?來源：《高能級強夯技術(shù)發(fā)展研究與工程應(yīng)用》（2006-2015），版權(quán)歸原始作者：王鐵宏、水偉厚、王亞凌，本文發(fā)布已經(jīng)授權(quán)，未經(jīng)授權(quán)，禁止其他平臺再次發(fā)布與更改！

1.高能級強夯加固技術(shù)的發(fā)展前景

     目前，我國的能源形勢相當(dāng)嚴(yán)峻。我國的人均煤炭儲量只占世界人均儲量的50%、原有占12%、天然氣僅占6%、水資源占16.7%。我國已成為世界上第三能源生產(chǎn)國和第二大能源消耗國。作為能耗大國，我國建筑總能耗已占社會能耗的近30%，有些城市高達(dá)70%，建筑節(jié)能潛力巨大。

     節(jié)能專項規(guī)劃是我國中長期發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。國家發(fā)展改革委《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中明確指出：節(jié)能是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項極為緊迫的任務(wù)。為推動全社會開展節(jié)能減耗，緩解能源瓶頸制約，建設(shè)節(jié)能型社會，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會的宏偉目標(biāo)，必須提高能源的利用效率，大力推廣節(jié)能環(huán)保技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

      地基處理除應(yīng)滿足工程設(shè)計要求外，尚應(yīng)做到因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源等。那么在進(jìn)行巖土改造的同時，如何保障巖土及相關(guān)工程可持續(xù)發(fā)展便被提上了日程。美國綠色建筑中心編著的《綠色建筑技術(shù)手冊》，其中對綠色的敘述市：“這種‘發(fā)源地——發(fā)源地’的方法稱之為‘綠色’或‘可持續(xù)’建筑技術(shù)。它從原材料的使用、產(chǎn)品的制造到產(chǎn)品的運輸，建筑設(shè)計、建造、運行與維護(hù)，以及建筑的再使用或報廢的全過程均考慮其經(jīng)濟(jì)性、對環(huán)境影響和性能?！彼嬖V我們：①盡可能少地擾動；②從自然中來，到自然中去；③結(jié)束是新的開始；④循環(huán)式高層次往復(fù)；⑤永恒的持續(xù)下去；⑥重視過程。綠色巖土亦然，要求重視巖土工程的綠色性或可持續(xù)性，其核心在工程上，根本點在于：①認(rèn)識、改造影響環(huán)境的巖土工程問題；②強調(diào)巖土工程本身的可持續(xù)性。這些觀點正是切合了強夯加固法的特點。強夯法將土作為一種能滿足技術(shù)要求的工程材料，在現(xiàn)場對土層本身做文章，以土治土，充分利用和發(fā)揮土層本身的作用，符合巖土工程“要充分利用巖土體本身作用”的總原則，且對于土層沒有化學(xué)性質(zhì)上的損害，是一種綠色的地基處理方法。

      我國節(jié)能技術(shù)政策大綱明確指出，逐步實現(xiàn)城市垃圾分類收集和處理，積極推行廢品回收和綜合利用。有條件的城市應(yīng)試行建設(shè)垃圾利用等工程，這是節(jié)約能源，實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效之舉。當(dāng)前，我國生活垃圾產(chǎn)生量驚人，但由于資金等原因生活垃圾的無害化處理率卻不到10%；換而言之，有90%的城市生活垃圾只能運往城郊常年露天裸露堆放。全國200余座城市陷入垃圾的包圍之中，“垃圾城”已成為威脅人們生活環(huán)境的一大公害。這些城市生活垃圾中含有各種病原體和寄生蟲，甚至含有各類有毒有害物質(zhì)，既污染土壤和水源，也占用土地資源、破壞環(huán)境衛(wèi)生。其中占很大比例的建筑垃圾、工業(yè)礦渣爐渣等可以作為強夯的填料加以處理和應(yīng)用。因此，強夯技術(shù)處理垃圾等固體廢棄物，蘊藏著巨大的可利用潛力，這也是化害為利、變廢為寶、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益雙贏的資源之一。

