1、強(qiáng)夯法及其發(fā)展
強(qiáng)夯法是一種經(jīng)濟(jì)高效的地基處理方法。這種方法是將很重的錘（一般為100～400KN，最高可達(dá)2000KN）吊到8～25m高處（最高可達(dá)40m），而后自由落下，其動(dòng)能在土體中轉(zhuǎn)化成很大的沖擊波和高應(yīng)力，從而提高地基土的強(qiáng)度，降低其壓縮性，消除濕陷性，改善其抵抗振（震）動(dòng)液化的能力等。同時(shí)，強(qiáng)夯法還可以提高土層的均勻性，減少工后差異沉降。
強(qiáng)夯法是1969年法國(guó)Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一項(xiàng)嶄新的地基加固方法，其首次使用是在法國(guó)納普爾海濱一住宅建筑項(xiàng)目上試驗(yàn)成功后，迅速在全世界各國(guó)推廣。
1978年11月至1979年初，我國(guó)交通部一航局科研所等單位，在天津新港13號(hào)公路首次進(jìn)行強(qiáng)夯法試驗(yàn)研究。1979年8～9月又在秦皇島碼頭堆煤場(chǎng)的細(xì)砂地基進(jìn)行試驗(yàn)，效果顯著，正式采用強(qiáng)夯法加固該煤場(chǎng)地基。中國(guó)建筑科學(xué)研究院等單位，于1979年4月在河北廊坊進(jìn)行強(qiáng)夯法試驗(yàn)，處理可液化砂土與粉土，并于6月正式進(jìn)行工程施工。由于強(qiáng)夯法施工簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)，在我國(guó)發(fā)展迅速，在《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）中，強(qiáng)夯法是地基處理技術(shù)之一，說(shuō)明這項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)成熟，目前已經(jīng)成為我國(guó)最為常用和經(jīng)濟(jì)的地基處理方法之一。
2、強(qiáng)夯加固深度的確定
2.1 加固深度的定義及影響因素
在強(qiáng)夯法中,土體的加固深度是進(jìn)行結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，強(qiáng)夯法加固地基的加固深度為：從最初起夯面（夯前地面整平標(biāo)高）算起，不完全工程設(shè)計(jì)需要的地基土，經(jīng)強(qiáng)夯法加固后，以某種方法測(cè)試的土的強(qiáng)度、變形等指標(biāo)，均滿足了設(shè)計(jì)要求的深度。
我國(guó)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》 JGJ7922002認(rèn)為,夯錘重、落距、錘底單位壓力、地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水等都與加固深度有著密切的關(guān)系。除此之外，強(qiáng)夯機(jī)具的工作效率、強(qiáng)夯施加的總夯擊能、夯錘的形狀、錘徑以及夯點(diǎn)的布置等因素對(duì)加固深度的影響也是顯而易見(jiàn)的。
2.2 加固深度的判定方法
鑒于強(qiáng)夯法加固深度問(wèn)題的復(fù)雜性，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員都致力于此問(wèn)題的研究，常見(jiàn)的判定方法有一下一些：
1） Menard系數(shù)法
2） 系數(shù)修正法
3） 經(jīng)驗(yàn)公式法
4） 量綱分析法
5） 能量守恒方法
在能量守恒法中，天津大學(xué)王成華[3]根據(jù)強(qiáng)夯時(shí)土體塑性變形對(duì)加固地基有效地事實(shí)，按塑性能量守恒，采用等效擬靜力法估算加固深度。該方法認(rèn)為總能量中真正使土體加固的能量為土體產(chǎn)生的塑性不可恢復(fù)變形所需之能量，由此導(dǎo)出等效擬靜力法的計(jì)算有效加固深度：
式中 -地下水位埋深;-分別為水上土的天然重度和水下土的有效重力密度。
2.3 等效擬靜力法的基本思路
