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[摘要]：由于强夯法是目前快速处理基础的一种行之有效的经济方法，如何合理地确定施工中的有关参数就显得十分重要，本文通过理论分析并结合已有试验实测成果，总结在实际施工中采用强夯处理地基的方法和施工经验使其具有更好的经济效益。
[关键词]：强夯法湿陷性路基基底应用
中图分类号：U213文献标识码： A
一、前言
强夯法处理地基是20世纪60年代由法国首先创用的，它通过100～400kN的重锤从6～40m高处自由落下对地基冲击力振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。由于强夯施工时对现场设备要求低、工艺操作简单、适用土质范围广、加固效果显著（一般地基强度可提高2～5倍；压缩性可降低2～10倍，加固影响深度可达6～10m）、工效高、费用低（比换土回填节省50%费用，与预制桩加固节省50%～70%费用）等，因此在路基施工中得到了广泛的应用。
二、强夯的阶段
目前对强夯机理的认识尚不统一，但一般认为地基强夯后其强度提高过程可分为以下4个阶段：
1)第一阶段：夯击能量转化阶段，伴随强制压缩或振密，气体排出，孔隙水压力上升，此阶段是在强夯瞬间完成的。
2)第二阶段：土体液化或土体结构破坏阶段，表现为土体强度降低或抗剪强度丧失。
3)第三阶段：排水固结压密阶段，表现为土体渗透性能改变、裂隙发展、强度提高。
4)第四阶段：触变恢复并伴随固结压密阶段，部分自由水分又变成薄膜水，土的强度继续提高，此阶段是在强夯终止后很长时间才能完成(可长达几个月以上)。
三、强夯的能级
强夯的能级分为以下4类：
1)低能级：500KN·m～4000KN·m
2)中等能级：4000KN·m～6000KN·m
3)高能级：6000KN·m～8000KN·m
4)超高能级：>8000KN·m
四、强夯的要求
1)质量检验应在施工结束后间隔一定时间进行，间隔时间一般为1～2周。
2)最后两击的平均夯沉量不大于50mm。
3)夯坑周围地面不应发生过大的隆起，不因夯坑过深而发生起锤困难。
4)地基承载力不小于设计350KPa。
5)单击夯击能不小于设计1000KN·m
五、施工工艺
工艺流程场地平整→测量夯前场地高程、绘制高程图、放点→第1遍点夯→夯后整平、碾压、检测→绘制场地高程图、放点→第2遍点夯→夯后整平、碾压、检测→绘制场地高程图→补夯→满夯→整平场地→高程测量→检测→验收。
六、工程实例
(一)工程简介
西安市二级公路网化工程高陵鹿苑渭河公路大桥工程，位于西安市高陵县境内，北侧起点连接高陵县鹿苑镇鹿苑大道，南侧终点连接耿镇草临路。该工程为西安市交通运输局规划的 “三横三纵三辐射” 农村二级公路网化工程的一部分，本工程路线全长12.20 Km，其中桥梁长度1.73 Km，路基长度10.47 Km。
本工程位于为汾渭断陷渭河断陷区域，主要为第四系全新统洪积及上更新统冲洪积成因的黄土状土、粉细砂、中粗砂及亚粘土，水土流失及工程地质现象为地貌变化的主要形式。因风积黄土具有结构疏松、空隙度大、垂直节理发育、天然含水量低、易崩解、粘聚力小，抗剪、抗压强度低等特点，当水浸湿时体积迅速减小促使黄土发生形变(湿陷性)，经常出现陷穴、裂缝、黄土漏斗等现象。该段一般相对湿陷系数在0.029～0.199之间，内磨擦角在21°～22.5°之间。
本工程由于受到砂砾缺少及土方过余的影响，本着节约投资的目的，设计中对路基填筑采用挖余的土方（黄土），并针对湿陷性路基填筑增加了强夯处理措施。
根据场地工程地质条件，选择了本标段K6+013.44～K6+280段较为典型的地段作为强夯试验段，并在试验段内进行了单点夯及群夯试验。单点夯及群夯均选用1000KN·m夯击能，主要试验内容有孔隙水压力观测、深层沉降观测、水平位移观测、水位监测、土工试验、静力触探、标准贯入、振动测试、瑞利波(SASW)测试和反射波测试等。强夯参数包括：单点夯击能、最佳夯击能、有效加固深度、夯击遍数、遍夯间隔时间、夯点距和夯点布置等。
