重锤夯实与强夯法

重锤夯实法是利用起重机械将重锤提到一定高度（2.5～4.5m），然后使锤自由落下并重复夯击以加固地基。锤重一般不小于15kN，经夯击以后，地基表层土体的相对密实度或干密度将增加，从而提高表层地基的承载力。对于湿陷性黄土，重锤夯实可减弱表层土的湿陷性；对于杂填土，则可减弱其不均匀性。

该法适用于处理离地下水位0.8m以上稍湿的杂填土、黏性土、湿陷性黄土和分层填土等地基，但在有效夯实深度内存在软黏土层时不宜采用。

夯实标准：随着夯击遍数增加，每遍土的夯沉量逐渐减小，一般要求最后两遍平均夯沉量对于黏性土及湿陷性黄土不大于1.0～2.0cm，对于砂性土不大于0.5～1.0cm。

强夯法是法国Menard技术公司在1969年首创的，通过80～300kN的重锤和8～30m的落距，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500～8000kN·m。强夯在地基土中所出现的冲击波和动应力，可以提高地基土的强度，降低土的压缩性，改善砂土的抗液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的地基差异沉降。

强夯法适用于碎石土、砂土、杂填土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土和人工填土等地基的加固处理。这种方法的不足之处是施工振动大，噪声大，影响附近建筑物，所以在城市中不宜采用。

1）强夯法的加固机理

目前，强夯法加固地基有4种不同的加固机理，即动力密实、动力固结、动力置换和震动波密实理论，各种加固理论的特性取决于地基土的类别和强夯施工工艺。

下面来分析一下强夯法加固过程中的几个有代表性阶段的特点：

（1）加载阶段，即夯击的一瞬间，夯锤的冲击使地基土体产生强烈的振动和动应力，在波动的影响带内，动应力和孔隙水压力急剧上升，而动应力往往大于孔隙水压力，动的有效应力使土体产生塑性变形，破坏土的结构。对于砂土，迫使土的颗粒重新排列而密实。对于黏性土，土骨架被迫压缩，同时由于土体中的水和土颗粒两种介质引起不同的振动效应，两者的动应力差大于土颗粒的吸附能时，土中部分结合水和毛细水从颗粒间析出，产生动力水聚结，形成排水通道，制造动力排水条件。

（2）卸载阶段，即夯击动能卸去的一瞬间，动的总应力瞬息即逝，然而土中孔隙水压力仍然保持较高的水平，此时孔隙水压力大于有效应力，故土体中存在较大的负有效应力，引起砂土液化。在黏性土地基中，当最大孔隙水压力大于最小主应力、静止侧压力及土的抗拉强度之和时，土体开裂，渗透性迅速增大，孔隙水压力迅速下降。

（3）动力固结阶段，在卸载之后，土体中仍然保持一定的孔隙水压力，土体就在此压力作用下排水固结。在砂土中，孔隙水压力消散甚快，使砂土进一步密实；在黏性土中，孔隙水压力消散较慢，可能要延续2～4周。如果有条件排水固结，土颗粒进一步靠近，重新形成新的水膜和结构连接，土的强度逐渐恢复和提高，达到加固地基的目的。

非饱和土的夯实过程就是土中的气相被挤出的过程，夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的。

2）强夯法的适用范围与特点

强夯法常用来加固碎石土、砂土、低饱和度的黏性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等地基。对于饱和度较高的黏性土地基等，如果有工程经验或者试验证明采用强夯法有加固效果的也可采用。通常认为强夯挤密法只适用于塑性指数<10的土，对淤泥和淤泥质土地基不宜采用强夯法加固，国内已经有一些关于采用强夯法加固饱和软黏土地基失败的工程实例。

一般来说，强夯法的特点总结为：适用土质范围广；施工工艺、设备简单；加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基土强度可提高2～5倍；土粒结合紧密，有较高的结构强度；节省加固原材料；施工费用低，节省投资，同时耗用劳力少；工效高，施工速度快。

3）设计计算

（1）有效加固深度

强夯法的有效加固深度可按下式估算，即

式中：H——有效加固深度（m）；

W——夯锤重（kN）；

h——落距（m）；

α——折减系数，黏性土取0.5，砂性土取0.7，黄土取0.34～0.5。

（2）夯锤和落距

锤重与落距的乘积称为夯击能。强夯的单位夯击能（指单位面积上所施加的总夯击能）应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和需处理深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。一般来说，粗颗粒土可取1000～3000kN·m，细颗粒土取1500～4000kN·m。

国内夯锤的质量一般为10～25t，常采用8～20m的落距，对相同的夯击能，应选用大落距的施工方案来获得较大的触地速度。

（3）夯击点布置及间距

夯击点布置根据基础的形式和加固要求而定，对大面积地基一般采用等边三角形、等腰三角形或正方形；对条形基础，夯点可成行布置；对独立柱基础，可按柱网设置采取单点或成组布置，在基础下面必须布置夯点。

强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。第一遍夯击点间距为5～9m，以后每遍夯击点间距可以与第一遍相同，也可以适当减小。

（4）单点夯击击数与夯击遍数

单点夯击击数指单个夯点一次连续夯击的次数，对整个场地完成全部夯击点称为一遍，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。单点夯击数应按现场试夯得到的夯击数和下沉量关系曲线确定，且应同时满足：

① 最后两击的平均夯沉量，当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm，当单击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm，当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm。

② 夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

③ 不因夯坑过深而发生起锤困难。

各夯击点之夯击数一般为4～10击。

夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般可取2～3遍，最后再以低能量（如前几遍能量的1/4～1/5）满夯2遍，以夯实前几遍之间的松土和被振松的表层土。

（5）两遍间隔时间

需要分两遍或者多遍夯击的工程，两遍夯击之间应有一定的时间间隔。各遍间的间隔时间取决于加固土层中孔隙水应力消散需要的时间。对于砂性土来说，孔隙水应力的峰值出现在夯实完的瞬间，消散时间只有2～4min。对于黏性土，因孔隙水压力消散较慢，一般时间为15～30天。也可以人为地在黏性土中设置竖向排水通道来缩短间隔的时间。

4）质量控制

强夯法处理地基的加固效果，可以根据地基工程地质情况以及地基处理要求选择下列几种方法中的两种或者两种以上方法进行检验：室内土工试验、现场十字板试验、动力触探试验、静力触探试验、旁压仪试验、波速试验和载荷试验等。检验点数，每个建筑物的地基不少于3点，检测深度和位置按设计要求确定，同时现场测定每夯击点夯击后的地基平均变形值，以检验强夯效果。通过强夯法加固前后测试结果的比较分析可以了解强夯加固地基的效果。