      為了節(jié)約耕地和充分利用土地資源，國內(nèi)外已出現(xiàn)加大開山填溝和填海造陸工程的趨勢，因此隨著強夯理論和工藝的成熟，強夯發(fā)展的趨勢是能級不斷增加，與之相配套的高性能專用強夯機的出現(xiàn)也是必然。高能級強夯有效加固深度大，可加固處理下伏深厚淤泥的山皮石回填地基、山區(qū)塊石雜填地基、廢棄采石場（含有大孤石）、垃圾填埋場等其他方法很難甚至無法處理的地基，對于提高地基土強度和均勻性，降低壓縮性，消除濕陷性，改善其抵抗震（振）動液化的能力等具有明顯的效果。

      目前，國內(nèi)大型基礎(chǔ)設(shè)施（機場、碼頭、高等級公路等）建設(shè)的發(fā)展和沿海城市填海造陸工程以及位于黃土區(qū)域內(nèi)的西部大開發(fā)，都給強夯工程的大量設(shè)施創(chuàng)造了條件。同時，我國又有多項大型基礎(chǔ)設(shè)施開工建設(shè)，“西部大開發(fā)”、“縱橫通道”，“長三角”、“珠三角”和“環(huán)渤?！钡冉?jīng)濟(jì)區(qū)域的快速發(fā)展等都將帶動大批基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，工程建設(shè)中的山區(qū)雜填地基、開山塊石回填地基、炸山填海、吹沙填海、圍海造地等工程也愈來愈多。

      強夯技術(shù)的應(yīng)用，對于節(jié)約水泥、鋼材，降低工程造價，凈化人類生存環(huán)境等許多方面都有顯著優(yōu)點。多年工程實踐表明，強夯技術(shù)的廣泛應(yīng)用有利于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)，是一種綠色地基處理技術(shù)，其進(jìn)一步應(yīng)用必然使強夯這一經(jīng)濟(jì)、高效的地基處理技術(shù)為我國工程建設(shè)事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

2.高能級強夯加固地基機理研究的方向

   強夯應(yīng)用雖然廣泛，但其作用仍陷于地基的一般性處理，滿足一般的設(shè)計要求。今后一段時間，對強夯的研究應(yīng)注意以下幾個方面：

  ⒈ 強夯地基處理方案的選用原則

   地基與基礎(chǔ)是緊密聯(lián)系的，應(yīng)一起考慮；地基與基礎(chǔ)方案按天然地基→地基處理→樁基礎(chǔ)的順序選擇，強夯法地基處理的選用一是考慮土層條件是否合適；二是考慮周邊環(huán)境是否允許震動和噪聲。

  ⒉強夯與強夯置換夯后變形計算的研究

   ⑴夯后土層壓縮模量的取值（考慮填料、能級、擊數(shù)、應(yīng)力歷史、工程經(jīng)驗等 ），修正系數(shù)的取值。

   ⑵強夯置換往往都是大粒徑的填料，粗放型的施工方法，巖土變形參數(shù)難取，提出“置換墩+應(yīng)力擴(kuò)散”的計算方法。

   ⑶變形控制理論在強夯法地基處理設(shè)計中的應(yīng)用。

⒊強夯能級對加固效果的影響

   ⑴強夯能級到底能達(dá)到多高受多方面因素的影響，如承載力的提高、變形的控制、經(jīng)濟(jì)性的比較。

   ⑵強夯能級與淺層地基承載力、深層地基承載力、有效加固深度的關(guān)系。

⒋強夯加固效果與地基土性質(zhì)之間的關(guān)系

    ⑴強夯加固效果同地基土性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系；

    ⑵不同類型填土地基與強夯有效加固深度的關(guān)系；

    ⑶地基土含水量、塑性指數(shù)、液性指數(shù)與強夯加固后壓縮性指標(biāo)之間的關(guān)系；

    ⑷夯后進(jìn)行平板載荷試驗測定地基承載力，載荷板大小與土質(zhì)的關(guān)系。

⒌強夯錘身形狀對加固效果的影響

   ⑴國內(nèi)夯錘幾乎都是圓柱形，偶爾也見圓臺形，上大、下小，上大、下小圓臺形在成坑過程中對抗臂可能有側(cè)向擠實作用，但也正由于存在側(cè)向擠實，對坑底的作用能量可能有較大損失。國外強夯錘的錘身多成多邊形，從四邊、五邊、六邊到N邊不等，少見圓柱形，國內(nèi)對錘身形狀的理論研究較少。

