李海英

(饶河县红旗岭农场水务局，黑龙江饶河155712)

0 引言

强夯法是强力夯实法的简称，又被称作为动力固结法，该方法通过重锤坠落使地基得到强力的震动和冲击，从而达到重新排列土地颗粒结构、增加地基密实度和承载能力的目的。该方法广泛适用于各类软土地基，对于消除地基的湿陷性有着非常显著的效果。强夯法在20世纪60年代首次在法国使用，10 a后传入我国，在港口、民用建筑、交通施工中得到了大规模应用。强夯法在水利工程中主要应用于泵站、水闸等地面建筑的施工中，经过长期的使用，已经形成了非常详细的施工标准和规范。本文主要以湿陷性黄土坝基为例，对强夯法的应用进行说明。

在土坝坝基方面，我国的《碾压式土坝设计规范》(SL274—2001)中明确指出，湿陷性黄土坝基宜采用翻压、挖除、强夯等方法对其湿陷性进行消除，可根据实际情况在试验通过后进行使用。不过我国目前尚未形成强夯法处理湿陷性黄土坝基的有关规范，尽管泵站、水闸等地面刚性建筑可以根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)中的要求进行处理，但土坝不仅具有一定的适应形变能力，且荷载强度较高，与刚性建筑有着明显差别，所以不能完全套用此类规范进行施工，下面就对强夯法应用于湿陷黄土坝基中的一些问题进行探讨。

1 影响深度及界定问题

梅那公式认为，从起夯面开始，强夯法的影响深度主要与单击能有关，若将地基所受的单击能设为Mh，则在深度为H范围内的地基都会受到影响。不过梅那公式并没有对影响深度的界定指标予以明确表示，因此无法在实际施工中进行应用。为了解决这一问题，梅那公式将修正系数k引入其中，称其为有效加固深度，并对其进行相应的界定，即公式(1):

式中:k表示的是有效加固深度的折减系数，该系数在对不同的地基类型进行计算时选用不同的数值，湿陷性黄土地基的数值为0.34～0.5;M表示的是重锤的重量;h表示的是重锤下落距离。

由于多种因素均可对加固深度造成影响，因此k值在实际应用中也有着很大的不确定性，为了解决这一问题，(JGJ79—2002)中指出，有效加固深度应根据现场试验进行确定，若缺乏试验条件，则应根据表1进行预估。

表1 湿陷性黄土地基有效加固深度分析

从表1中可以看出，有效加固深度所对应的修正系数k值与公式(1)中所使用的k值基本相同，而以往的工程实践也证明表1中所列数值基本属实，可以作为预估值进行使用。

不过需要注意的是，(JGJ79—2002)并没有对表1中的有效加固深度进行明确的定义，其它技术规范中也没有给出明确的界定指标，所以在施工过程中，工作人员习惯将湿陷性的消除深度作为有效加固深度。这样就导致了不同工程所采取的指标各不相同以及与施工所在地实际情况不符的问题，给施工带来了很多不便。

地基处理是工程设计最重要的环节之一，处理工作必须使设计要求得到全方位的满足，所以将强夯有效深度定义为施工结束后，地基的变形、强度等满足设计要求的垂直深度无疑是合理的。土坝设计要求指标主要包括密实度指标(ρd)、湿陷性指标(δx)、地基承载力(fk)、压缩系数(αv)，以及强度指标Φ、C和孔隙水压力指标、渗流指标等。但是在进行设计时，不可能对各项指标都预先提出要求，考虑到土密实度与变形、强度、孔隙水压力、渗流等指标的高度相关性，可以用干密度Pd作为代表。这样，湿陷性黄土坝基的强夯有效加固深度就可以通过两个指标来表示。

土体密实度的有效增加与湿陷性消除深度并不是同一个值，地基黄土在经过强夯后，其原有的结构遭到了破坏，湿陷性得以消除，而增加土体密实度、恢复土体结构的程度还受其它因素的影响。所以在绝大多数情况下，密实度的有效增加深度要小于湿陷性的消除深度。表2中列举了几项工程中二者深度变化的对比。

