浅谈强夯法在港口工程地基处理中的应用
摘要：此文结合一个实例工程，对强夯法在沿海软土地基的有效固结深度及理论作用机理进行探讨，从理论上主要分析强夯法对加固软土地基的作用机理。
关键词：强夯法 检测 地基勘察 软土层 振动衰减 最佳夯击能
一.强夯法的作用过程及应用特点
强夯法广泛的应用于地基沉降处理工程中。强夯法一般采用比重大的重锤，从几十米的高处自由落下，从而对地基施加强大的冲击动能，在地基土层中形成冲击波和动应力，将地基土体之间压密、振实，提高地基承载强度、减小其压缩性的目的。同时，强夯法加固地基具有设备简单、原理直观、施工便捷、成本低、节省材料等优点。近年港口施工地基处理中，经常用到此法。通过仪器测得土体破坏时的临界动剪应力比，然后根据振动产生的地基土消散规律，计算临界动剪应力比所对应的深度，以此为依据探讨强夯加固软土地基的有效加固深度。
二.强夯法在软土地基处理中的应用及原理
1）软土泛指天然含水量较大、压缩性高、抗剪强度底、承载力小的饱和粘土。我国软土主要分布于东部沿海地带，因此研究强夯法处理软土地基的效果对其港口建设有着密切关系。在强夯法中，有效加固深度不仅是上部结构基础设计的主要依据，更是对夯击能量的确定、夯点布设、加固的均匀性等起着决定作用。为研究强夯法加固软土地基的实际工程，对强夯法加固的有效深度做了一些探讨。强夯法加固地基，适用范围广泛，可用于湿陷性黄土、碎石土、砂土、软土等各种填土地基。尤其非饱和土地基，强夯加固效果显著。在呈流体形态的淤泥中填筑碎石、砾石等、进行强夯振动也能取得较好的效果。同时强夯作为一种冲击式单点源振动，即在落锤夯击的瞬间将产生很大的冲击力（此点即为振源），首先会使锤底作用点附近的土体颗粒产生振动，继而带动临近土体颗粒的振动，并以此向外逐渐扩散能量，由于存在振波的阻尼作用，振动会迅速衰减。由于阻尼作用，一般在很短时间内0.5s左右即消失，夯击的主频率比一般建筑物的固有频率高，因此不会产生共振。
2）强夯法对地基作用：一是对地基土产生压实挤密作用；二是通过强夯对地表以下一定深度的土层施加动能，达到破坏土体结构性作用。而软土地基土与其他土类相比，强夯机理上有其特殊性。无粘性土与一般粘土固结压密时间短，孔隙水压力消散与强度恢复都较快。反之，软土孔隙水压力升高，消散慢，因而，触变固化过程也很慢。尤其是上部土体结构严重破坏时，扰乱了排水途径，渗透下降。土体内应力（即孔隙水压力）消散慢而接近橡皮土状态。夯击产生的变形为剪切变形，土体不能压密，夯击效果无法完成。因而在软土上强夯，强夯效率低。 除上述问题外，软土地基要求在动力作用下完成主要沉降。我们认为，地基的有效加固深度（土体强度提高的深度）可用来判断沉降的标准是否符合设计要求，不能单纯用强夯产生的地面沉降量来评价是否完成沉降。当强夯有效深度大于软土层厚度时，可评定为完成固结沉降。
三.试验评定强夯法在港口地基处理中的应用实例
嘉兴港独山港区B23号和B24号多用途码头陆域工程东西向宽度500米，南北向为533米，陆域面积约为26.7万M2港区陆域范围内拟建成多用途堆场、停车场、查验场、及办公大楼等相关建筑。
1）港口环境及施工面临问题：由于堆场使用任务重，要求可以承担较大荷载，工程区域地基处理面积较大、地质条件复杂、处理难度大。本工程处在沿海地带，主要是软土地基，并且场地内有厚层淤泥质土层。
2）根据勘察报告，地面水位较高，因此在工程开始时大面积强夯施工前，要求采取降水措施，将水位降低到设计标高，同时，外围封闭严密。
3）试验结论说明