(二)施工机械
1.强夯设备：根据设计要求，现场选用W1001型履带式强夯机，该机最大提升高度为15m，满足该段路基强夯施工的要求。该机具有良好的起重性能及灵活的移动性能，且带有自动脱钩装置，从而简化了辅助人员的工作量，并且提高了安全性。
2.夯锤：采用圆形铸铁块，直径为2.5m，厚度为0.8m，锤重10t。为保证夯实效果，垂体中心设置了4个直径为30cm的上下贯通圆形通气孔，该锤的底面静压力为20.0KPa。
3.其它设备：为满足强夯的施工，现场配备了施工辅助设备，主要有PC220型挖掘机1台、厦工50型装载机1台、征山T100推土机1台、YZ20H振动压路机1台、8m3洒水车1台、PY185平地机1台。
(三)施工步骤
1.在平整的场地上标出第1遍夯点的位置，并测量场地的底面标高；
2.起重机就位，使夯锤对准夯点位置；
3.测量夯点锤顶高程；
4.将夯锤起吊到预定位置，待夯锤脱钩下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将夯底整平；
5.重复上述步骤（4），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；
6.换夯点，重复上述步骤（2）～（5），直到完成第一遍全部夯点的夯击；
7.用推土机、平地机将夯坑推平，并测量场地高程；
8.在规定的间隔时间后，按上述步骤完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，锤印相接，满夯单击夯击能为1000KN·m，将表层松土夯实并测量场地高程。
(四)单点夯击能和有效加固深度的确定
1.单点夯击能量是决定加固深度的参数，应根据需加固土层的厚度及施工机具设备能力而定,單点夯击能=锤重×落距。选用高能级、夯击遍数多的情况下得到的加固影响深度和加固效果越好，但根据《公路工程抗震设计规范》及本工程要求，从合理、经济的角度出发，地基处理加固深度应在7m以内，采用的夯击能为1000KN·m。
2.土体的加固影响深度是任何一种地基处理方法重点考虑的问题之一，加固影响深度是上部结构基础设计的主要依据，也强夯夯击能量的确定、夯点布设、加固的均匀性评价的依据。目前强夯法加固基础工程按Menard修正公式计算：
h=a·W×H
式中：h—加固深度，m。
W—夯锤质量，t。
H—落距，m。
α—有效加固深度的修正系数。
式中： a与土质条件、地下水位、夯击能大小、夯锤底面积、设计标准等等因素有关。本地区以粉质亚砂土、湿陷性黄土为主，根据现场试验，土的Ip>10,0.25≤IL≤0.5，故α值取值0.45，通过上式计算得夯击能采用1000KN·m时，有效加固深度为4.5m。
(五)最佳夯击能的确定
最佳夯击能从理论上讲是地基出现的孔隙水压力达到土的自重压力时的夯击能，它是单点夯击能的总和。通过观测孔隙水压力增量随夯击次数增加的变化趋势，当孔隙水压力增量趋于稳定时，所达到的能量即为最佳夯击能。
根据3个单点夯试验数据，单点夯时的孔隙水压力随着击数增加孔隙水压力增加，且第一击增加最快，浅部增长快于根部,其变化见图1所示。
单点夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量曲线确定，且应同时满足最后2击的夯沉量不大于50mm、夯坑周围地面不应发生大隆起及不因夯坑过深而发生起锤困难等条件。各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则。通过采用1000KN·m夯击能进行试夯后，孔隙水压力的测试结果表明，孔隙水压力在第5击后仍有增长，第6击后趋于稳定。因此最佳夯击能为1000KN·m夯击6次。
