强夯法加固地基夯锤锤径的选择

1、强夯法及其发展

　　强夯法是一种经济高效的地基处理方法。这种方法是将很重的锤（一般为100～400KN，最高可达2000KN）吊到8～25m高处（最高可达40m），而后自由落下，其动能在土体中转化成很大的冲击波和高应力，从而提高地基土的强度，降低其压缩性，消除湿陷性，改善其抵抗振（震）动液化的能力等。同时，强夯法还可以提高土层的均匀性，减少工后差异沉降。

　　强夯法是1969年法国Menard技术公司首创的一项崭新的地基加固方法，其首次使用是在法国纳普尔海滨一住宅建筑项目上试验成功后，迅速在全世界各国推广。

　　1978年11月至1979年初，我国交通部一航局科研所等单位，在天津新港13号公路首次进行强夯法试验研究。1979年8～9月又在秦皇岛码头堆煤场的细砂地基进行试验，效果显著，正式采用强夯法加固该煤场地基。中国建筑科学研究院等单位，于1979年4月在河北廊坊进行强夯法试验，处理可液化砂土与粉土，并于6月正式进行工程施工。由于强夯法施工简单、快速、经济，在我国发展迅速，在《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中，强夯法是地基处理技术之一，说明这项新技术已经成熟，目前已经成为我国最为常用和经济的地基处理方法之一。

　　2、强夯加固深度的确定

　　2.1 加固深度的定义及影响因素

　　在强夯法中,土体的加固深度是进行结构基础设计的主要依据，强夯法加固地基的加固深度为：从最初起夯面（夯前地面整平标高）算起，不完全工程设计需要的地基土，经强夯法加固后，以某种方法测试的土的强度、变形等指标，均满足了设计要求的深度。

　　我国《建筑地基处理技术规范》 JGJ7922002认为,夯锤重、落距、锤底单位压力、地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水等都与加固深度有着密切的关系。除此之外，强夯机具的工作效率、强夯施加的总夯击能、夯锤的形状、锤径以及夯点的布置等因素对加固深度的影响也是显而易见的。

　　2.2 加固深度的判定方法

　　鉴于强夯法加固深度问题的复杂性，国内外许多学者和工程技术人员都致力于此问题的研究，常见的判定方法有一下一些：

　　1） Menard系数法

　　2） 系数修正法

　　3） 经验公式法

　　4） 量纲分析法

　　5） 能量守恒方法

　　在能量守恒法中，天津大学王成华[3]根据强夯时土体塑性变形对加固地基有效地事实，按塑性能量守恒，采用等效拟静力法估算加固深度。该方法认为总能量中真正使土体加固的能量为土体产生的塑性不可恢复变形所需之能量，由此导出等效拟静力法的计算有效加固深度：

　　　　式中 -地下水位埋深;-分别为水上土的天然重度和水下土的有效重力密度。

　　2.3 等效拟静力法的基本思路

　　天津大学王成华于1991年提出的等效拟静力法，可初步考虑较多的影响因素，公式中各参数可由常规试验实测或设计选用，简便实用。且在若干工程实例的估算结果表明该方法具有可行性。该法认为强夯加固效果的实质是土体产生不可恢复的塑性变形;加固机理可以高度概括为将夯锤的重力势能转化为土体的塑性变形能。强夯使地基产生很大的竖向压缩和侧向挤动，锤外地面隆起、开裂。这一事实表明：若将夯击力视为静荷载，从引起等效塑性沉降角度来看，其等效拟静力至少达到或超过地基的极限荷载。可以认为拟静压力与相应的塑性沉降之积为实用与加固土体的塑性变形能。将夯锤式为浅基础，夯击力视为拟静压力，则为夯点下2倍锤径或边长深度内附加应力水平较高，其加固效果最佳，此深度以下效果较弱。近似假定：强夯静压力引起的拟静附加应力达到自重应力0.2倍深度以内，土体才产生塑性变形，此深度即为强夯地基的加固深度。

　　根据上述思路推导出等效拟静压力为：

　　　　式中： —地基的变形模量，kPa;

　　μ—的泊松比;

　　D—夯锤的直径或边长，m;

　　ω—沉降系数，对圆形锤为0.79;对方形锤为0.89;

　　k—模量系数，由表2.1选取，按较软的土取大值，较硬的土取小值的原则确定;

　　η—效率系数，取0.67;

　　C—锤形常数，当夯锤为圆形锤时C= ;当夯锤为方形锤时C=ω=0.89。

　　将等效拟静压力带入式（2.1）或式（2.2）即可求出强夯法处理地基的加固深度。