将场区分为A B C D E5个试验区通过静力触探和标贯实测数据分析，土层大部在4-6米范围土体加固明显。对于表层的粉土层，随着夯击次数的增加，地基加固效果得到提高；但当土层到达粘土层时，土体几乎没有任何明显变化。由此可见，强夯法不能有效加固粘土层。因此，港口在设计使用上，应充分考虑地点的土层，对于粘土层，同时，要求承载高的地方，不应单独使用强夯法，应该配合桩基等措施。
四.强夯法施工步骤
1）清理并平整施工场地；2）标出夯点位置，并测量场地高程；3）夯机就位，使夯锤对准夯点位置；误差不超过10cm 4）测量夯前锤顶高程；5）将夯锤吊到预定高度，待夯锤自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，如果发现夯锤倾斜导致坑底不平，应及时修整坑底；6）完成规定的夯击次数及控制标准 7），用推土机填平夯坑，并测量场地高程；8）最后再次满夯（低于第一次夯击的动能），将场地表层的松土夯实，并测夯后场地高程。
2）注意事项如下：
1.因两遍夯击能量不同，作用土层深度不同，所以为了提高作用效果，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中内应力的消散，一般两遍之间间隔2-3周。对渗透性较差的粘性土两遍间隔时间不少于3～4周；
2.处理范围
强夯处理范围应大于建筑物基础范围，确定方法可以采用固定桩点，观测其位移量。具体做法：将拟建基础外边至外侧3米处设置一道固定牢靠的桩点，打入深度依据勘察报告和试验取得的有效深度，后加压试验，静载试压一周以上，观测桩点位移情况，有明显位移的，按照此点向外超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～3/4，并不小于4m执行。
3.质量检测
强夯法是加固地基的一种方法，应用得当，可收到事半功倍的效果。检验强夯效果的三种常用方法：静载荷试验、标准贯入试验和土工试验。三种方法各有不同特点，要注意相互配合使用。
4.强夯前土层应进行地质勘探，以此制定强夯技术方案和对比夯前、夯后的加固效果的依据，拟建物使用要求高或是勘察表明场地土层土杂时，必须进行现场试验性强夯，确定强夯的各项技术参数。
5.夯后的土层强度随时间的增加而增加，检验强夯效果，宜在强夯之后2-3周进行，而不宜在强夯结束后立即测试，否则测得数据不可靠。
6.作好后期沉降观测记录。强夯处理完成后，地基承载力满足设计要求，但仍然要作好其上部构、建筑物的沉降观测记录。
五.结束语
由于港口土层结构比较复杂，目前强夯法处理港口地基基础理论尚不十分成熟，实际工作中强夯处理参数的确定往往都是凭以往施工经验或参照已建工程来制定工程地基的强夯方案，再通过现场试夯确定。在这一过程中，应抓住影响工序质量的主要控制步骤，对进一步完善设计，改善施工工艺等，对于节约投资有重要意义。通过对强夯法监测资料的分析及其强夯的振动的衰减规律、建立的强夯振动模型，不仅对解析强夯法的作用效果具有重要意义，而且是利用强夯法研究场地土体物理性质的一个重要依据。不断积累强夯振动观测资料，必将获得强夯法在沿海地基处理中更加科学且深入地认识。
参考文献：
（1）某港口工程地基处理中的强夯影响范围研究 工程地质学报 2007年01期
（2）强夯法地基处理施工方法 山西建筑 2010年24期 张志勇
（3）临界动剪应力比法求解强夯加固软土地基有效加固深度探讨 世界地质 2007年3月 第1期 徐齐亮 王清
（4）黄志鹏 何沛田 张秀明 强夯施工振动效应研究及其对建筑物的危害评价 首届环境岩土工程学术交流会论文策 上海 同济大学出版社 2002