(六)夯击遍数的确定
夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定，一般为1～8遍，本工程设计采用国内平均值3遍，并采用分遍夯击的方法，以获得较高的承载力和压缩模量，最后进行一遍采用低能量“搭接满夯”（能量为450～600KN·m），满夯时锤印彼此重叠搭接。
(七)间歇时间的确定
在强大的夯击能作用下，被夯土体中孔隙水压力迅速增加，达到饱和时有效应力下降为零，土体液化，地基土的强度降低到最低。当增加的孔隙水压力沿夯锤周围的放射状剪切裂缝排出之后，有效应力就随之增加，土颗粒之间距离缩小，土体压密而强度提高。所以在夯击过程中前后两遍之间应有一定的间歇时间，使地基的强度有一个提高的过程，以增大下一遍的夯击效果。间歇时间由试夯时孔隙水压力消散过程的观测来确定。根据试验，由强夯引起的孔隙水压力在24h内消散90%，72h内消散完毕。由此可见，遍夯间歇时间为3d(72h)，见图2。
(八)夯点距及夯点布置
通过观测单点夯孔隙水压力沿水平距离的变化和平面上地表隆起的情况，绘制变化曲线图可以获得单点夯的平面影响范围。所测数据显示随着距夯点水平距离的增大，孔隙水压力逐渐衰减，其影响范围为4.5m左右。而实测的地表隆起范围为5.0m左右，两者基本吻合。
夯点布置形式是主、副夯分别为4.5×4.5m方形布置中间加一点，主、副夯叠加后形成2.25×2.25m的方形布置。从单点夯的平面影响范围和夯后实测的加固效果来看，主、副夯的夯点距是合适的，可以满足地基加固的均匀性要求。当然，从经济的角度出发，主、副夯的点距可以加大至约6m，即最终叠加后形成3.0×3.0m的方形布置(见图3)。
七、强夯的验收标准
表1强夯地基质量检验标准
项目 序号 单位 规定值或允许偏差 检查方法
主控项目 1 地基强度 设计要求 按规定方法
2 地基承载力 KPa 设计要求 按规定方法
一般项目 1 夯锤落距 mm ±300 尺量，钢索设标志
2 锤重 Kg ±100 称重
3 夯击遍数及顺序 设计要求 计数法
4 夯点间距 mm ±500 尺量
5 夯击范围 设计要求 尺量
6 前后两遍间歇时间 设计要求 计时
八、施工注意事项
1.夯点放样采用经纬仪或全站仪，偏差应小于5cm；
2.夯锤的气孔应及时清理，保持畅通，以避免气垫作用，减少夯击能损失；
3.认真做好现场记录，应对每一夯点的夯击能、夯击次数、每击沉降量进行测量并记录；
4.施工中应检查锤重及落距，确保按设计夯击能施工；
5.满夯应保证锤印相接，夯击能量应控制在450～600KN·m；
6.严格控制最后两击的平均沉降量，不大于5 cm；
7.每遍夯前应对表层进行整平，以保证夯锤下落平稳，达到夯实效果。
8.每遍夯击后应有足够的间歇时间，质量检验应在施工结束后1～2周进行。
九、结 语
本文对针对强夯法处理进行湿陷性黄土地基的处理，在实践中对单点夯击能和有效加固深度、最佳夯击能和夯击次數、夯击遍数和时间间隔、夯点距及夯点布置等强夯参数进行了试验研究，并对实际施工中的注意事项作了总结，使之能够指导强夯工程的施工。
参考文献:
1.强夯地基技术规程（YSJ 209-92），1993年7月1日出版，中国有色金属工业西安勘察院主编。
2.建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002，2002年12月1日出版，中国建筑科学研究院主编。
3.强夯地基处理技术规程（CECS 279：2010），2010年11月1日出版，山西省机械施工公司、山西建筑工程（集团）总公司主编。
4.湿陷性黄土地区建筑（GB50025-2004），2004年8月1日出版，陕西省建筑科学研究设计院主编。
