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【摘 要】强夯是一种处理填土或湿陷性黄土的常用施工方法，在进行施工参数设计时，需对处理效果的影响因素进行分析，并结合工程实际对加固效果进行预测，而有效加固深度是决定强夯加固效果的关键因素，本文从土质的自身构造特征和施加荷载的方式两方面分析了影响有效加固深度的原因，并总结出预测有效加固深度的计算方法。
【关键词】强夯；有效加固深度；夯击能
一、有效加固深度的定义
强夯作为一种常用的施工技术，多用于加固多孔隙、粗颗粒的非饱和土及湿陷性黄土地基，其基本原理是用冲击型动力荷载，重塑土体的内部结构，使土体中的孔隙体积减小，土体密实度提高，湿陷性消除，从而提高其强度。该方法具备施工周期短、加固深度大、加固范围易于确定、造价低等优点，在许多地区广泛采用。在进行强夯施工之前，应对强夯的施工参数进行设计，而有效加固深度是影响强夯加固效果的重要参数，也是是强夯设计中的重要参数。
有效加固深度的定义是能使土体强度提高和压缩模量效果明显增大（软土）或使液化潜势消失（饱和砂土）或使湿陷性消失（湿陷性黄土）的土层深度。有了这一参数，再对比地基处理的预期设计指标，满足要求后再进行强夯施工。
二、影响土体有效加固深度的因素
在强夯技术发展初期，法国Menard公司根据大量实测进行总结后，发现夯后对土体有效加固深度大致与夯锤重量与落距乘积的平方根成正比。随后的研究表明，其他强夯参数诸如夯锤面积、夯点间距也对有效加固深度有所影响；而从土体自身结构和性质的角度看，土体的有效加固深度，还与土层厚度、土层构造以及土的性质有关。下面对影响加固深度的主要因素分别进行分析。
(1) 夯击能
夯击能是反映夯锤对土体冲击力大小的指标。若单次夯击能太小，则不能将土体中的水分排出，仅靠增加同一位置处的夯击次数并不能达到预期处理效果，甚至可能造成地基出现“橡皮土”现象。单次夯击能大小的确定，应在土体结构不被冲击荷载破坏的前提下进行，根据地基加固范围内相应控制指标的要求，尽量地取较大值。在将土体中的水有效排出土体时，亦可减少夯击次数，从而大幅提高强夯施工效率、缩短工期。
夯击能在数量上是锤重与落距的乘积，如何对锤重和落距进行搭配，也会对有效加固深度产生显著影响。在相同落距的前提下，夯锤自身质量越大，夯击时传递到深层土的能量就越多，反之则少。因此，不同的锤重与落距适用于加固不同深度的土体，轻锤高落距组合适用于加固浅层土体，而重锤低落距组合则主要用于加固深层土体。另外，由于强夯时会在上部土层形成硬壳层，采用轻锤高落距时，这部分坚硬的土体对夯击能的消耗较多，势必造成土层深部加固效果有明显减弱，但采用重锤低落距则可避免深层加固效果受到上部硬壳层的影响[1]。
(2) 錘底面积
锤底面积决定地基土所承受的冲击应力。在单击夯击能保持不变的前提下，锤底面积越大，单位面积土体所吸收的冲击能量就越小，而且夯锤贯入土体的深度也就越小，要使土体达到加固效果就需要增加夯击次数。另外，锤底面积越大，相同加固范围内的夯击点数量就越少。相反，当锤底面积较小时，夯锤贯入土体的深度就增大，夯击次数就减少，夯锤底部土体的主压实区深度增大，土体的侧向加固范围减小，加固相同范围的土体需要夯点数量增多。
(3) 土体特征
土是固、液、气三相共存的混合体，液体和气体分布在固体颗粒之间的孔隙中。强夯法加固土体的原理即通过冲击力尽可能地压缩土体中的孔隙，增加密实度，同时排出液体与气体，使固体颗粒之间更加紧密。加固后的土体不仅密实度增加，压缩性降低，其强度也得到提高，承载力增加。
反映土体密实程度的物理指标是孔隙比或干重度，干重度愈大，固体颗粒排列越紧密，孔隙比越低，并且与地基处理设计要求的干密度差距越小，所需的能量也就相对越少；但是，干重度大也使得土体对夯击外应力的阻力增加，且减小强夯振动波在土体中的传播速度，降低压缩波强度，从而影响深层土体的加固效果。