表2 强夯后密实度增加及湿陷性消除深度的对比

从表2可以看出，使用一个指标对强夯的有效加固深度进行反映是不确切的。针对这种情况，有些施工人员除了使用湿陷性的消除深度来对有效加固深度进行确定外，还使用密实度的提高程度使用一个能够反映“综合效果”的深度。也有的施工人员对密实度的加固深度进行了划分，并将密实度显著增加的深度作为“强加密带”。

对于处在湿陷性黄土地及上的土坝而言，都需要对湿陷性进行消除，或者将其控制在一个可以接受的范围内，以免坝体在开始蓄水后因湿陷而发生开裂。同时，还要求在坝基面以下一定深度范围内的土体得到加密，以减少压缩变形量，提高坝体的稳定性。不同工程受坝型、坝高等因素的影响，对于坝基加固的要求也存在着较大差异，所以很难将某一个有效加固深度应用到全部的工程项目当中，对于湿陷性消除深度的要求也往往高于对地基密实度增加的要求。通过以上分析，笔者认为应该将黄土坝基湿陷性消除深度定义为加固深度，并将密实度的有效增加深度作为强夯处理指标，以便在优化设计工作的同时与其它行业的划分标准保持一致。

2 黄土地基密实度受强夯的影响

在经过强夯处理后，地基所能达到的土体结构、地层分布、干密度、夯击功能等主要与所采用的工艺及各项参数和原始含水量有关，并且效果会随着深度的增加而递减。

日本的坂口旭将强夯后的地基分为4层:第一层是夯坑底部以上的部分，成为张弛隆胀区，这一土层的干密度会较之前出现大幅度的增加。第二土层的应力大于地基极限强度，加密效果也是各层中最为显著的。第三土层的应力在屈服值与极限值之间，夯实能对其产生的影响相对较弱，加密效果不是非常明显。第四土层的应力在屈服界限以内，基本上没有固结。就以往的工程实践结果来看，砂黄土地基在强夯后，干密度值有明显的分层现象，并且遵循随深度递减的规律。地基土的天然含水量是另一个影响土体加密度的因素，实践表明，在地基土层的含水量为9%～25%的时候，强夯法的效果是最佳的，在此范围之外则效果不明显。

3 强夯试验

虽然在水利工程建设中，强夯法已经得到了广泛的应用，在湿陷性黄土坝基的处理上也有了一些经验，但对于强夯机理的研究直到目前也没有得出令人满意的成果。因此根据(JGJ79—2002)的要求，国内几乎全部的重点工程在施工前都进行了强夯试验，以便根据实地试验结果对各项指标进行确认。如果不进行前期试验，那么所提出的各项指标就有可能并不适用于施工所在地的实际情况，容易引发合同、设计、工期等多种问题，影响工程的按期、保质完工。

强夯试验方案的确定应尽可能兼顾到可能出现的各类问题，做到多种选择，试验设计内容一般包括强夯点设置、试验参数和结果检测要求等，其中，试验参数主要有主、副夯的夯点间距，夯击次数，主、副夯的夯击能、夯沉量等内容。

对于试验检测指标的选择要有针对性，一般来说，民用及工业建筑的检测指标为地基承载力变化、湿陷深度消除情况以及干密度的变化等。而表层土的承载力指标并不会在坝基施工中被直接使用，不过为了满足设计及施工要求，坝基强夯试验应对C值、φ值、渗流、变形等相关指标进行监测。夯点的设置应与有关地质及水利勘测规范相结合，切忌生搬硬套民用和工业建筑的标准规范。

4 结语

在对湿陷性黄土地基的处理过程中，强夯法无疑是最为有效的措施之一，而强夯设计则是坝体设计的重要组成部分，其作用是使坝基与坝体之间能够更好的相互适应。当然，湿陷性黄土地基并非是不通过强夯就不能筑坝，例如黄河引水工程中北干线的大梁水库，湿陷性黄土地基的深度就高达25 m，工作人员采用了砂砾石心坝墙，并将坝体的断面扩大，以控制裂缝、消除变形，就是一个非常典型、有效的处理方式。

不过湿陷性黄土坝基在经过强夯处理后，即便是没有完全消除其湿陷性，也会在很大程度上改良坝基状态。所以只要将湿陷变形量控制在一个可以接受的范围内，满足坝体的稳定性要求也是可行方案之一。另外，即使是将湿陷性完全消除，也要注意进行变形、稳定及渗流的复核，以便为大坝安全提供更多的保障。

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