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【摘要】本文扼要的介绍了不同强夯加固机理，从不同的角度和不同的研究对象简述了不同的加固理论，进一步提出强夯加固方案设计要点及步骤以及在选用参数的细节问题，为工程实践提出可靠参考。
【关键词】强夯加固机理；加固设计
1.强夯加固机理
强夯机理可区分宏观机理和微观机理。宏观机理从地基土所受冲击力、应力波的传播；微观机理，则对冲击力作用下土的微观结构的变化，宏观机理是微观机理的外部表现，而微观机理是宏观机理的内部依据[1]。经过强夯加固后，土体强度提高过程可分为四个阶段：夯击能量转化、土体液化、排水固结压密和触变恢复并伴随固结压实。
1.1动力固结理论
动力固结理论是梅那基于饱和粘性土强夯瞬间产生数十厘米沉降的现象而提出的，由于强夯产生巨大的冲击能量使土体产生强烈的振动和压力，导致土中孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水迅速逸出，土体得以固结，从而能减少沉降并提高承载力。
对于饱和土，强夯时，在冲击力作用下，含有空气的孔隙水不能立即排出而具有滞后现象，同时土颗粒周围的吸着水，由于振动或温度上升而变作自由水，其结果使土颗粒间的内聚力削弱，土体强度降低。土体沉降与夯击能成正比当夯击能达到饱和能时，土体产生液化，吸着水变成自由水，土的强度下降到最小值。故夯击能过大，土体固结条件遭到破坏，土体强度降低后难以恢复。
1.2振动波压密理论
强夯巨大的夯击能在路基中产生冲击波和动应力，对路基材料进行挤密，从而提高路基的强度并降低其压缩性，达到加固路基的目的。强夯施工时夯锤以冲击力贯入地基内，能量是通过夯锤底部和侧面以弹性波传播的应变能形式向外扩散而传递的，能量转化为体波和面波传到路基中。
在重锤作用于地面的一瞬间，地基表面产生强烈震动，类似于地震的震源，在地基土中产生震动波，其能量是以应力波的形式在地基内传播。在强大的夯击能作用下，地基土产生剪切压缩和侧向挤压，而横波则使得地基表层松动。当达到一定深度后，只有压缩波（纵波）时，才真正对土体起到压密加固的作用。随加固深度的增加，纵波强度衰减，其压密作用也逐渐减弱。而强夯冲击荷载产生的面波不但起不到加密的作用，反而使地基表面产生松动，面波对地基起不到任何加固的效果。
1.3动力置换理论
动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是采用强夯将块石、石渣等散体材料整体挤入淤泥中，并通过强夯的巨大冲击能将含水量高、抗剪强度低、具有触变性的淤泥挤到周围，形成密实度高、压缩性低、应力扩散性能好、承载力高的垫层，以达到整体置换的目的，其作用机理类似于换土垫层。主要有五个作用分别为置换作用、应力扩散作用、防止冻胀作用、均匀地基反力与沉降作用。
2、强夯加固设计方法
2.1强夯设计步骤
强夯法虽然已在工程中得到广泛的应用，但有关强夯机理的研究，国内外至今尚未取得满意的结果，常规的做法大多是根据土质情况按经验进行设计，再根据试夯结果加以调整，具体分以下几步：
（l）调查工程规模的大小及其重要性，用钻探或原位测试等方法查明场地地质情况和现场土质情况，弄清现场及周围的环境情况；
（2）根据调查资料、设计要求及承载力与变形要求，初步估算单击夯击能，计算加固深度，然后根据经验初步选择夯击能、夯击数、夯间距等参数；
（3）根据己确定的施工参数，选择夯锤和夯机，制订施工计划和夯点布置；
（4）施工前進行试夯，用钻探或原位测试等方法进行加固效果的检验测试，通过对加固效果测试资料的分析，修改和完善初步设计方案。
2.2强夯参数的选择
强夯法的主要设计参数包括：有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、遍数间隔时间、夯击点布置和影响范围等，现扼要阐述如下。
（1）有效加固深度。强夯法的有效加深度既是反映处理效果的重要参数是选择地基处理方案的重要依据，由于梅那公式估算值较实测值为大，自1980年开始，国内外相继发表了一些文章，建议对梅那公式进行修正。但是大量工程实践表明，对于同一类土，采用不同能量夯击时，修正系数并不相同。单击夯击能越大时，修正系数越小。
（2）夯击能的确定。采用强夯法加固地基时，合理地选择夯击设备及夯击能量，对提高夯击效率很重要，若选择的夯击能过小，则难以达到预期的加固效果，若夯击能过大，不仅浪费能源，对饱和粘性土来说，有可能反而会降低强度。因此夯击能的确定主要依据场地的地质条件和工程使用要求，以及根据工程要求的加固深度和加固后需要的地基土承载力来确定单击夯击能，由于目前尚没有成熟的计算方法来统一规范，因此，一般选择仍接Menard公式来估算。
（3）夯击次数。夯击次数是强夯设计中的一个重要参数，夯击次数与地基加固要求有关，因为施加于单位面积上的夯击能大小直接影响加固效果，而夯击能量的大小是根据地基加固后应达到的规定指标来确定的，夯击要求使土体竖向压缩最大，侧向移动最小。国内外一般每夯击点夯5～20击，根据土的性质和土层的厚薄不同，夯击击数也不同。目前夯击次数一般通过现场试夯确定，常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定的原则。
