梁雪梅 王连军

1 工程概况

本工程为10万m3/d污水处理厂地基加固项目，处理面积约3.3万m2。场地属海岸地貌单元，后经回填整平，地层由上至下分为:①碎石素填土()。②黏性土素填土()。③淤泥质粉质黏土()。④粉细砂()。⑤细砂()。⑥砾碎石()。

设计要求处理后的地基承载力特征值 fak≥200 kPa，变形模量应大于18 MPa。

2 强夯参数的确定

2.1 夯击能

根据地勘资料，整个场地分3个区，夯击能的确定参考了文献[1]～[3]:A区加固深度8.0 m～11.2 m，平均为10.2 m，采用8 000 kN◦m。目前强夯法尚未有成熟的设计计算方法，在夯击能方面，主要参考文献[1]中的表6.2.1进行设计，该表给出了夯击能8 000 kN◦m以下的有效加固深度预估值，本工程要求处理的最大深度达17.5 m，根据文献[2][3]给出的经验公式:

其中，α为修正系数;Z为加固深度，m;M为夯锤重，kN;h为落距，m。

根据地质情况，取α=0.4，B区加固深度为11.6 m～13.5 m，平均为12.9 m，C区加固深度为14.2 m～17.5 m，平均为15.9 m，夯击能分别采用12 000 kN◦m和15 000 kN◦m。

2.2 夯点间距

本工程采用的夯锤有两种，A区和B区夯锤直径为2.50 m，C区夯锤直径为2.80 m，根据文献[1]，第一遍夯点间距分别可取8.75 m和9.98 m。施工采用的第一遍夯点间距为:A区和B区10 m，C区12 m。

2.3 夯击遍数

采用点夯3遍，第1遍点夯，夯点间距为:A区和 B区10 m，C区 12 m，正方形布点。第 2遍点夯、第 3遍点夯，第4遍为满夯，锤印搭接锤径的1/3，由于本工程的地基土颗粒较粗，渗透性好，并经试夯中的孔隙水压力测试，可连续进行夯击。

2.4 夯击次数

本工程主要以强夯影响深度为关键性指标，对最后一击点夯的夯沉量和最后两击点夯的平均夯沉量进行控制，并根据现场实际夯沉量情况动态确定，但必须保证最低夯击次数。综上所述，强夯施工参数见表1。

3 强夯效果检测

1)经过强夯处理后的地基承载力fak=220 kPa(未加载到地基的极限荷载，实际承载力可能更高些)，高于设计要求的180 kPa。

表1 强夯施工参数汇总表

2)动力触探(标贯)检测结果见表2。

检测结果表明:经强夯处理后，地基承载力和地基加固的有效深度均达到了设计要求。需要说明的是:施工前后的测试结果表明②，③层土较地勘报告结果要好。

表2 各土层强夯前后DPT(SPT)统计结果对比表

4 关于高能级强夯的几点讨论

4.1 锤底静接地压力如何取值

关于锤底静接地压力值的选择问题，规范规定“可取25 kPa～40 kPa”，但对于高能级强夯已经不再适用。目前，实际施工实践中，高能级强夯所用夯锤直径比较多的介于2.0 m～3.5 m，夯锤重量在400 kN～800 kN之间，锤底接地静压力值介于60 kPa～135 kPa之间。相关研究表明:锤底接地静压力是影响有效加固深度的重要影响因素，且在夯击能相同的条件下，静压力越大，加固深度越大。目前，随着工程地基加固深度要求的不断提高以及强夯设备大型化发展，有必要重新认识锤底接地静压力，既不要由于超出规范的范围而在应用中畏手畏脚，也不要认为越大越好，而应该根据需要加固的地基土质、加固深度来选择合适的锤底接地静压力。可以考虑在夯击能难以再增大的情况下，选用锤底静接地压力较大的夯锤来达到有效加固深度增大的效果。建议在规范修订时将该取值范围进行修改，以适应工程实践的发展变化。

4.2 如何确定夯点间距

文献[1]规定“第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5倍～3.5倍，……，第一遍夯击点间距宜适当增大。”但如何“适当增大”，并没有明确的规定，基本上是根据经验和现场试夯确定。查阅了相关文献，大多是对不同间距的强夯处理效果进行了对比分析，给出一些工程实例的参考，但对如何确定合适的夯点间距，没有明确结论。

下面尝试导出夯点间距公式。强夯时，夯点下的土体被夯击压缩到夯锤底部的土体，在夯锤底下一定深度内的土体被加密，形成一个梨形加密土体，且周围的土体被不同程度的挤密(见图1)。以侧向挤密的土体的范围最大半径所处横剖面得圆，在夯击数、夯击能等其他条件相同的情况下，与加固土体的φ密切相关。土体被向下压缩和侧向挤密时，既要克服底部向上的阻力，也要克服侧向土体的剪应力，而剪应力与土体的φ值密切相关，因此确定侧向被有效挤密的土体范围半径，就可以确定夯点间距。

