科 —技信息 —黑龙江—— 建ｉ筑Ｉ工』程 浅谈强夯法加固地基的机理及对土体 产生的变形影响 杨智刚 （西安航空技术高等专科学校，陕西西安７１００２１） 摘要：结合工程实践，对采用强夯法处理地基时的加固机理进行了分析和研究，并在此基础上分析了强芬法加固地基时对土体产生的变 形影响。 关键词：强夯；加固机理；土体变形 强夯法是１９６９年由法国工程师路易・梅那 （１Ｊ．Ｍｅｎａｒｄ）创立的一种地基处理方法。经过 近４Ｏ年的发展，已广泛地应用于工业与民用 建筑、仓库、油罐、公路和铁路、飞机场跑道 及码头的地基处理中。工程实践证明是一种行 之有效的地基处理方法ｌｌｌ。关于强夯法加固地 基机理， 国内外学者从不同的角度进行了大量 的研究，但至今尚未形成成熟和完善的理论。 在第十届国际土力学和基础工程会议上，美国 的Ｍｉｔｃｈｅｌｌ教授在“地基处理的科技发展水 平”报告中指出１２１：“当强夯法应用于非饱和土 时，压密过程基本上同实验室的击实法（普氏击 实法）相同，在饱和无粘性土的情况下，可能会 产生液化，压密过程同爆破和振动压密的过程 相似。”对于这类饱和细粒土，需要破坏土的结 构，产生超孔隙水压力以及通过裂隙形成排水 通道，孔隙水压消散，土体才会压密。 对强夯法加固地基的机理认识，应分宏观 和微观机理。宏观机理从加固区土所受冲击 力、应力波的传播、土的强度对土加密的影响 作出解释；微观机理则对冲击力作用下土的微 观结构的变化，如土颗粒的重新排列、连接作 出解释。宏观机理是外部表现，微观机理是内 部依据［３１。强夯机理研究中还有一个必须研究 的内容就是夯击能量的传递，即确定夯击能量 中真正用于加固地基的那部分能量和该部分能 量如何加固地基。 目前普遍一致的看法认为，经强夯后，土 强度提高过程可分为四个阶段 ： （１）夯击能量转化，同时伴随强制压缩或 振密，包括气体的排出，孔隙水压力上升； （２）土体液化或土体结构破坏，表现为土 体强度降低或抗剪强度丧失； （３）排水固结压密，表现为渗透性能改 变，土体裂隙发展，土体强度提高； （４）触变恢复并伴随固结压密，包括部分 自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高。 以上的四个阶段，其巾第（１）阶段是瞬 时发生的，第（４）阶段是强夯终止后很长时 间才能达到的（可长达几个月以上），巾间两 个阶段则介于上述两者之间。 对于非饱和土用强夯法主要起挤密作用， 因强夯产生的击实能量相当大，故效果通常较 好；对于饱和土用强夯法主要起动力固结作 用，能否迅速将土体内的水排出，是决定强夯 效果好坏的关键。 强夯的特点是将机械能转化为势能，再变 击波，在土体中传播。因此冲击波在土中的传 断的，每夯击一锤就产生一次冲击波，因此还 播过程是强夯法的基础。冲击波主要由三部分 有冲击波和地基土共振的阶段。软弱地基土的 组成［５１。 振动周期长，随着土体被不断夯击密实，在夯 ａ．Ｐ波——又称压缩波，是由振源向外传 击到一定阶段，坚实土层的振动周期缩短，与 播的纵向波，质点的振动方向与波的前进方向 Ｐ波的周期接近或相等，此时就会产生共振现 致，属一种推拉运动，振动的破坏力较小。 象，从而加强了Ｐ波，使之传播得更远更深，此 传播特点是振动周期短，振幅小，速度最快， 时被压缩的土体就越厚。若土层的振动周期和 但它仅携带振动能量的７％左右。能在固体与 Ｒ波的周期接近或相等而引起共振，则强夯冲 液体中传播，但不能在气体中传播。 击波对周围建筑物产生的危害程度就会增加。 ｂ．ｓ波——又称剪切波，由振源向外传播 从以上的分析不难看出，在采用强夯法加 的横向波，质点的振动方向与波的前进方向垂 固地基时，强夯冲击波能使地基土产生竖向压 直，作横向位移，振动的破坏力较大。