强夯法在软土地基加固中的几个问题
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摘要：在前人研究基础上对强夯法处理地基过程进行了总结归纳，在此基础上结合工程实际情况进行分析，发现强夯法在地基加固研究中存在一些不足。土体在冲击作用下如何固结密实过程不明，密实程度和夯击能以及夯击次数的关系不明确，强夯参数的确定没有确定的公式。对在冲击荷载作用下土的动力本构关系及其动力反应、冲击荷载作用之后土的动力反应特性以及土体本身的静力性状研究不足。
中图分类号： TU471 文献标识码： A
1、 研究背景
随着全球化趋势的加强，跨区域的社会经济活动日益频繁，航空运输业在全球经济发展中的地位日渐突出。从全球范围来看，航空运输业景气程度主要受经济周期影响。中国经济的快速增长为民航业的发展提供了巨大的空间。1990年，我国民用机场旅客吞吐量为3042万人，飞机运行仅为36万架次，到2010年，运输总周转量约达到350亿吨公里，旅客运输量达2.5亿人次。截止2013年，中国境内民用航空（颁证）机场共有193个（不含台、港、澳地区，下同），其中年内定期航班通航机场190个，通航城市188个。2013年定期航班新增通航城市达到11个。
我国地域辽阔并且各地地质情况差别较大，而机场建设分布在全国范围内。机场场道工程施工过程中存在的主要工程难题在于软土地基处理，例如在我国南方地区存在着大量的软土地基，该类地基强度低、透水性差、可压缩性大，如得不到正确的处理，容易引发各类工程问题[1-5]。因此机场场道工程建设方面的施工技术研究具有很高的实用价值。
2 、国内外研究现状
地基处理工程中强夯法[6]是60年代末由法国工程师梅那（Menard L.）最先提出来的。此方法是将很重的锤（一般为100-400 kN）从高处自由落下（落距一般为6-40m），给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法在我国的首次应用是在70年代末由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路软土地层上进行了相关试验，其后又在此基础上对秦皇岛煤码头细砂地基进行试验并正式应用。最早用于地基加固的工程是1979年4月中国建筑科学研究院及其协作单位在河北廊房该院机械化研究所宿舍工程上，用于粉土、粉细砂土可液化地基处理，取得较好的效果。此后，强夯法在秦皇岛、天津、北京、山西、陕西、甘肃、浙江、广东等地推厂并迅速扩大到全国。1980年9月铁道部基建情报网于南宁召开强夯法加固地基交流会并出版“强夯法加固地基经验交流会议文件汇编”。中国建筑学会地基基础学术委员会于1980年11月于西安召开地基处理学术会议，会上交流了强夯法经验。
近几年，国内学者在强夯法的研究上也取得了丰富成果，如赵文斌[7]基于兰州中川机场场道工程采用强夯法处理湿陷性黄土地基方面的试验、应用进行一些探讨。发现了采用强夯法处理湿陷性黄土地基具有施工简便、快速有效、造价经济、质量可靠的优点，它对增强地基密实度、消除土层湿陷性、降低土层压缩性和提高地基承载力效果显著。余吉平[8]基于厦门机场二期工程实际情况，通过对软土地基上深厚砂层的强夯加固施工实践，对其可行性及效果进行了探讨。
对黄土地区公路地基湿陷性的强夯处理主要有青海的几条高速公路如：平安―西宁高速、马场垣至平安高速、平安至阿岱高速、西宁―塔尔寺高速、西宁―涅源高速；山西省的祁县至临汾高速；山东省的济南至泰安高速以及陕西省的靖边至安塞高速、西安至禹门口高速公路等。研究及试验检测结果表明：采用强夯法加固湿陷性黄上地基是可行的：地基处理后，距离处理后地面约1.0处地基强度最高；由于夯击能量的不同，地基的有效加固深度约为3.0-6.0m，其加固效果基本可分为加密效果带、强加密带以及影响带三部分，而且经加固后的地基承载力明显提高，与其他地基处理方法比较（例如：桩基、换填等），强夯法可大幅减少整个工程造价，取得显著的经济效益[9]。根据以往成功的工程实例分析得知，强夯法属于原位处理的一种技术，具有以土治土、不消耗建筑材料、处理费用不高等优点[10]。据国内有关资料介绍，强夯所产生的瞬时沉降平均为40-50cm，强夯法加固后的地基压缩性可降低2-10倍，而强度可提高2-5倍，加固深度一般可大于6m。湿陷性黄土加固深度一般为3-6m最大可加固到8-9m多。
但是，关于强夯法处理黄土地基湿陷性的研究仍处于初级阶段，有关加固机理在机场工程的实用性以及不同湿陷地区不同湿陷系数对应采用的夯击能、夯击遍数以及夯点布置、提夯高度等施工参数的研究还很不具体，尤其对夯后地基强度的提高以及强度在不同湿陷黄土区的时效研究也很欠缺。
3、 存在问题
目前对软土地基处理的研究很多，研究范围包括强夯法，强夯置换法，冲击碾压法等等，方法众多也就意味着需要更多的方法对其加固效果进行检测。软土地基研究方法有室内模型试验、数值模拟、理论分析和大量的现场试验。对于强夯法，虽然近年来的理论研究和工程实践都取得了很多成果，但是总体来说，理论方面的研究还是无法适应工程实践的要求。总结发现存在如下一些问题：
数值方法虽然具有其他方法所无法比拟的优点，但是其一般是直接借鉴了土体动力反应的建模理论，而对于强夯作用土体的动力本构关系研究不足。一般在进行处理时是采用了简化的方法，不考虑强夯过程中单元的畸变和刚性平移，更没有考虑夯锤对土体的冲击过程。因此，现阶段的数值方法无法取得较好的模拟效果，只能进行较为近似的解答。
4、 结论
强夯理论现在还处于经验积累阶段，在诸多方面的认识都不完善，例如：强夯效果估计方法不完善，夯击后地面变形研究不足，以及能量传播过程特征认识不足，没有对动力作用下的土体采用动力瞬态本构关系，而是采用了简化的分析过程。土体在冲击作用下如何固结密实过程不明，密实程度和夯击能以及夯击次数的关系不明确，强夯参数的确定没有确定的公式，一般都采用经验方法。对在冲击荷载作用下土的动力本构关系及其动力反应、冲击荷载作用之后土的动力反应特性以及土体本身的静力性状研究不足。
参考文献：
[1]龚晓南.高等级公路地基处理设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005.
[2]娄炎. 真空排水预压法加固软土技术[M].北京：人民交通出版社，2002.
[3]刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京：人民交通出版社，2003.
[4]朱建才，陈兰云，龚晓南.高等级公路桥头软基真空联合堆载预压加固试验研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24(12):2160-2165.
[5]王盘洋.预压法加固地基的大变形有限元分析[D].青岛：青岛理工大学，2012.
[6] 陶志怀. 西宁曹家堡机场二期工程湿陷性黄土地基处理技术研究[D].长安大学,2011.
[7] 赵文斌. 强夯法处理机场场道湿陷性黄土地基[J].施工技术.2001.39(Z),64-44.
[8] 余吉平. 强夯法在机场跑道延长填海中的应用实例[J]. 施工技术. 2002.31(1).
[9] 《地基处理手册》编写委员会. 地基处理手册[M].中国建筑工业出版社,1988.
[10] 薛兰明,戴亚平. 某机场场道工程地基强夯处理的实录[J].土工基础. 2003.17(1).