   ⑵目前，大多使用平底錘，隨使用時間的增加，錘邊磨損也越嚴(yán)重。

   ⑶夯錘通氣孔的形狀和氣墊效應(yīng)問題，只要通氣孔的總面積與錘底面積達(dá)到一定比例值（0.09～0.12），在強夯過程中不會產(chǎn)生氣墊效應(yīng)，也不會二次噴土現(xiàn)象。

⒍強夯單位擊實功，單位夯擊能與強夯加固效果之間的關(guān)系

   ⑴單位夯擊能。其意義為單位面積上所施加的總夯擊能，單位夯擊能的大小與地基土的類別有關(guān)，在相同條件下，細(xì)顆粒土的單位夯擊能要比粗顆粒土適當(dāng)大些。單位夯擊能過小，難以達(dá)到預(yù)期效果；單位夯擊能過大，浪費能源，對飽和度較高的黏性土來說，強度反而會降低。

   ⑵強夯單位擊實功。提高強夯能級或提高夯擊數(shù)可大大提高單位擊實功，還可以增加單位夯擊能；而縮小夯距，又進(jìn)一步增加單位夯擊能。

⒎強夯法地基處理中減振隔振的研究

   ⑴夯錘沖擊地面，在土體中轉(zhuǎn)化成很大的沖擊力，沖擊力大小的準(zhǔn)確測定。

   ⑵夯錘沖擊地面產(chǎn)生的振動到底有多大，如何進(jìn)行減振隔振的設(shè)計，減小對周圍環(huán)境的影響。

3.高能級強夯施工技術(shù)的綜合應(yīng)用

     單純的一種地基處理方法已很難達(dá)到地基處理的設(shè)計和使用要求，地基處理向著復(fù)合型、綜合性的處理方向發(fā)展 。強夯施工技術(shù)也在向著高能級的綜合性應(yīng)用的方向發(fā)展。

     ⒈強夯與強夯置換兼容施工技術(shù)的應(yīng)用

     該強夯處理方法施工關(guān)鍵是：在施工工藝上，按強夯置換工藝進(jìn)行，質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)首先應(yīng)滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》強夯置換的規(guī)定；同時，由于超高能級的影響深度大，使置換層以下的松散沉積層也得到了加固。

     ⒉高能級強夯聯(lián)合疏樁勁網(wǎng)復(fù)合地基

     對含軟弱下臥層、深度較大的松散回填碎石填土地基，高能級強夯處理的主要對象為淺層碎石填土地基，其下淤泥質(zhì)軟土層性質(zhì)并沒有太大改善，在上部荷載作用下會產(chǎn)生較大的不均勻沉降變形。疏樁勁網(wǎng)復(fù)合地基方案可充分利用淺層強夯地基和疏樁基礎(chǔ)的承載力，協(xié)調(diào)兩者變形，減小地基的不均勻沉降變形。

     ⒊超高能級處理低含水量濕陷性黃土

     工程中用干密度作為夯實的質(zhì)量檢驗指標(biāo)，對濕陷性黃土而言，干密度越大，濕陷性消除的效果越好。夯擊功能是影響擊實效果的重要因素，擊實功能越大，得到的干密度越大，而相應(yīng)的最優(yōu)含水率越小，所以最大干密度和最優(yōu)含水量都不是一個常數(shù)，而是隨擊實功能而變化。