设需要加固的土体深度为Z，加固土体的内摩擦角为φ(以主要被加固的土体的内摩擦角φ值为主，综合考虑被加固土体的整体 φ值)，夯锤直径为D，夯锤底部夯击形成的梨形加密土体的横剖面圆的有效半径为 R，则 R与φ相关，有:

由于梨形加密土体相切处的应力较小，密实效果差，所以可以令:

则理论夯点间距:

在式(4)的右边再加上 kD，k为夯点间距修正系数，取值范围根据经验为 0～1，加固深度 Z大时取大值，Z小时取小值;加固土体内摩擦角φ大时取大值，φ小时取小值;锤底接地静压力大时取小值，小时取大值。同时，在点夯过程中会形成不同深度的夯坑，所以，还需要对 Z进行修正，用 Z-ΔZ代替，ΔZ为夯坑深度。一般的，当夯坑大于2 m时，应将夯坑填平后再继续夯击，所以ΔZ可取值0 m～2 m，这样就得到比较实用的夯点间距公式:S=(Z-ΔZ)tanφ+(1+k)D (5)

式(5)中考虑了夯点间距与夯锤直径、强夯加固土体的深度、土体内摩擦角以及夯坑深度等因素，如果把式(1)中确定的Z代入式(5)中，则得出与夯击能相关的夯点间距公式:

据文献[11]工程地质条件，查文献[3]取 φ=20°，取 k=0.5，取ΔZ=2 m，查经验系数表得α=0.45，分别代入式(5)，式(6);据文献[12]工程地质条件，查得 φ=21°，取 k=0.5，ΔZ=2 m;查得α=0.35，分别代入式(5)，式(6);对本工程，取 φ=30°，取 k=0.8，ΔZ=2 m，α=0.40，分别代入式(5)，式(6)。计算后统计结果表明:文献[11]中的案例处理效果较差。

与文献[11]对比，文献[12]中采用的夯击能、夯击遍数和夯击次数是比较合理的。值得指出的是，在测量单击夯沉量时应考虑每次起锤后夯坑周围的土塌落到夯坑内对夯沉量的影响。

通过以上数据对比，并对加固效果进行了分析，结果表明两公式是值得在今后的工程实践中参考使用的。但对于如何在今后的实际应用中，根据工程实际情况合理的选择相关的 φ值、k值和α值是能否确定合适的夯点间距的关键。

4.3 关于有效加固深度

1)在设计要求一致的情况下，相同夯击能对不同土质的有效加固深度是不一样的，有时可能差别很大，要区别对待。

2)在相同条件下，被加固土质对夯击能的吸收和传递对强夯有效加固深度的影响是明显的，这方面有待进一步深入的研究。

3)建议在进行规范修订时对表6.2.1增加高能级强夯部分。

影响强夯加固效果的因素很多，在具体的工程实践中，应根据不同的工程地质条件、设计要求、上部建筑物对地基承载力和变形要求等具体问题具体分析，采取针对性的、合适的加固参数。

5 结语

1)根据工程实际条件，结合设计要求的地基加固指标来确定高能级强夯施工参数，是达到良好加固效果的关键。2)本工程中满足设计要求的，夯击能为 8 000 kN◦m，12 000 kN◦m 和15 000 kN◦m的强夯有效加固深度分别达到:10.5 m，13 m和16 m。3)在工程实际中，锤底接地静压力值可取25 kPa～135 kPa，在不发生起锤困难的条件下，可适当的取大值来增加强夯加固深度。4)夯点间距式(5)和式(6)可供今后的工程实践参考使用，根据工程实际选择合适的φ值、k值和α值是确定合适的夯点间距的关键。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2] 地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社，2000:255-295.

[3] 工程地质手册编委会.工程地质手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社，2007:921-924.

[4] 张平仓.强夯法施工实践中加固深度问题浅析[J].岩土力学，2003，21(1):76-80.

[5] 邵忠心.强夯地基处理有效加固深度的界定与作用[J].建筑施工，2008，30(11):952-956.

[6] 詹金林.高能级强夯加固机理的数值模拟[J].水利水电科技进展，2008，28(6):15-19.

[7] 李保华.强夯法加固地基的夯点间距与布置形式的探讨[J].施工技术，2007，36(9):55-57.

[8] GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[9] 林 春.强夯法加固抛石填海地基的处理效果分析[J].西部探矿工程，2009(1):48-50.

[10] 逯 海.强夯法有效加固深度影响因素的理论分析[J].石河子大学学报(自然科学版)，2004，22(4):345-348.

[11] 郭 伟.12 000 kN◦m高能级强夯加固湿陷性黄土地基有效加固深度试验研究[J].河海大学岩土工程研究所，2009，5(7):1-6.

[12] 韩晓雷.15 000 kN◦m超高能级强夯法处理湿陷性黄土的应用研究[J].水利与建筑工程学报，2009，7(3):91-93.