曾杰

摘要：本文阐述了当前强夯法加固地基的研究现状，并依托某软土地基强夯加固的工程实例，利用现场原位静力触探试验对加固前后的地基强度进行分析总结，然后利用室内快剪试验对原状土样的内摩擦角和粘聚力做了较为详尽的分析与探讨。

关键词：强夯；软土地基；静力触探；快剪试验

Abstract: this paper expounds the current heavy tamping method research present situation, and rely on a consolidation of soft soil foundation project example, the use of field in situ static agent for strengthening touch test before and after the foundation of the strength are analyzed and summarized, and then use of indoor fast shear undisturbed soil samples of the internal friction Angle and stick together, a force detailed analysis and discussion.

Keywords: dynamic compaction; The soft soil foundation; Touch the static agent; Fast shear test

中图分类号：TU471.8文献标识码：A 文章编号：

前言

强夯法就是在重锤的冲击和振动作用下将地基土体中的孔隙水和气体排出，提高土的密实度，降低土的压缩性，从而提高地基的强度与承载力。由于经济建设的发展，越来越多的工程采用强夯法来对地基进行加固，特别是在沿海的软土地基以及围海造地等工程。由于软弱土地基中排水不畅，强夯往往会引起地基中超静孔隙水压力的增加，土体的强度则相应的降低。所以排水通道的畅通是强夯法加固饱和软土地基的关键。

目前的情况是强夯法实践发展很快而强夯法加固机理和设计理论仍有许多含糊之处，至今还没有一套成熟、完善的理论和设计计算方法，其相关设计施工参数主要是通过试夯或经验确定，这大大限制了强夯法的推广应用和发展。为了检验强夯法加固软土地基的效果并以试验结果来分析探讨强夯加固的机理，本文结合某软土地基的强夯加固工程实例，利用静力触探试验研究强夯加固前后的地基土体强度随地层深度的变化特征，并且结合室内快剪试验对强夯加固机理进行分析与探讨，以期为以后的工程实践提供设计和施工参考。

1研究现状

影响强夯加固范围与效果的因素主要有：锤重和落距(夯击能)、夯锤面积、夯击次数、土体类型、干重度、含水量等各种因素[1]。目前关于强夯法加固地基的研究主要有试验研究和理论分析两方面。

1.1试验研究：赵抚民等[2]通过实测资料分析表明：通过盲目增加强夯击数的办法来获得较大的有效加固深度的方法是不可行的，强夯法的有效加固深度主要取决于锤质量或夯能的大小。何长明等[3]现场试验结果表明：强夯动应力在竖直方向的影响范围比水平方向大，但是在水平方向的衰减速度比竖直方向快；并且强夯法加固地基的影响深度远大于有效深度。周德泉等[4]现场测试的研究结果表明：加固素填土强度随时间增长而增长；竖向形成上硬下软的二层结构；强夯法的有效加固取决于土质、强夯参数、基础埋深和基底宽度等。徐超等[5]的试验研究表明：降低地下水位和预夯措施均有助于提高强夯对地基土的加固效果；饱和黏性土强夯加固的机理是动力固结，为超静孔隙水压力提供排水通道。黄涛等[6]研究表明，强夯结合碾压可以提高高填方地基的各项力学指标，大大缩短达到最终控制沉降量的时间，适用于处理粘性砂土高填方地基。李卫民等[7]结合静载试验，动力触探测试，低应变测试，沉降观测等数据对低能级强夯+CFG桩加固新填土地基的技术和施工方法进行了分析总结，为山区建设中新填土地基处理提供了新的思路和经验。周健等[8]提出将强夯和井点降水技术结合起来，利用井点降水技术来加速夯后超静孔隙水压力的消散和软土固结。

1.2理论研究：赵炼恒等[1]通过分析影响强夯的各种因素，通过修正系数的方法，推导出考虑影响强夯各个因素的强夯加固深度的计算公式，并根据泊松比的定义，提出了强夯加固范围的计算公式。田水等[9]利用显式瞬态非线性有限元分析技术再现了强夯锤与土体碰撞的整个过程，反映了强夯过程中的一般现象和基本规律。罗嗣海等[10]提出了强夯锤与土接触面“等效拟静力”的概念以及用土质参数表达的等效拟静力公式，并且建立了任意夯击击数时夯坑深度和夯点下不同深度处的相对密度计算公式。曾庆军等[11]基于强夯法处理软弱地基承载力的研究现状对强夯后地基承载力作经验统计回归分析得出强夯后地基容许承载力是单夯击能和点夯击数的函数。蔡袁强等[12]通过工程实例验证了推导的强夯计算模型的正确性，该模型中引入P波阻尼和s波阻尼的概念来说明土体的材料阻尼特性。

2工程实例

2.1地质条件

本试验场地的地层情况自上至下依次为：

2.1.1淤泥层，该地层平均层厚2.33m。层位稳定，土性灰褐、深灰、灰黑色，压缩系数为2.3MPa-1，超固结比为0.420，属高压缩性欠固结软土。渗透性差，实验室测得渗透系数kv=8.0×10-8cm/s(垂直)，kH=13.8×10-8cm/s(水平)。

2.1.2淤泥质土，平均层厚6.50m。土性呈灰褐、深灰、灰黑色，局部夹有腐木块、泥炭质，往下部粉细砂增多，有腥臭味，具海棉状和孔隙状结构，流塑~软塑状态。压缩系数为0.9MPa-1，超固结比为0.462，属高压缩性欠固结软土。渗透性较差，实验室测得渗透系数kv=12.0×10-8cm/s (垂直)，kH =22.0×10-8cm/s(水平)。