三、有效加固深度的确定
目前，强夯法有效加固深度的简化计算大多采用修正的梅纳公式：
式中，H为强夯有效加固深度，M为夯锤重量，h为夯锤落距， α为修正系数。
通过总结国内外众多工程实例，得出有效加固深度修正系数多取0.5左右。太原理工大学根据收集到的17个粘性土及砂土实例，求得有效加固深度修正系数为0.66。河海大学钱家欢等[2]自制动力固结仪，对秦皇岛饱和细砂的强夯处理效果进行试验研究，不仅得到了冲击荷载下的应力应变关系曲线和孔隙水压力的变化规律，并求出经验公式，再结合波动理论提出了强夯法理论计算模型，计算得出秦皇岛码头饱和细砂的有效加固深度修正系数为0.65。
综上所述，在影响地基有效加固深度的众多因素中，地基有效加固深度与夯击能呈正比关系；而当夯击能保持不变时，锤底面积的大小将直接决定夯锤着地时冲击应力的大小，进而决定强夯有效加固深度，二者是反比关系。而对于土体自身特征方面，除土体干容重之外，土体含水量也是影响有效加固深度的重要因素。虽然强夯的原理是通过冲击荷载将孔隙中的气体和液体排出，但如果土体的含水量过低，固体颗粒会由于缺乏水分而处于单粒分散状态，此时的土体在承受冲击荷载时会由于震动效应而至土体松动，也无法达到提高土体密实度的目的。在考虑多个因素影响的前提下，根据量纲一致原则，张洪波等[3]学者提出对梅纳公式进行修正，得到强夯有效加固深度的计算公式：
(2)
式中，A为夯锤底面积，土体平均干容重，为土体的平均含水量。
四、结论
影响强夯有效加固深度的因素较多，对某一因素影响的定性分析较为简单，如何综合多种影响因素定量的预测强夯有效加固深度对工程实践有很好的指导意义，如能采用理论计算与试验研究相结合的方法综合判断有效加固深度，其准确性和适用性将进一步提高。
参考文献
[1]王成华.强夯加固深度估算的等效拟静法[A]，第六届全国土力学及基础工程学术会议文集[C].上海:同济大学出版社,1991,617～620.
[2]钱家欢,钱学德,赵维炳,帅方生.动力固结的理论与实践[J].岩土工程学报,1986
[3]张洪波,陈海楼.强夯加固地基的设计控制参数研究[J].安徽工业大学学报，2003,20
【关键词】强夯；有效加固深度；夯击能
一、有效加固深度的定义
强夯作为一种常用的施工技术，多用于加固多孔隙、粗颗粒的非饱和土及湿陷性黄土地基，其基本原理是用冲击型动力荷载，重塑土体的内部结构，使土体中的孔隙体积减小，土体密实度提高，湿陷性消除，从而提高其强度。该方法具备施工周期短、加固深度大、加固范围易于确定、造价低等优点，在许多地区广泛采用。在进行强夯施工之前，应对强夯的施工参数进行设计，而有效加固深度是影响强夯加固效果的重要参数，也是是强夯设计中的重要参数。
有效加固深度的定义是能使土体强度提高和压缩模量效果明显增大（软土）或使液化潜势消失（饱和砂土）或使湿陷性消失（湿陷性黄土）的土层深度。有了这一参数，再对比地基处理的预期设计指标，满足要求后再进行强夯施工。
二、影响土体有效加固深度的因素
在强夯技术发展初期，法国Menard公司根据大量实测进行总结后，发现夯后对土体有效加固深度大致与夯锤重量与落距乘积的平方根成正比。随后的研究表明，其他强夯参数诸如夯锤面积、夯点间距也对有效加固深度有所影响；而从土体自身结构和性质的角度看，土体的有效加固深度，还与土层厚度、土层构造以及土的性质有关。下面对影响加固深度的主要因素分别进行分析。
(1) 夯击能
夯击能是反映夯锤对土体冲击力大小的指标。若单次夯击能太小，则不能将土体中的水分排出，仅靠增加同一位置处的夯击次数并不能达到预期处理效果，甚至可能造成地基出现“橡皮土”现象。单次夯击能大小的确定，应在土体结构不被冲击荷载破坏的前提下进行，根据地基加固范围内相应控制指标的要求，尽量地取较大值。在将土体中的水有效排出土体时，亦可减少夯击次数，从而大幅提高强夯施工效率、缩短工期。