传播特 缩变形，也产生侧向挤出变形。工程实践表 点是振动周期较长，振幅较大，只能在固体中 明：对于非饱和黄土类土，强夯时土体中孑Ｌ隙 传播，波速仅为压缩波的１１２～１／３，占振动能 易被压缩，使土体产生显著的压缩变形（表现 量的２６％。 为夯沉量），夯坑周围隆起现象不明显。一些 ｃ．Ｒ波——又称瑞利波，即表面波，限于 实测结果表明，土体的侧向变形与夯击次数有 在半空间边界附近一个区域内运动的波。传播 关，夯击次数越多，侧向变形越大，夯后的挤 特点是周期长，振幅大，波速比压缩波小，与 实土体大致呈椭球形，压缩变形区约在地面以 剪切波相近，只能在固体中传播，不能在液体 下３．０ｂ（ｂ为锤底面直径）深度范嗣；平面影 中传播，携带振动能量的６７％。它对土体不 响从夯锤中心向外约１．５ｂ范围内。夯坑体积 但不起加固作用，反而对邻近的建筑物有害。 的８５％是由于地基土的竖向压缩形成的。在 根据波的传播特性可见，瑞利波携带了约三分 实际工程中采用强夯法进行施工时，要充分考 之二的能量，以夯坑为中心沿地表向四周传 虑到土体的变形特征，采用合理的施工工艺进 播，使周围物体产生振动，对地基压密没有效 行施工，以取得良好的施工效果。 果。而余下的能量则由剪切波和压缩波携带向 参考文献 地下传播，当这部分能量释放在需加固的土层 【１】河海大学．交通土建软土地基工程手册［Ｍ】．北 时，土体就得到压密加固。即压缩波大部分通 京：人民交通出版社。２００１：４４３—４４４． 过液相运动，逐渐使孔隙水压力增加，使土体 ［２］Ｍｉｔｃｈｅｌｌ，Ｊ．Ｋ．Ｓｏｉｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｔａｔｅ—ｏｆ－ｔｈｅ— 骨架解体，而随后到达的剪切波使解体的土颗 ａｒｔ ｒｅｐｏｒｔ【Ａ１．Ｐｒｏｃ ｏｆ ｌＯｔｈ Ｉｎｔ Ｃｏｎｆ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈ 粒处于更密实的状态。各种振动波在土中的传 ［Ｃ】．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｆｏｕｎｄ．Ｅｎｇ，１９８１：６５－６７． 播特性见图１。 ｆ３１冯永亘，王彬，魏东．强夯法加固地基的机理 探讨ｌＪＩ．勘察科学技术，１９８８（２）：２７—３０． 『４１￣１－海大学．交通土建软土地基工程手册『Ｍ１．北 一京：人民交通出版社，２００１：４３—４４４． 『５１谢定义．土动力学『Ｍ１．西安：西安交通大学出 版社．１９８８：３１—３４． 作者简介：杨智刚（１９７０～１．男，工程师、助 ＼＼ ｌ ／／ 教，西安航空技术高等专科学校。 ＼、－！－一一／ ｆ聃ｔ 图１振动波在土中的传播特性 （上接３９页） 站采用的综合自动化系统中，微 机型的保护、测控一体化装置已广泛应用在３５ＫＶ 及６ＫＶ的手车式开关柜巾，烧毁合闸回路元件可 能导致所在的整块操作板损坏，使现场难以修复， 所以，合闸回路的改进要引起重视。 参考文献 Ｐ波在传播过程中会遇到各种界面的反射 和折射，波的传播能量因而逐渐衰减，最后消 失，故在相同夯击能的情况下，单一均质土层 的加固效果要比多层非均质土的加固效果好。 在强夯施工中，通常可采取一些措施，尽量减 为动能作用于土体。在夯锤作用于地面的一瞬 少破坏地基土中的层状面和其它界面，以减少 间，使土体产生强烈振动，在地基土中产生冲 夯击能的损失。此外，由于强夯的冲击波是间 ［１ 笑．电气工程专业设计指南（继电保护分册）【Ｍ１． Ｉ２］能源部．电力工程设计手￣ｔｔＭ］． ［３１４￣永华新标准电气工程图『ＺＩ． －２７６－