5.建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002），2002年4月1日出版，上海市基础工程公司主编。
[关键词]：强夯法湿陷性路基基底应用
中图分类号：U213文献标识码： A
一、前言
强夯法处理地基是20世纪60年代由法国首先创用的，它通过100～400kN的重锤从6～40m高处自由落下对地基冲击力振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。由于强夯施工时对现场设备要求低、工艺操作简单、适用土质范围广、加固效果显著（一般地基强度可提高2～5倍；压缩性可降低2～10倍，加固影响深度可达6～10m）、工效高、费用低（比换土回填节省50%费用，与预制桩加固节省50%～70%费用）等，因此在路基施工中得到了广泛的应用。
二、强夯的阶段
目前对强夯机理的认识尚不统一，但一般认为地基强夯后其强度提高过程可分为以下4个阶段：
1)第一阶段：夯击能量转化阶段，伴随强制压缩或振密，气体排出，孔隙水压力上升，此阶段是在强夯瞬间完成的。
2)第二阶段：土体液化或土体结构破坏阶段，表现为土体强度降低或抗剪强度丧失。
3)第三阶段：排水固结压密阶段，表现为土体渗透性能改变、裂隙发展、强度提高。
4)第四阶段：触变恢复并伴随固结压密阶段，部分自由水分又变成薄膜水，土的强度继续提高，此阶段是在强夯终止后很长时间才能完成(可长达几个月以上)。
三、强夯的能级
强夯的能级分为以下4类：
1)低能级：500KN·m～4000KN·m
2)中等能级：4000KN·m～6000KN·m
3)高能级：6000KN·m～8000KN·m
4)超高能级：>8000KN·m
四、强夯的要求
1)质量检验应在施工结束后间隔一定时间进行，间隔时间一般为1～2周。
2)最后两击的平均夯沉量不大于50mm。
3)夯坑周围地面不应发生过大的隆起，不因夯坑过深而发生起锤困难。
4)地基承载力不小于设计350KPa。
5)单击夯击能不小于设计1000KN·m
五、施工工艺
工艺流程场地平整→测量夯前场地高程、绘制高程图、放点→第1遍点夯→夯后整平、碾压、检测→绘制场地高程图、放点→第2遍点夯→夯后整平、碾压、检测→绘制场地高程图→补夯→满夯→整平场地→高程测量→检测→验收。
六、工程实例
(一)工程简介
西安市二级公路网化工程高陵鹿苑渭河公路大桥工程，位于西安市高陵县境内，北侧起点连接高陵县鹿苑镇鹿苑大道，南侧终点连接耿镇草临路。该工程为西安市交通运输局规划的 “三横三纵三辐射” 农村二级公路网化工程的一部分，本工程路线全长12.20 Km，其中桥梁长度1.73 Km，路基长度10.47 Km。
本工程位于为汾渭断陷渭河断陷区域，主要为第四系全新统洪积及上更新统冲洪积成因的黄土状土、粉细砂、中粗砂及亚粘土，水土流失及工程地质现象为地貌变化的主要形式。因风积黄土具有结构疏松、空隙度大、垂直节理发育、天然含水量低、易崩解、粘聚力小，抗剪、抗压强度低等特点，当水浸湿时体积迅速减小促使黄土发生形变(湿陷性)，经常出现陷穴、裂缝、黄土漏斗等现象。该段一般相对湿陷系数在0.029～0.199之间，内磨擦角在21°～22.5°之间。
本工程由于受到砂砾缺少及土方过余的影响，本着节约投资的目的，设计中对路基填筑采用挖余的土方（黄土），并针对湿陷性路基填筑增加了强夯处理措施。
根据场地工程地质条件，选择了本标段K6+013.44～K6+280段较为典型的地段作为强夯试验段，并在试验段内进行了单点夯及群夯试验。单点夯及群夯均选用1000KN·m夯击能，主要试验内容有孔隙水压力观测、深层沉降观测、水平位移观测、水位监测、土工试验、静力触探、标准贯入、振动测试、瑞利波(SASW)测试和反射波测试等。强夯参数包括：单点夯击能、最佳夯击能、有效加固深度、夯击遍数、遍夯间隔时间、夯点距和夯点布置等。