     ⒋預(yù)成孔深層水下夯實法

     預(yù)成孔深層水下夯實法重要適用于地下水位高、回填深度大且承載力要求高的地基處理工程。首先，在地基土中預(yù)先成孔，直接穿透回填土層與下臥軟土層；然后在孔內(nèi)由下而上逐層回填并逐層夯擊。對地基土產(chǎn)生擠密、沖擊與振動夯實等多重效果?？變?nèi)采用粗顆粒材料形成良好的排水通道，軟弱土層能夠得到有效固結(jié)?？變?nèi)填料在夯擊作用下形成散體樁，與加固后的樁間土共同分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，形成散體樁復(fù)合地基。

    ⒌預(yù)成孔填料置換強夯法

     預(yù)成孔填料置換平錘強夯法首先在地基土中預(yù)先成孔，直接穿透軟弱土層至下臥硬層頂面或進(jìn)入下臥硬層；然后在孔內(nèi)回填塊石、碎石、粗砂等材料形成松散墩體，松散墩體與下臥硬層良好接觸；最后，對置換體根據(jù)深度大小，施加不同能級強夯，形成密實墩體，鋪設(shè)墊層，形成復(fù)合地基。該方法解決了強夯法與強夯置換法存在的技術(shù)問題，實現(xiàn)置換墩體與下臥硬層良好接觸，有效加固處理飽和黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、軟弱夾層等類型的地基，可提高地基穩(wěn)定性、地基承載力、減少（不均勻）沉降變形等。

    ⒍強夯與其他地基處理技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

     在強夯處理地基的工程實踐中，工程技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識到有些場地單純采用強夯效果不明顯，將強夯與其他地基處理方法的聯(lián)合應(yīng)用是地基處理技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的方向，有著很大的發(fā)展空間，例如：碎石樁與強夯結(jié)合、強夯與沖擊碾結(jié)合、石灰樁與強夯結(jié)合等 。

4.強夯法關(guān)鍵技術(shù)與研究趨勢

    近年來，國內(nèi)強夯技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍更為廣泛，其關(guān)鍵技術(shù)主要集中在高能級的強夯技術(shù)研究和飽和軟土復(fù)合地基的強夯技術(shù)研究。

    ⒈高能級強夯技術(shù)

    為了加固深厚地基，特別是山區(qū)非均勻塊石回填地基和拋石填海地基。必須施加高能級強夯進(jìn)行處理，這樣對高能級的加固機理和強夯機具提出了新的技術(shù)要求。

    我國于1992年率先在三門峽火力發(fā)電廠采用8000KN.m強夯技術(shù)，用于消除黃土濕陷性。之后8000KN.m能級強夯技術(shù)在我國普遍采用，目前20000KN.m已成功通過試驗和工程應(yīng)用，并成為國內(nèi)已經(jīng)實施的最高能級強夯，其有效加固深度約在18～21米之間?！督ㄖ鼗幚砑夹g(shù)規(guī)范》JGJ79-2012對12000KN.m以上強夯的有效加固深度沒有明確，梅納公式又顯然不適宜。

    一般3000KN.m強夯為限。當(dāng)強夯能量小于3000KN.m時，施工機具相對簡單，國內(nèi)常用的杭重機械HZQH3000c、宇通重工YTQH350B不必輔以龍門架，施工便捷，定位塊、功效高。移動迅速；當(dāng)強夯能級大于3000KN.m時，3000c與350B強夯機必須輔以門架才足以保證安全施工，因而機具移動、定位相對較慢，工效相對降低。

    當(dāng)強夯能級要求大于10000KN.m時，目前施工單位常用的杭重3000c、宇通350B、宇通450B、杭重4000都難以承受，因此施工機具的制約是過高能級強夯技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前國內(nèi)也在加強這方面的研究。中化巖土CGE1800A型機、中化巖土CGE1800B型機、中化巖土CGE1800C型機、宇通重工YTQH650B、宇通重工YTQH800、宇通重工YTQH1000B、杭重機械HZQH5000、杭重機械HZQH7000B、撫挖重工FWXH2000等高能級強夯機已經(jīng)研制出來并得到了廣泛應(yīng)用和逐步完善。