天津大學(xué)王成華于1991年提出的等效擬靜力法，可初步考慮較多的影響因素，公式中各參數(shù)可由常規(guī)試驗(yàn)實(shí)測(cè)或設(shè)計(jì)選用，簡(jiǎn)便實(shí)用。且在若干工程實(shí)例的估算結(jié)果表明該方法具有可行性。該法認(rèn)為強(qiáng)夯加固效果的實(shí)質(zhì)是土體產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形;加固機(jī)理可以高度概括為將夯錘的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為土體的塑性變形能。強(qiáng)夯使地基產(chǎn)生很大的豎向壓縮和側(cè)向擠動(dòng)，錘外地面隆起、開(kāi)裂。這一事實(shí)表明：若將夯擊力視為靜荷載，從引起等效塑性沉降角度來(lái)看，其等效擬靜力至少達(dá)到或超過(guò)地基的極限荷載?？梢哉J(rèn)為擬靜壓力與相應(yīng)的塑性沉降之積為實(shí)用與加固土體的塑性變形能。將夯錘式為淺基礎(chǔ)，夯擊力視為擬靜壓力，則為夯點(diǎn)下2倍錘徑或邊長(zhǎng)深度內(nèi)附加應(yīng)力水平較高，其加固效果最佳，此深度以下效果較弱。近似假定：強(qiáng)夯靜壓力引起的擬靜附加應(yīng)力達(dá)到自重應(yīng)力0.2倍深度以內(nèi)，土體才產(chǎn)生塑性變形，此深度即為強(qiáng)夯地基的加固深度。
根據(jù)上述思路推導(dǎo)出等效擬靜壓力為：
式中： —地基的變形模量，kPa;
μ—的泊松比;
D—夯錘的直徑或邊長(zhǎng)，m;
ω—沉降系數(shù)，對(duì)圓形錘為0.79;對(duì)方形錘為0.89;
k—模量系數(shù)，由表2.1選取，按較軟的土取大值，較硬的土取小值的原則確定;
η—效率系數(shù)，取0.67;
C—錘形常數(shù)，當(dāng)夯錘為圓形錘時(shí)C= ;當(dāng)夯錘為方形錘時(shí)C=ω=0.89。
將等效擬靜壓力帶入式（2.1）或式（2.2）即可求出強(qiáng)夯法處理地基的加固深度。對(duì)成層土地基的 值可按土層厚度取加權(quán)平均值;
表2.1 土的模量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值
3、夯錘錘徑的選擇
為確定夯錘尺寸（D）對(duì)強(qiáng)夯加固地基加固深度的影響情況，選取如表3.1所示的計(jì)算參數(shù)，計(jì)算不同錘徑下的加固深度如圖3-1。
由圖3-1可知，在土質(zhì)、夯擊能量等條件一定的情況下，錘底尺寸D小，加固深度小;增大尺寸可以提高加固深度，但不宜過(guò)大，過(guò)大深度反而會(huì)有所下降，在加固深度與錘徑的函數(shù)關(guān)系曲線上，有且只有一個(gè)最大值，在實(shí)際工程中可以將其看作是最佳錘徑。
對(duì)于等效擬靜壓力和強(qiáng)夯加固深度公式中的各個(gè)參數(shù)，如僅把錘徑看作是變量，可以推導(dǎo)出加固深度達(dá)到峰值時(shí)夯錘錘徑的表達(dá)式，推導(dǎo)過(guò)程如下：
對(duì)于本例，但采用圓形錘時(shí)有：
根據(jù)圖2-5可知，曲線的最大值在2.4m-2.5m之間，所以兩者可以相互驗(yàn)證，在實(shí)際工程中可以根據(jù)現(xiàn)有機(jī)具，先確定夯擊能，然后利用式（3.3）來(lái)計(jì)算最佳錘徑，給最終夯錘的選擇提供參考。
4、結(jié)語(yǔ)
1、因?yàn)閺?qiáng)夯施工的震動(dòng)過(guò)大，在絕大部分城市建設(shè)中已不再?gòu)V泛使用，但是其操作簡(jiǎn)單，成本低，在許多遠(yuǎn)離市區(qū)的郊區(qū)及野外作業(yè)施工中仍有很大的利用空間;
2、利用等效擬靜力法可以推導(dǎo)出最優(yōu)錘徑，可供施工前的施工準(zhǔn)備;
3、等效擬靜力法中考慮了方錘和圓錘兩種錘形，經(jīng)計(jì)算在同樣的條件下，方錘計(jì)算出的加固深度較圓形錘計(jì)算出的結(jié)果大，但考慮圓形夯錘任意軸對(duì)稱的特點(diǎn)，圓形夯錘實(shí)際操作中加固效果會(huì)好于方形錘，實(shí)際施工中也基本上都采用圓形錘。