夯击能在数量上是锤重与落距的乘积，如何对锤重和落距进行搭配，也会对有效加固深度产生显著影响。在相同落距的前提下，夯锤自身质量越大，夯击时传递到深层土的能量就越多，反之则少。因此，不同的锤重与落距适用于加固不同深度的土体，轻锤高落距组合适用于加固浅层土体，而重锤低落距组合则主要用于加固深层土体。另外，由于强夯时会在上部土层形成硬壳层，采用轻锤高落距时，这部分坚硬的土体对夯击能的消耗较多，势必造成土层深部加固效果有明显减弱，但采用重锤低落距则可避免深层加固效果受到上部硬壳层的影响[1]。
(2) 錘底面积
锤底面积决定地基土所承受的冲击应力。在单击夯击能保持不变的前提下，锤底面积越大，单位面积土体所吸收的冲击能量就越小，而且夯锤贯入土体的深度也就越小，要使土体达到加固效果就需要增加夯击次数。另外，锤底面积越大，相同加固范围内的夯击点数量就越少。相反，当锤底面积较小时，夯锤贯入土体的深度就增大，夯击次数就减少，夯锤底部土体的主压实区深度增大，土体的侧向加固范围减小，加固相同范围的土体需要夯点数量增多。
(3) 土体特征
土是固、液、气三相共存的混合体，液体和气体分布在固体颗粒之间的孔隙中。强夯法加固土体的原理即通过冲击力尽可能地压缩土体中的孔隙，增加密实度，同时排出液体与气体，使固体颗粒之间更加紧密。加固后的土体不仅密实度增加，压缩性降低，其强度也得到提高，承载力增加。
反映土体密实程度的物理指标是孔隙比或干重度，干重度愈大，固体颗粒排列越紧密，孔隙比越低，并且与地基处理设计要求的干密度差距越小，所需的能量也就相对越少；但是，干重度大也使得土体对夯击外应力的阻力增加，且减小强夯振动波在土体中的传播速度，降低压缩波强度，从而影响深层土体的加固效果。
三、有效加固深度的确定
目前，强夯法有效加固深度的简化计算大多采用修正的梅纳公式：
式中，H为强夯有效加固深度，M为夯锤重量，h为夯锤落距， α为修正系数。
通过总结国内外众多工程实例，得出有效加固深度修正系数多取0.5左右。太原理工大学根据收集到的17个粘性土及砂土实例，求得有效加固深度修正系数为0.66。河海大学钱家欢等[2]自制动力固结仪，对秦皇岛饱和细砂的强夯处理效果进行试验研究，不仅得到了冲击荷载下的应力应变关系曲线和孔隙水压力的变化规律，并求出经验公式，再结合波动理论提出了强夯法理论计算模型，计算得出秦皇岛码头饱和细砂的有效加固深度修正系数为0.65。
综上所述，在影响地基有效加固深度的众多因素中，地基有效加固深度与夯击能呈正比关系；而当夯击能保持不变时，锤底面积的大小将直接决定夯锤着地时冲击应力的大小，进而决定强夯有效加固深度，二者是反比关系。而对于土体自身特征方面，除土体干容重之外，土体含水量也是影响有效加固深度的重要因素。虽然强夯的原理是通过冲击荷载将孔隙中的气体和液体排出，但如果土体的含水量过低，固体颗粒会由于缺乏水分而处于单粒分散状态，此时的土体在承受冲击荷载时会由于震动效应而至土体松动，也无法达到提高土体密实度的目的。在考虑多个因素影响的前提下，根据量纲一致原则，张洪波等[3]学者提出对梅纳公式进行修正，得到强夯有效加固深度的计算公式：
(2)
式中，A为夯锤底面积，土体平均干容重，为土体的平均含水量。
四、结论
影响强夯有效加固深度的因素较多，对某一因素影响的定性分析较为简单，如何综合多种影响因素定量的预测强夯有效加固深度对工程实践有很好的指导意义，如能采用理论计算与试验研究相结合的方法综合判断有效加固深度，其准确性和适用性将进一步提高。
参考文献
[1]王成华.强夯加固深度估算的等效拟静法[A]，第六届全国土力学及基础工程学术会议文集[C].上海:同济大学出版社,1991,617～620.
[2]钱家欢,钱学德,赵维炳,帅方生.动力固结的理论与实践[J].岩土工程学报,1986
[3]张洪波,陈海楼.强夯加固地基的设计控制参数研究[J].安徽工业大学学报，2003,20