   ⒉飽和軟土復(fù)合地基的強夯技術(shù)

   對于飽和淤泥質(zhì)黏土或者淤泥質(zhì)粉土、由于其含水量過高，黏粒含量多，粗顆粒含量少；滲透性差，直接采用強夯效果很差，甚至夯后地基承載力降低。那么決定飽和軟土不適宜強夯的關(guān)鍵因素是什么？關(guān)鍵在于強夯過程中和強夯以后；飽和軟土中超孔隙水壓力不能消散，地下水不能排出，強夯所施加的能量根本不能改變土體結(jié)構(gòu)，全部被超孔隙水壓所抵消、甚至由此引起原有土體結(jié)構(gòu)破壞，形成人們所稱的“橡皮土”。為了提高在這類飽和軟土中應(yīng)用強夯的加固效果；首先，必須解決土中地下水的排出和超孔隙水壓力消散的的問題，因此可以在飽和軟土中打入擠密碎石柱樁、砂樁，使其在飽和軟土中形成豎向排水通道，既有利于低水下的排出，又有利于超孔隙水壓力的迅速消散；軟土表面鋪設(shè)一定厚度的粗顆粒，使土中排出的地下水有橫向通道不致溢出地表造成施工困難，形成地表軟化；豎向排水通道的形成起到了土體置換的作用；增加了粗顆粒含量，使本來不適宜強夯的軟黏土成為適宜強夯的含粗顆粒土。一般工程經(jīng)驗證明，當(dāng)粗顆粒含量大于30%時，地下水位適宜，可以采用強夯；當(dāng)粗顆粒含量大于60%時，地下水位適宜；強夯效果特別理想。在強夯過程中，飽和軟土既有豎向變形也有橫向變形，因此砂柱、碎石樁的設(shè)計要避免被擠斷從而失去排水作用；可以從樁徑和排水井的柔軟性兩個方面考慮，使其適應(yīng)地基土的變形，同時具有一定的剛度和強度。除擠密碎石樁、砂樁以外，常用的排水井形式還有袋裝砂井、硬質(zhì)紙板、聚氯乙烯多孔塑料板等。

     天津川府新村住宅小區(qū)及天津宜白路住宅小區(qū)的工程中有關(guān)飽和軟土輔以砂井進(jìn)行強夯加固處理的嘗試，深圳福田開發(fā)區(qū)亦有局部飽和吹填軟土輔以塑料插板進(jìn)行小能量強夯的工程實踐。目前我國沿海地區(qū)是建設(shè)項目的熱土地區(qū)，如石化項目多數(shù)設(shè)置在沿海地區(qū)。而沿海地區(qū)多數(shù)為軟土地基，一般處理這類軟土地基的方法有直接采用樁基、擠密碎石樁、深層攪拌樁、粉噴樁及真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓、塑料插板等，當(dāng)?shù)鼗幚砻娣e很大時，上述處理方法的造價、工期將十分驚人，因此工程技術(shù)人員對軟基處理新工藝的研究興趣極為濃厚。飽和軟土輔以砂樁、碎石樁或其他工藝進(jìn)行強夯處理技術(shù)將是非常具有吸引力的研究課題，應(yīng)用前景廣闊。

     該技術(shù)既可改進(jìn)原有直接采用樁基、擠密碎石樁、深層攪拌樁等造價過高，同時又可縮短材料購置、制作、打入周期，其主要方法有以下幾種：

    ⑴擠密碎石樁加強夯。擠密碎石樁上部加固效果不如強夯，對于飽和軟土，結(jié)合擠密碎石樁加上強夯，加固效果會非常顯著。擠密碎石樁既可起側(cè)擠密作用又可起豎向排水作用。另外，擠密碎石樁加強夯比單純擠密碎石樁布樁可稀疏，工藝可簡化，使該工藝的總費用與單純擠密碎石樁方案相比基本持于或略高一點。經(jīng)該工藝加固后可滿足一般建筑、工業(yè)廠房、設(shè)備基礎(chǔ)的承載和變形要求、中國建筑科學(xué)研究院地基所已將擠密碎石樁加強夯成功用于青海湖周邊的鹽澤土地基處理。

