摘要：強夯法是一種經(jīng)濟高效的地基處理方法，關(guān)于其加固深度的計算方法有多種，其中由天津大學王成華提出的等效擬靜力法有較多優(yōu)點，如利用該種方法可以推到出最優(yōu)錘徑，計算出的最優(yōu)錘徑可供機械選型時參考。

　　關(guān)鍵詞：強夯法,等效擬靜力法,加固深度,最優(yōu)錘徑

　　1 強夯法及其發(fā)展

　　強夯法是一種經(jīng)濟高效的地基處理方法。這種方法是將很重的錘(一般為100～400KN，最高可達2000KN)吊到8～25m高處(最高可達40m)，而后自由落下，其動能在土體中轉(zhuǎn)化成很大的沖擊波和高應力，從而提高地基土的強度，降低其壓縮性，消除濕陷性，改善其抵抗振(震)動液化的能力等。同時，強夯法還可以提高土層的均勻性，減少工后差異沉降。

　　強夯法是1969年法國Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一項嶄新的地基加固方法，其首次使用是在法國納普爾海濱一住宅建筑項目上試驗成功后，迅速在全世界各國推廣。

　　1978年11月至1979年初，我國交通部一航局科研所等單位，在天津新港13號公路首次進行強夯法試驗研究。1979年8～9月又在秦皇島碼頭堆煤場的細砂地基進行試驗，效果顯著，正式采用強夯法加固該煤場地基。中國建筑科學研究院等單位，于1979年4月在河北廊坊進行強夯法試驗，處理可液化砂土與粉土，并于6月正式進行工程施工。由于強夯法施工簡單、快速、經(jīng)濟，在我國發(fā)展迅速，在《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)中，強夯法是地基處理技術(shù)之一，說明這項新技術(shù)已經(jīng)成熟，目前已經(jīng)成為我國最為常用和經(jīng)濟的地基處理方法之一。

　　2 強夯加固深度的確定

　　2.1 加固深度的定義及影響因素

　　在強夯法中,土體的加固深度是進行結(jié)構(gòu)基礎設計的主要依據(jù)，強夯法加固地基的加固深度為：從最初起夯面(夯前地面整平標高)算起，不完全工程設計需要的地基土，經(jīng)強夯法加固后，以某種方法測試的土的強度、變形等指標，均滿足了設計要求的深度。

　　我國《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》 JGJ7922002認為,夯錘重、落距、錘底單位壓力、地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水等都與加固深度有著密切的關(guān)系。除此之外，強夯機具的工作效率、強夯施加的總夯擊能、夯錘的形狀、錘徑以及夯點的布置等因素對加固深度的影響也是顯而易見的。

　　2.2 加固深度的判定方法

　　鑒于強夯法加固深度問題的復雜性，國內(nèi)外許多學者和工程技術(shù)人員都致力于此問題的研究，常見的判定方法有一下一些：

　　1) Menard系數(shù)法

　　2) 系數(shù)修正法

　　3) 經(jīng)驗公式法

　　4) 量綱分析法

　　5) 能量守恒方法

　　在能量守恒法中，天津大學王成華[3]根據(jù)強夯時土體塑性變形對加固地基有效地事實，按塑性能量守恒，采用等效擬靜力法估算加固深度。該方法認為總能量中真正使土體加固的能量為土體產(chǎn)生的塑性不可恢復變形所需之能量，由此導出等效擬靜力法的計算有效加固深度：

　　式中 -地下水位埋深;

　　-分別為水上土的天然重度和水下土的有效重力密度。

　　2.3 等效擬靜力法的基本思路

　　天津大學王成華于1991年提出的等效擬靜力法，可初步考慮較多的影響因素，公式中各參數(shù)可由常規(guī)試驗實測或設計選用，簡便實用。且在若干工程實例的估算結(jié)果表明該方法具有可行性。該法認為強夯加固效果的實質(zhì)是土體產(chǎn)生不可恢復的塑性變形;加固機理可以高度概括為將夯錘的重力勢能轉(zhuǎn)化為土體的塑性變形能。強夯使地基產(chǎn)生很大的豎向壓縮和側(cè)向擠動，錘外地面隆起、開裂。這一事實表明：若將夯擊力視為靜荷載，從引起等效塑性沉降角度來看，其等效擬靜力至少達到或超過地基的極限荷載。可以認為擬靜壓力與相應的塑性沉降之積為實用與加固土體的塑性變形能。將夯錘式為淺基礎，夯擊力視為擬靜壓力，則為夯點下2倍錘徑或邊長深度內(nèi)附加應力水平較高，其加固效果最佳，此深度以下效果較弱。近似假定：強夯靜壓力引起的擬靜附加應力達到自重應力0.2倍深度以內(nèi)，土體才產(chǎn)生塑性變形，此深度即為強夯地基的加固深度。