2.1.3淤泥质砂，平均厚度2.10m。室内实验表明：该层土的颗粒粒径分布比较集中，不均匀系数Cu=39，曲率系数Cc=8.3，属于级配不良砂土。实验室测得其渗透系数kv=43.0×10-5cm/s。

2.2试验方案

结合试验场地的地层和施工情况，本试验场地的强夯加固试验方案为：夯点布置为4m×4m，夯击能2500kN·m，采用隔行隔点跳打法，采用直径为2 m的铸钢圆台形夯锤，收锤标准为最后两击平均夯沉量不大于5cm。

2.3测试项目

2.3.1利用静力触探对强夯效果進行分析，静力触探是将具有一定功能的探头以规定的速率贯入土中，量测贯入过程中探头受到的阻力（端阻、侧阻或比贯入阻力）及孔隙水压力（简称孔压）；当探头停止贯入时，还可测定孔压和端阻随时间而变化的过程值。本次试验采用三桥静力触探试验。

2.3.2快剪试验就是在对试样施加法向压力和剪力时，都不允许试样产生排水固结，待施加预定法向压力后，马上施加水平推力，并用较快的速率在3-5min内将试样剪损。

3现场测试结果

3.1夯击点下方锥尖阻力

图1

夯击点下方锥尖阻力随深度变化曲线

如图1所示，强夯加固前，场地地层承载力均较小。强夯加固后，地层中不同深度的土层的强度普遍得到了加强，随着地层深度的增加，锥尖阻力随之增大，超过某一临界深度时锥尖阻力开始减小，地层深度越深，加固前后的锥尖阻力值越靠近。浅层土中，由于夯击能量对土体扰动较大，所以加固效果不明显。随着地层深度的增加，土体受到的围压也增大，夯击能量使土颗粒挤密，承载力进一步提高。但是，由于夯击能量向四周土体的扩散作用，在超过有效加固深度时的土体强度变化不明显。

3.2兩个夯击点中心处的锥尖阻力

图2

两个夯击点中心处的锥尖阻力随深度变化曲线

如图2所示，强夯加固前的地层的强度较低，强夯加固以后，地层中土体的强度得到了普遍的增强。对比，图1和图2的结果表明，夯击点下方的锥尖阻力要大于两个夯击点中心处的阻力，图1中锥尖阻力的最大值为12Mpa，而图2中锥尖阻力的最大值变为5Mpa左右。这主要是由于夯击能量从夯击点处向四周的扩散过程中发生了能量的耗散，距离夯击点越远，该处的夯击能越小，强夯对此处的影响越小。因此，在实际工程中，夯击点的间距也是影响强夯加固效果的重要因素，夯击点越疏，强夯加固效果越不明显。夯击点布置越密，不同的点处的夯击能量相互扰动，也会影响强夯的加固效果。

4.3夯击点下方土层的粘聚力和内摩擦角

图3

夯击点下方土层的粘聚力和内摩擦角随深度变化曲线

由于强夯加固前，土体的密实程度很低，原状土样不易取得，在本试验场地中只对强夯加固以后的土层进行取样。对所取的原状样进行室内快剪试验。从图3可以看出，随着地层深度的增加，内摩擦角的值随之增加，到一定深度（3m）时，内摩擦角的值进入一个稳定阶段。当地层深度大于6m时，内摩擦角的值随深度增加而减小。粘聚力随地层深度的增加也有类似的变化特征，随着地层深度的增加，粘聚力随之增加，当地层深度大于6m时，粘聚力逐渐减小。分析可知，强夯法对不同深度的土层有一定的加固效果，夯击能量使土体中孔隙水逐渐排出，土体更加密实。

3.4两个夯击点中心处的粘聚力和内摩擦角

图4两个夯击点中心处土层的粘聚力和内摩擦角随深度

变化曲线

从图4可以看出，随着地层深度的增加，内摩擦角和粘聚力的值随之增加，到一定深度（6m）时，内摩擦角和粘聚力的值随深度增加而减小。对比图3和图4的试验结果可知，夯击点下方的土体的内摩擦角和粘聚力要普遍大于两个夯击点中心处内摩擦角和粘聚力的值。这一现象进一步说明强夯加固软弱土地基时，强夯能量从夯击点向四周进行扩散，在扩散的过程中夯击能量有一定的衰减，距离越远，能量衰减的值越大。

结论

（1）随着地层深度的增加，锥尖阻力随之增大，超过某一临界深度时的锥尖阻力开始减小，地层深度越深，加固后和加固前的锥尖阻力的值越靠近。

夯击点下方的锥尖阻力要大于两个夯击点中心处的阻力。距离夯击点越远，强夯对此处的影响越小。因此夯击点的布置应综合考虑地层情况、夯击能量和现场条件等。

（2）随着地层深度的增加，内摩擦角的值也随之增加，到一定深度时，内摩擦角的值进入一个稳定阶段。随后，内摩擦角的值随深度增加而减小。粘聚力随着地层深度的增加也有类似的变化特征。

（3）夯击点下方的土体的内摩擦角和粘聚力要普遍大于两个夯击点中心处内摩擦角和粘聚力的值。距离夯击点越远，强夯能量衰减得越明显。

参考文献

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