強夯法加固地基的優(yōu)化設計

許亞杰

(齊齊哈爾市水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 問題的提出

由于強夯法處理地基基礎具有效果顯著、設備簡單、施工方便、適用范圍廣、經濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點，因此越來越廣泛地被應用于工民建、公路、鐵路路基、機場跑道、碼頭等地基處理工程，但目前就強夯法處理地基基礎理論研究尚不成熟，實際工作中多憑經驗或參照已建工程擬定某一工程地基的強夯方案，因而造成加固方案不盡經濟合理。文章通過下落錘體對地基土體的沖擊理論分析，并引入已有資料驗證，提出了在基礎加固條件允許且具有相同的單擊能量(或提升機械能)和加固影響深度的情況下，重錘由于對地基土具有更大的沖擊力，加固效果優(yōu)于輕錘的這一分析結論，對更經濟合理地應用強夯法加固基礎工程具有一定的實際意義。

2 理論分析

目前，強夯法加固基礎工程用以選擇錘重和落距的基本依據為國內、外學者所提出的加固影響深度公式為：

(1)

式中：H為加固影響深度，m;w為錘重，kN；h為落距，m；α與加固地基土類別有關的系數。

在式(1)中，當基礎的加固影響深度選定后，我們即可由擬定的錘重確定相應的提升高度或由擬定的提升高度確定錘重。由于式(1)僅反映了夯擊能量對基礎的加固影響，而忽略了下落錘體對接觸土體所產生的瞬間沖力效果評價，即動量的影響因素。因此，我們有必要在夯實機具設備允許且提升能量(單擊能)不變的情況下，對重錘低落距和輕錘高落距對基礎加固效果進行比較[1]。為便于分析，現擬定兩種錘重，即重錘W1和輕錘W2，相應的提升高度分別為h1和h2，并設：

W1=2W2

(2)

h1=h2/2

(3)

則重錘的加固影響深度為：

(4)

單擊能(或提升機械能)為 ：

(5)

輕錘的加固影響深度為：

(6)

單擊能(或提升機械能)為：

(7)

式中：E1i，E2j分別為重錘第i次單擊能(或第i次提升機械能)及輕錘第j次單擊能(或第j次提升機械能)，kN.m；Δ1i，Δ2j分別為重錘第i次、輕錘第j次的單擊夯沉量，m。

現討論兩錘對地基土體的沖擊力。如忽略空氣和其它對錘體的阻力，根據自由落體運動，兩錘體落地時的瞬時速度分別為(忽略夯沉量)：

(8)

(9)

兩錘對地基土體的沖量分別為：

(10)

(11)

則重、輕兩錘的沖量之比為：

(12)

可見，在單擊能量或提升機械能相同的情況下，重錘低落距較輕錘高落距的沖量大2倍。由于重錘的較大沖力，在錘體進入土體后，相對減速慢，土體在動態(tài)狀況下，所受到的振動持續(xù)時間長，相應的每擊夯沉量增大，土體壓密加固效果好于輕錘高落距，因而可有效減少單點的總夯擊次數，大大提高強夯機具的工作效率，實現縮短工期、降低工程成本的目的。

3 試驗對比

為說明文章理論分析結果的實際意義，現就文獻1的對比試驗成果進行闡述。

在一塊110m×22m巖性基本一致的場地，由3臺不同錘重吊車(10t、15t、20t)完成的現場試驗。1號機組錘重10t，落距10m，每點夯12擊；2號機組錘重15t，落距6.7m，每點夯10擊；3號機組錘重20t，落距5m，每點夯8擊。為便于比較和節(jié)省篇幅，文章僅列出第1號和第3號機組施工中的每擊夯沉量測量數據，成果見表1和表2。

表1 10t錘重夯擊試驗成果

表2 20t錘重夯擊試驗成果

由表1、表2可知，3號機組(重錘)的單點夯擊總能量為800t.m，總夯沉量為0.7482m。1號機組(輕錘)的單點夯擊總能量為1200t.m，總夯沉量為0.7332m。在總夯沉量基本相同的情況下，重錘的總夯擊能量僅占輕錘總夯擊能量的67%，提高功效1.5倍。

根據文獻1對3臺機組強夯地基土深6m以內每延米取一個原狀土樣的分析結果可見，1號、2號和3號機組加固土體的干容重分別為1.584g/cm3、1.633g/cm3和1.657g/cm3，壓縮模量ES1-2分別為12.3MPa、13.1MPa和13.4MPa，重錘低落距處理地基土體的物理力學指標均有明顯提高。

4 結 語

由于強夯法是目前基礎處理中的一種行之有效的經濟方法，如何合理地確定施工中的有關參數就顯得十分重要，文章通過理論分析并結合已有試驗實測成果，提出了在提升機具允許的情況下，采用重錘強夯基礎具有更好的經濟效益。

由于采用重錘強夯因而要求與其相配套的提升動力也較大，所以我們在確定錘重參數時，除了應盡量選取較重的錘體外，還要考慮現有提升機具所具備的提升動力，以使強夯方案制定得更加經濟合理。