　　根據(jù)上述思路推導出等效擬靜壓力為：

　　式中： —地基的變形模量，kPa;

　　μ—的泊松比;

　　D—夯錘的直徑或邊長，m;

　　ω—沉降系數(shù)，對圓形錘為0.79;對方形錘為0.89;

　　k—模量系數(shù)，由表2.1選取，按較軟的土取大值，較硬的土取小值的原則確定;

　　η—效率系數(shù)，取0.67;

　　C—錘形常數(shù)，當夯錘為圓形錘時C= ;當夯錘為方形錘時C=ω=0.89。

　　將等效擬靜壓力帶入式(2.1)或式(2.2)即可求出強夯法處理地基的加固深度。對成層土地基的 值可按土層厚度取加權(quán)平均值;

　　表2.1 土的模量系數(shù)經(jīng)驗值

　　3 夯錘錘徑的選擇

　　為確定夯錘尺寸(D)對強夯加固地基加固深度的影響情況，選取如表3.1所示的計算參數(shù)，計算不同錘徑下的加固深度如圖3-1。

　　　由圖3-1可知，在土質(zhì)、夯擊能量等條件一定的情況下，錘底尺寸D小，加固深度小;增大尺寸可以提高加固深度，但不宜過大，過大深度反而會有所下降，在加固深度與錘徑的函數(shù)關(guān)系曲線上，有且只有一個最大值，在實際工程中可以將其看作是最佳錘徑。

　　對于等效擬靜壓力和強夯加固深度公式中的各個參數(shù)，如僅把錘徑看作是變量，可以推導出加固深度達到峰值時夯錘錘徑的表達式，推導過程如下：

　　對于本例，但采用圓形錘時有：

　　根據(jù)圖2-5可知，曲線的最大值在2.4m-2.5m之間，所以兩者可以相互驗證，在實際工程中可以根據(jù)現(xiàn)有機具，先確定夯擊能，然后利用式(3.3)來計算最佳錘徑，給最終夯錘的選擇提供參考。

　　4 結(jié)語

　　1、因為強夯施工的震動過大，在絕大部分城市建設中已不再廣泛使用，但是其操作簡單，成本低，在許多遠離市區(qū)的郊區(qū)及野外作業(yè)施工中仍有很大的利用空間;

　　2、利用等效擬靜力法可以推導出最優(yōu)錘徑，可供施工前的施工準備;

　　3、等效擬靜力法中考慮了方錘和圓錘兩種錘形，經(jīng)計算在同樣的條件下，方錘計算出的加固深度較圓形錘計算出的結(jié)果大，但考慮圓形夯錘任意軸對稱的特點，圓形夯錘實際操作中加固效果會好于方形錘，實際施工中也基本上都采用圓形錘。

　　參考文獻

　　[1] 左名麒，朱樹森. 強夯法地基加固. 北京：中國鐵道出版社，1990

　　[2] 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，JGJ79-2002，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002

　　[3] 顧嘵魯,劉惠珊,汪時敏等. 地基與基礎(第三版)[M] . 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2003.

　　[4] 徐至鈞、張亦農(nóng). 強夯和強夯置換法加固地基，北京：機械工業(yè)出版社，2004

　　[5] 王成華. 強夯加固深度估算的等效擬靜力法，第六屆全國土力學及基礎工程學術(shù)會議論文集，1991年，上海

　　[6] 王成華.強夯地基加固深度估算方法述評,地基處理，1991,2(1):20-24

　　[7] 劉海沖. 罐與強夯地基影響深度的研究，勘察技術(shù)，1993，(3)：19-22