（4）夯击遍数。夯击遍数应根据地基土的性质确定。一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性强的地基，夯击遍数可少些。反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基，夯击遍数要求多些一些。根据相关资料报道，对于碎石、砂砾、砂质土和垃圾土，夯击遍数为2～3遍为宜；粘性土为3～8遍，泥炭为3～5遍。最后再对全部场地进行低能量夯击（俗称满夯），使表层1～2m范围的土层得以夯实。根据我国工程实践，大多数工程可采用夯击遍数为2遍，最后再以低能量满夯一遍，一般均能取得较好的夯击效果。对于渗透性弱的细颗粒土地基，必要时夯击遍数可适当增加。
（5）遍数间隔时间。两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超静孔隙水压力的消散，所以间隔时间取决于超静孔隙水压力的消散时间。对于渗透性好的砂土地基等，一般在数分钟至数小时内即可消散完，但对渗透性差的粘性土地基，一般需要数周才能消散完。夯点间距对孔压消散速率也有很大的影响，夯点间距小，孔压消散慢，反之孔压消散快。当缺少实测孔压资料时，可根据地基土的渗透性确定间隔时间，对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，一般应不少于3～4周；对于渗透性好的地基，则可连续夯击。
（6）夯击点布置。夯击点布置是否合理，将影响强夯的加固效果，应综合建筑物（或构筑物）平面形状、基础类型、场地土情况及含水量大小和工程要求等因素来选择布点方案。夯击点位置根据建筑结构类型一般可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布点。
（7）处理范围。由于基础的应力扩散作用，强夯处理的范围应大于建筑物基础范围，具体影响范围可根据建筑结构类型和重要性等因素确定。根据国内经验，对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。
3.结论
国内外的研究者大多从不同的角度，针对不同的研究对象，提出了各自不同的见解。本文浅析由于影响强夯加固效果的因素较多，扼要探讨强夯设计计算方法为加固设计理念提供可靠依据。
参考文献
[1]高广运，李志毅，黄诚.强夯的非线性有限元分析和施工参数优化[J].地下空间，2004年04期
【关键词】强夯加固机理；加固设计
1.强夯加固机理
强夯机理可区分宏观机理和微观机理。宏观机理从地基土所受冲击力、应力波的传播；微观机理，则对冲击力作用下土的微观结构的变化，宏观机理是微观机理的外部表现，而微观机理是宏观机理的内部依据[1]。经过强夯加固后，土体强度提高过程可分为四个阶段：夯击能量转化、土体液化、排水固结压密和触变恢复并伴随固结压实。
1.1动力固结理论
动力固结理论是梅那基于饱和粘性土强夯瞬间产生数十厘米沉降的现象而提出的，由于强夯产生巨大的冲击能量使土体产生强烈的振动和压力，导致土中孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水迅速逸出，土体得以固结，从而能减少沉降并提高承载力。
对于饱和土，强夯时，在冲击力作用下，含有空气的孔隙水不能立即排出而具有滞后现象，同时土颗粒周围的吸着水，由于振动或温度上升而变作自由水，其结果使土颗粒间的内聚力削弱，土体强度降低。土体沉降与夯击能成正比当夯击能达到饱和能时，土体产生液化，吸着水变成自由水，土的强度下降到最小值。故夯击能过大，土体固结条件遭到破坏，土体强度降低后难以恢复。
1.2振动波压密理论
强夯巨大的夯击能在路基中产生冲击波和动应力，对路基材料进行挤密，从而提高路基的强度并降低其压缩性，达到加固路基的目的。强夯施工时夯锤以冲击力贯入地基内，能量是通过夯锤底部和侧面以弹性波传播的应变能形式向外扩散而传递的，能量转化为体波和面波传到路基中。
在重锤作用于地面的一瞬间，地基表面产生强烈震动，类似于地震的震源，在地基土中产生震动波，其能量是以应力波的形式在地基内传播。在强大的夯击能作用下，地基土产生剪切压缩和侧向挤压，而横波则使得地基表层松动。当达到一定深度后，只有压缩波（纵波）时，才真正对土体起到压密加固的作用。随加固深度的增加，纵波强度衰减，其压密作用也逐渐减弱。而强夯冲击荷载产生的面波不但起不到加密的作用，反而使地基表面产生松动，面波对地基起不到任何加固的效果。
1.3动力置换理论
动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是采用强夯将块石、石渣等散体材料整体挤入淤泥中，并通过强夯的巨大冲击能将含水量高、抗剪强度低、具有触变性的淤泥挤到周围，形成密实度高、压缩性低、应力扩散性能好、承载力高的垫层，以达到整体置换的目的，其作用机理类似于换土垫层。主要有五个作用分别为置换作用、应力扩散作用、防止冻胀作用、均匀地基反力与沉降作用。
