沉量占总夯沉量85%所对应的夯击数为最佳夯击数。

4）通过试夯还应确定强夯作业每夯坑的停锤标准，既每坑夯击次数及最终两击平均夯沉量。

5）夯点间距确定

    根据公式

可推导出：

依此确定夯击单元夯击点的数量，并依据附表取夯点间距来校核。

附表：夯点间距（m） 

土的名称

单击夯击能（kN.m）

500～1000

2000

4000

6000

中、粗砾砂

3.0～3.5

3.5～4.0

4.0～4.5

4.5～5.0

粉土、细砂、粉砂、湿陷性黄土

3.0～3.5

3.0～4.0

3.5～4.0

4.0～4.5

一般粘性土、碎石土、矿渣、煤矸石、矿山废石

3.5～4.0

4.0～4.5

4.5～5.0

4.5～5.0

6）夯点布置形式：夯点布置一般采用正方形，梅花形或等边三角形布置。

夯击点位置可根据建筑结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取5～9m，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。

7）夯击遍数

夯点之间间隙时间确定，应根据超孔隙水压力的消散情况而定（超孔隙水压力消散75%以上为宜）并应符合下列规定：对于矿渣、煤矸石、矿山废石、碎土石、中砂粗砂、湿陷性黄土等地层，可不考虑超孔隙水压力作用，连续夯击，夯击遍数为2～3遍；对于粘性土、粉土、粉砂、细砂等地层，当考虑到超孔隙水压力对夯击效果有影响时（华东软土地区因富含地下水，施工时孔隙水压力对夯击效果有显著影响），应采用跳打法，夯击遍数为3～5遍。夯遍间歇时间为2～4周，含水量偏高时，夯遍间隙时间应适当延长。

8）强夯加固范围应符合：一般建构筑物，加固区外边缘扩延1/2~2/3倍的有效加固深度值；对于重大建构筑物，边坡工程膨胀土及煤矸石地基，不应小于有效加固深度值。

有的文献记述，加固范围比加固地基的长度L和宽度B各大出加固厚度H，即（L+H）×（B+H）。

加固宽度应根据建筑物的种类和重要性等因素综合分析确定。例如边坡稳定应考虑加固到最危险的滑弧范围处。

强夯各项设计参数初步选定后，宜相互校核验证，其结果不应出现重大出入。针对具体工程对象或工程的不同部位宜选用不同的设计参数用于试夯，以确定最佳加固效果和取得最佳经济指标。 强夯设计宜根据工程项目对象及地质条件，考虑采用其他地基处理工艺来辅助强夯法加固地基，往往能得到较为满意的加固效果。