强夯法开始时仅用于处理砂土和碎石地基,后来随着经验的丰富以及施工方法的科学化、现代化,尤其是排水条件的改善,用强夯法所处理的土类不断增加,甚至对海底、水下的软弱土层也尝试通过特殊工艺进行强夯处理。强夯法由于具有加固效果好、适用土类广、设备简单、施工方便、施工周期短、节约材料和施工费用低等优点,在工程界得到广泛的应用。
1.强夯法的发展历程
强夯法其形成和应用始于L.Menard 1969年对法国南部戛纳附近芒德利厄海边20来栋八层楼居住建筑的地基加固工程。我国于1975年开始介绍和引进强夯技术,首先由钱征等人于1978年在天津新港成功地对软土进行强夯试验研究,在此基础上对秦皇岛细砂地基成功地进行试验。自此,强夯加固方法在国内迅速得到推广,据不完全统计,迄今全国己有十几个省市在数百项工程中采用了这一加固方法。目前,应用强夯法处理地基的范围包括工业与民用建筑、仓库、油罐、出仓、公路、铁路路基,机场飞机跑道、港口码头及护岸工程等。
2.强夯法的技术特点
强夯法自发明以来,不断在工程中得到应用,它具有以下特点:
①适用各类土层:可以用于加固各类砂性土、粉土、一般粘性土、黄土、人工填土,特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土,结合其它技术措施也可用于加固软土地基。
②应用范围广泛:可以应用于工业厂房、民用建筑、设备基础、油罐、公路、铁道、桥梁、机场跑道、港口码头等工程的地基加固。
③加固效果显著:地基经强夯处理后,可以明显提高地基承载力和压缩模量,增加干重度,减少孔隙比,降低压缩系数,增加场地均匀性,消除湿陷性、膨胀性,防止振动液化。
④有效加固深度:结合国内外的工程情况,强夯法加固深度一般均可以达6~8 m。
⑤施工机具简单:强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时可以辅以龙门式起落架或其它设备,加上自动脱钩装置。当机械设备困难时,还可以因地制宜地采用打桩机、桅杆等简易设备。
⑥节省材料:一般的强夯处理是将原状土施加夯击能量,无需添加其它建筑材料,从而节约了建筑材料的购置、运输、打入地下的施工费用,大大缩短了施工周期。当有特殊要求时,可以辅以砂井、挤密碎石工艺配合强夯施工,其加固效果比单一工艺高出许多,材料也比单一砂井、挤密碎石方案要少,费用较低。
⑦节省工程造价:由于强夯工艺无需建筑材料,节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用,除消耗少量油料外,没有其它消耗,因此工艺造价低廉。
⑧施工快捷:只要工艺合适,强夯工艺无需建筑材料的制作,其施工周期最短,特别是对粗颗粒非饱和土的强夯,周期更短,与挤密碎石桩、分层碾压、灌注桩方案相比更为快捷,因此间接经济效益更为显著。
3.强夯法在工程中的应用
3.1强夯法加固砂土液化地基
在我国华北地区,砂土液化问题一直是岩土工程中地基处理的重要问题,一般砂土液化厚度在地表以下7~9m,液化如果不消除,会直接影响工程质量。传统的处理方法多采用挤密碎石桩工艺,该工艺加固费用很大,周期较长。若采用强夯工艺,其消除液化的程度与挤密碎石桩作用效果相当甚至更好,基底处地基承载力也相对较高,基本上可以满足一般设计要求;同时,强夯法加固液化地基使工程造价大幅度降低。
3.2强夯法加固湿陷性黄土地基
在工程建设中若对湿陷性黄土认识不足,采取措施不当,常常会使建(构)筑物地基因发生湿陷导致建(构)筑物出现断裂或裂缝,影响到建(构)筑物的正常使用。为此,在湿陷性黄土地基上进行工程建设时必须消除黄土的湿陷性。强夯法在消除湿陷性黄土的湿陷性、减少地基变形量、提高地基强度等方面有独特的优越性,因而得到迅速发展与推广,特别是在我国陕西、山西、甘肃等省,利用强夯法消除地基的湿陷性已成为主要手段,并且随着设备的改进与夯击能的提高,处理深度不断加大,可达到10m以上。
3.3强夯法加固抛石填海地基
强夯法加固抛石填海地基在我国应用比较广泛,80年代我国在强夯技术方面取得的突出成果之一就是强夯法加固抛石填海地基。中国建筑科学研究院张永钧研究员等将强夯技术应用于处理填海地基工程并进行过专题研究。由于抛石填海地基块石较大、级配很差、堆填厚度大、整个场地非常疏松,且不均匀,除了强夯工艺以外的其它的工艺都很难保证加固效果和满足设计要求以及经济要求。
3.4强夯法加固砾质粘性土回填地基
砾质粘性土是指粒径大于2 rnrn的颗粒含量超过20%的残积土,具有粘土含量中,同时又具有粗颗粒含量。当砾质粘性土被搬运用于回填时,其性质改变较大,孔隙比更大,压缩性增大,湿陷性更明显。而沿海地区广泛分布有残积土底层,包括砾质粘性土和砂质粘性土,且多为丘陵地带,新建场地较多采用回填地基。对于砾质粘性土回填地基,场地多采用分层碾压的方法,但作用效果并不理想,而且工期很长,施工困难,费用也较高。采用强夯法取代分层碾压或其它工艺方法时,其直接和间接经济效益显而易见,而且也比较合理。
3.5强夯法加固山区非均匀回填地基
我国于1992年底在三门峡火力发电站采用了8000 kN·m强夯技术,用于消除黄土的湿陷性,处理面积达193万m2,处理深度达11.5 m。随后该能级强夯技术在我国普遍被采用,取得了很好的经济效益。单层8000kN·m高能级强夯的有效加固深度可达12 m,多层强夯的处理深度可达24 m~54 m。目前,国内正在研究使用l0000 kN·m以上的强夯能级。
3.6强夯法加固饱和软粘土地基
饱和软土通常是指细粒土,工程特性表现为强度低,压缩性大,渗透性差,灵敏度高,主固结量小,固结度低,次固结变形量大,固结时间长等,其工程性质差。随着强夯的推广,不断地总结经验,成功地推出了许多新的方法,近几年人们发现,根据软粘性土的物理力学特性,附加其他加固方法,即采取复合式的强夯加固方法,其加固效果要比采用单一的强夯法加固软地基的效果好得多。
4.结语
强夯法是湿陷性黄土地基中主要地基处理方法之一,该法具有施工方便、经济效益显著等诸多优点,得到广泛的应用。由于强夯作用机理的复杂性以及诸多不确定因素的存在,强夯法的研究和设计主要依靠工程类比和经验总结。开展强夯法加固效果及其影响因素的研究,对提高强夯法的应用水平有着重要的理论和实际意义。