2、强夯加固设计方法
2.1强夯设计步骤
强夯法虽然已在工程中得到广泛的应用，但有关强夯机理的研究，国内外至今尚未取得满意的结果，常规的做法大多是根据土质情况按经验进行设计，再根据试夯结果加以调整，具体分以下几步：
（l）调查工程规模的大小及其重要性，用钻探或原位测试等方法查明场地地质情况和现场土质情况，弄清现场及周围的环境情况；
（2）根据调查资料、设计要求及承载力与变形要求，初步估算单击夯击能，计算加固深度，然后根据经验初步选择夯击能、夯击数、夯间距等参数；
（3）根据己确定的施工参数，选择夯锤和夯机，制订施工计划和夯点布置；
（4）施工前進行试夯，用钻探或原位测试等方法进行加固效果的检验测试，通过对加固效果测试资料的分析，修改和完善初步设计方案。
2.2强夯参数的选择
强夯法的主要设计参数包括：有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、遍数间隔时间、夯击点布置和影响范围等，现扼要阐述如下。
（1）有效加固深度。强夯法的有效加深度既是反映处理效果的重要参数是选择地基处理方案的重要依据，由于梅那公式估算值较实测值为大，自1980年开始，国内外相继发表了一些文章，建议对梅那公式进行修正。但是大量工程实践表明，对于同一类土，采用不同能量夯击时，修正系数并不相同。单击夯击能越大时，修正系数越小。
（2）夯击能的确定。采用强夯法加固地基时，合理地选择夯击设备及夯击能量，对提高夯击效率很重要，若选择的夯击能过小，则难以达到预期的加固效果，若夯击能过大，不仅浪费能源，对饱和粘性土来说，有可能反而会降低强度。因此夯击能的确定主要依据场地的地质条件和工程使用要求，以及根据工程要求的加固深度和加固后需要的地基土承载力来确定单击夯击能，由于目前尚没有成熟的计算方法来统一规范，因此，一般选择仍接Menard公式来估算。
（3）夯击次数。夯击次数是强夯设计中的一个重要参数，夯击次数与地基加固要求有关，因为施加于单位面积上的夯击能大小直接影响加固效果，而夯击能量的大小是根据地基加固后应达到的规定指标来确定的，夯击要求使土体竖向压缩最大，侧向移动最小。国内外一般每夯击点夯5～20击，根据土的性质和土层的厚薄不同，夯击击数也不同。目前夯击次数一般通过现场试夯确定，常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定的原则。
（4）夯击遍数。夯击遍数应根据地基土的性质确定。一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性强的地基，夯击遍数可少些。反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基，夯击遍数要求多些一些。根据相关资料报道，对于碎石、砂砾、砂质土和垃圾土，夯击遍数为2～3遍为宜；粘性土为3～8遍，泥炭为3～5遍。最后再对全部场地进行低能量夯击（俗称满夯），使表层1～2m范围的土层得以夯实。根据我国工程实践，大多数工程可采用夯击遍数为2遍，最后再以低能量满夯一遍，一般均能取得较好的夯击效果。对于渗透性弱的细颗粒土地基，必要时夯击遍数可适当增加。
（5）遍数间隔时间。两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超静孔隙水压力的消散，所以间隔时间取决于超静孔隙水压力的消散时间。对于渗透性好的砂土地基等，一般在数分钟至数小时内即可消散完，但对渗透性差的粘性土地基，一般需要数周才能消散完。夯点间距对孔压消散速率也有很大的影响，夯点间距小，孔压消散慢，反之孔压消散快。当缺少实测孔压资料时，可根据地基土的渗透性确定间隔时间，对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，一般应不少于3～4周；对于渗透性好的地基，则可连续夯击。
（6）夯击点布置。夯击点布置是否合理，将影响强夯的加固效果，应综合建筑物（或构筑物）平面形状、基础类型、场地土情况及含水量大小和工程要求等因素来选择布点方案。夯击点位置根据建筑结构类型一般可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布点。
（7）处理范围。由于基础的应力扩散作用，强夯处理的范围应大于建筑物基础范围，具体影响范围可根据建筑结构类型和重要性等因素确定。根据国内经验，对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。
3.结论
国内外的研究者大多从不同的角度，针对不同的研究对象，提出了各自不同的见解。本文浅析由于影响强夯加固效果的因素较多，扼要探讨强夯设计计算方法为加固设计理念提供可靠依据。
参考文献
[1]高广运，李志毅，黄诚.强夯的非线性有限元分析和施工参数优化[J].地下空间，2004年04期