(二)施工机械
1.强夯设备：根据设计要求，现场选用W1001型履带式强夯机，该机最大提升高度为15m，满足该段路基强夯施工的要求。该机具有良好的起重性能及灵活的移动性能，且带有自动脱钩装置，从而简化了辅助人员的工作量，并且提高了安全性。
2.夯锤：采用圆形铸铁块，直径为2.5m，厚度为0.8m，锤重10t。为保证夯实效果，垂体中心设置了4个直径为30cm的上下贯通圆形通气孔，该锤的底面静压力为20.0KPa。
3.其它设备：为满足强夯的施工，现场配备了施工辅助设备，主要有PC220型挖掘机1台、厦工50型装载机1台、征山T100推土机1台、YZ20H振动压路机1台、8m3洒水车1台、PY185平地机1台。
(三)施工步骤
1.在平整的场地上标出第1遍夯点的位置，并测量场地的底面标高；
2.起重机就位，使夯锤对准夯点位置；
3.测量夯点锤顶高程；
4.将夯锤起吊到预定位置，待夯锤脱钩下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将夯底整平；
5.重复上述步骤（4），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；
6.换夯点，重复上述步骤（2）～（5），直到完成第一遍全部夯点的夯击；
7.用推土机、平地机将夯坑推平，并测量场地高程；
8.在规定的间隔时间后，按上述步骤完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，锤印相接，满夯单击夯击能为1000KN·m，将表层松土夯实并测量场地高程。
(四)单点夯击能和有效加固深度的确定
1.单点夯击能量是决定加固深度的参数，应根据需加固土层的厚度及施工机具设备能力而定,單点夯击能=锤重×落距。选用高能级、夯击遍数多的情况下得到的加固影响深度和加固效果越好，但根据《公路工程抗震设计规范》及本工程要求，从合理、经济的角度出发，地基处理加固深度应在7m以内，采用的夯击能为1000KN·m。
2.土体的加固影响深度是任何一种地基处理方法重点考虑的问题之一，加固影响深度是上部结构基础设计的主要依据，也强夯夯击能量的确定、夯点布设、加固的均匀性评价的依据。目前强夯法加固基础工程按Menard修正公式计算：
h=a·W×H
式中：h—加固深度，m。
W—夯锤质量，t。
H—落距，m。
α—有效加固深度的修正系数。
式中： a与土质条件、地下水位、夯击能大小、夯锤底面积、设计标准等等因素有关。本地区以粉质亚砂土、湿陷性黄土为主，根据现场试验，土的Ip>10,0.25≤IL≤0.5，故α值取值0.45，通过上式计算得夯击能采用1000KN·m时，有效加固深度为4.5m。
(五)最佳夯击能的确定
最佳夯击能从理论上讲是地基出现的孔隙水压力达到土的自重压力时的夯击能，它是单点夯击能的总和。通过观测孔隙水压力增量随夯击次数增加的变化趋势，当孔隙水压力增量趋于稳定时，所达到的能量即为最佳夯击能。
根据3个单点夯试验数据，单点夯时的孔隙水压力随着击数增加孔隙水压力增加，且第一击增加最快，浅部增长快于根部,其变化见图1所示。
单点夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量曲线确定，且应同时满足最后2击的夯沉量不大于50mm、夯坑周围地面不应发生大隆起及不因夯坑过深而发生起锤困难等条件。各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则。通过采用1000KN·m夯击能进行试夯后，孔隙水压力的测试结果表明，孔隙水压力在第5击后仍有增长，第6击后趋于稳定。因此最佳夯击能为1000KN·m夯击6次。
(六)夯击遍数的确定
夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定，一般为1～8遍，本工程设计采用国内平均值3遍，并采用分遍夯击的方法，以获得较高的承载力和压缩模量，最后进行一遍采用低能量“搭接满夯”（能量为450～600KN·m），满夯时锤印彼此重叠搭接。
(七)间歇时间的确定
在强大的夯击能作用下，被夯土体中孔隙水压力迅速增加，达到饱和时有效应力下降为零，土体液化，地基土的强度降低到最低。当增加的孔隙水压力沿夯锤周围的放射状剪切裂缝排出之后，有效应力就随之增加，土颗粒之间距离缩小，土体压密而强度提高。所以在夯击过程中前后两遍之间应有一定的间歇时间，使地基的强度有一个提高的过程，以增大下一遍的夯击效果。间歇时间由试夯时孔隙水压力消散过程的观测来确定。根据试验，由强夯引起的孔隙水压力在24h内消散90%，72h内消散完毕。由此可见，遍夯间歇时间为3d(72h)，见图2。
(八)夯点距及夯点布置
通过观测单点夯孔隙水压力沿水平距离的变化和平面上地表隆起的情况，绘制变化曲线图可以获得单点夯的平面影响范围。所测数据显示随着距夯点水平距离的增大，孔隙水压力逐渐衰减，其影响范围为4.5m左右。而实测的地表隆起范围为5.0m左右，两者基本吻合。
夯点布置形式是主、副夯分别为4.5×4.5m方形布置中间加一点，主、副夯叠加后形成2.25×2.25m的方形布置。从单点夯的平面影响范围和夯后实测的加固效果来看，主、副夯的夯点距是合适的，可以满足地基加固的均匀性要求。当然，从经济的角度出发，主、副夯的点距可以加大至约6m，即最终叠加后形成3.0×3.0m的方形布置(见图3)。
七、强夯的验收标准
表1强夯地基质量检验标准
项目 序号 单位 规定值或允许偏差 检查方法
主控项目 1 地基强度 设计要求 按规定方法
2 地基承载力 KPa 设计要求 按规定方法
一般项目 1 夯锤落距 mm ±300 尺量，钢索设标志
2 锤重 Kg ±100 称重
3 夯击遍数及顺序 设计要求 计数法
4 夯点间距 mm ±500 尺量
5 夯击范围 设计要求 尺量
6 前后两遍间歇时间 设计要求 计时
八、施工注意事项
1.夯点放样采用经纬仪或全站仪，偏差应小于5cm；
2.夯锤的气孔应及时清理，保持畅通，以避免气垫作用，减少夯击能损失；
3.认真做好现场记录，应对每一夯点的夯击能、夯击次数、每击沉降量进行测量并记录；
4.施工中应检查锤重及落距，确保按设计夯击能施工；
5.满夯应保证锤印相接，夯击能量应控制在450～600KN·m；
6.严格控制最后两击的平均沉降量，不大于5 cm；
7.每遍夯前应对表层进行整平，以保证夯锤下落平稳，达到夯实效果。
8.每遍夯击后应有足够的间歇时间，质量检验应在施工结束后1～2周进行。
九、结 语
本文对针对强夯法处理进行湿陷性黄土地基的处理，在实践中对单点夯击能和有效加固深度、最佳夯击能和夯击次數、夯击遍数和时间间隔、夯点距及夯点布置等强夯参数进行了试验研究，并对实际施工中的注意事项作了总结，使之能够指导强夯工程的施工。
参考文献:
1.强夯地基技术规程（YSJ 209-92），1993年7月1日出版，中国有色金属工业西安勘察院主编。
2.建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002，2002年12月1日出版，中国建筑科学研究院主编。
3.强夯地基处理技术规程（CECS 279：2010），2010年11月1日出版，山西省机械施工公司、山西建筑工程（集团）总公司主编。
4.湿陷性黄土地区建筑（GB50025-2004），2004年8月1日出版，陕西省建筑科学研究设计院主编。
5.建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002），2002年4月1日出版，上海市基础工程公司主编。