   ⑵砂樁加強夯。砂樁在飽和軟土中只起豎向排水作用，因此其總體加密效果比擠密碎石樁加強夯效果要低些，一般可作為大面積廠區(qū)地基預(yù)處理方案。經(jīng)過處理后可作為一般建筑、廠房、道路簡單設(shè)備地基，對于高重設(shè)備則需通過驗算，必要時還應(yīng)輔以設(shè)計樁基。即便是采用部分樁基也比在飽和軟土中直接采用樁基要經(jīng)濟(jì)的多，因此此時地基性狀經(jīng)處理后明顯改善，樁側(cè)阻力大大提高，消除了濕陷性，液化對樁基承載力的影響，再考慮樁與土共同作用，總體效果更好。

   ⑶真空/堆載預(yù)壓加強夯。目前沿海地區(qū)采用真空或堆載預(yù)壓處理軟基的很多。該工藝相對直接采用樁基等方案造價低，但是周期很長，一般需要近一年甚至更長，且加固效果僅能達(dá)到80～100kPa。根據(jù)預(yù)壓s﹣t 曲線分析發(fā)現(xiàn)一般情況下堆載預(yù)壓沉降量在最初的3個月發(fā)生最多，約占30%～50%，如果工期要求特別緊迫，此前可在軟基中設(shè)置袋裝砂井，在地表鋪設(shè)一定厚度的碎石土，既有利于形成橫向排水通道，又便于施工機具行走，然后就可以采用小能量強夯加固硬殼層，消除軟基的其余部分沉降。經(jīng)這一綜合工藝處理后，地基承載力可達(dá)到80～130kPa，一般可作為大面積廠區(qū)的建筑、廠房、道路、簡單設(shè)備地基。其特點是比真空或堆載預(yù)壓的袋裝砂井間距調(diào)整來綜合考慮成本。由于小能量強夯本身的價格很低，因此兩項工藝綜合使用的造價并未提高多少，而工期可大大縮短。

    ⑷強夯碎石墩。在沿海地區(qū)軟基處理中，部分工程采用了強夯碎石墩工藝，如深圳機場工程。強夯碎石墩工藝是將普通強夯的夯錘平底面改造成尖錐形底面，直徑縮小，將其吊起后砸入地基內(nèi)，形成錐狀夯坑，將夯錘拔出后向夯坑內(nèi)填注碎石形成碎石墩，然后再次夯擊，將碎石墩的碎石夯擊擠入軟土中，起到置換和加固效果。上海申元巖土工程有限公司設(shè)計的大連中遠(yuǎn)船廠地基處理項目，利用柱錘在軟基上成功實施了強夯碎石墩地基，相比原來的PHC管樁和振沖碎石樁+平錘強夯方案分別節(jié)省了700多萬元和1360萬元，工期節(jié)省6個月。

     由此可以看出，輔以一定工藝后進(jìn)行強夯處理是有效、經(jīng)濟(jì)地加固處理沿海（包括沿江、湖）地區(qū)飽和軟土地基的重要研究課題，將會成為目前我國在該領(lǐng)域的重點內(nèi)容，應(yīng)用前景廣闊。 

     在傳統(tǒng)強夯工藝的基礎(chǔ)上，強夯施工開始走向多元化。所謂多元化即對復(fù)雜場地進(jìn)行地基加固時，單一處理方法很難達(dá)到設(shè)計要求或由于經(jīng)濟(jì)等條件受限，那么針對不同的地基土，綜合其他加固機理和強夯機理各自的優(yōu)勢共同加固地基的一種復(fù)合處理形式。各種方法均有其使用范圍和優(yōu)缺點，強夯法通過與多種地基處理方法聯(lián)合進(jìn)行復(fù)雜場地的處理，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和可靠的技術(shù)質(zhì)量效果。