化肥厂强夯处理工程实例
山西省化肥厂地基处理试验实施方案中规定，根据现有技术装备条件强夯试验夯击能量最大为6250kN·m。生产工艺对地基的总要求是;承载力大，地基沉降量小，因此处理地基试验目的归纳为∶
第一。判定厂区用强夯法处理地基的可能性和可行性;
（一）试验场地工程地质条件
场地地质∶厂区按《湿陷性黄土地区建筑规范》（TT25-78），可划分为Ⅰ、Ⅱ级非自重湿陷区和Ⅱ、Ⅲ级自重湿陷区。厂区主要工程集中在Ⅱ级自重和非自重湿陷区，因此在Ⅱ级自重湿陷区选择试验场地。根据《山西化肥厂厂区工程地质勘察报告》，地质情况可划分如下∶
（二）强夯试验设计1.夯锤
（1）形状∶圆柱形;
（2）材质∶铸铁锤，钢外壳钢筋混凝土锤;
（3）锤重;250kN、200kN、150kN;
（4）锤底面积∶7m²2、6m2、5m²、4m²。
根据以上条件。制作五种型号的夯锤即 250kN-7m²（3000mm），200kN-6m²（如2760mm），铸铁锤、钢筋混凝土锤各一 200kN-5m²（p2520mm），150kN-4m²（停2260mm）。
2.强夯能级
1000kN·m、2000kN·m、3000kN·m、4000kN·m、5000kN-m、6250kN·m六个能量级。
3.夯点
由锤重、落距、锤底面积组成的名个能级的夯点很多、因此有重点的选择其中若干夯点，以使试验工作重点突出。
（1）单夯点∶各个能级计15个点。
（2）群夯点∶六片，每片9个点。夯点矩形布置，间距 5~6m。每点击数一遍的. 一般13击;多遍的，总击数22~29击。夯2~3遍。
4.测试
根据各个夯点夯击时间，地基土固结变化情况，分期分批进行。测试工作分夯前、夯中、夯后三部分，其测试项目如下;
（1）原位测试∶动力触探、静力触探、标准贯人试验、旁压试验、探井、孔隙水压力、振动测试、动应力测定等。
（2）测量观测∶灰标点、深标点、地面标点、每击贯入度、下沉量、场地总下沉量等。
每种测试均编制了详细的测试方案（包括测试点的数量、位置、深度等）、测试要求。
（三）强夯试验情况1.强夯机具
（1）主机为日本制神户 1500kN（150t）履带吊（臂长 35m，倾角68°）组合缀条式门型支架（高 30m，宽6m）。
（2）脱钩装置∶三扣式人力拉绳脱钩器。2.夯锤
对五种夯锤进行重量校核，每个夯锤的实际静压在 35~40kN/m²，比一般低级强夯所用夯锤的静压大10~15kN/m²。
3.强夯能级
群夯的平均夯击能是根据夯击能级、夯击击数和强夯面积确定的，6250~5000kN·m 的平均夯击能在2800～5800kN·m/m²、4000kN-m、3000kN·m 的平均夯击能在1900 ~2500kN·m/m2范围内。
4.夯击点数量和夯击方法
（1）夯击点数量
92个点，总击数为1270击;
（2）夯击方法
1）单点
①一遍夯击法;在一个夯点一次连续夯击，一般为13击，确定13击数的理由是最后3击贯人度相接近，地基土出现了橡皮土，主机拔起夯锤已经困难，锤底真空吸力超过锤重，最大时约有3倍多。
②加副点夯击法。正点周围设3个副点，按不同击数与正点在同一时间内夯击，缩短分遍间隔和测试时间，为加固表面测得数据。
③多遍夯击法;夯完第一遍 13击后，再填土进行二遍或三遍夯击，总击数在 22~29击，并分遍测试其夯击效果。
2）群夯
①一遍夯击法;一片群夯中9个夯点，采用先外后内或顺向夯击，每夯点数9~13 击。
②多遍夯击法∶第一遍夯四角和中间夯点。也有9个夯点全夯的，间隔一定时间，再夯二遍、三遍。
③群夯的间距∶排列为正方形，根据单点夯击影响范围选用Sm、6m（见图3-4-73)。
5.测试工作
（1）夯前∶根据地貌单元在单点及群夯的范围内，均在强夯前布置了原位测试点，取得了自然土地基的物理力学性指标，便于校核场地的工程地质条件，更重要的是和强夯后的物理力学性指标作对比，以确定强夯的效果。
（2）夯中;取得测量数据也是评定强夯效果的一项重要工作。如每击下沉量、总下沉重、贯入度、场地的下沉量、地表位移和深层侧移等。
孔隙水压力，锤底动应力。测振也都在夯前、夯中进行布设、而在夯中、夯后的一定时间内测定其数据。为确定强夯施工工艺和研究强夯机理提供科学依据。
（3）夯后;穷后的测试工作是分期分批按第一、二、三次进行的。为的是在夯击而破坏了的地基土经过不同时间的固结，地基土的各项物理力学性指标变化发展规律，并确定强夯法处理地基的影响深度和宽度。
（四）强夯试验效果分析
强夯效果必须用测试数据来说明，并根据所取得的数据进行初步评定。
1.强夯能级
在强夯机具起重能力可能的条件下，选用高能级夯击遍数多的得到的加固影响深度和密度越大，其物理力学性指标越好（表3-4-63、3-4-64和3-4-65）。
（5）地基土含水量
试验场地夯前地基土的含水量在 21，4%~23.2%。土体呈非饱和状态、土的塑性指数为11.7~14.5，属粉质粘土，但土质的粘性较大，渗透系数小。含水量的高低会直接影响到分遍夯击间隔时间和夯击效果。试验工作是在非饱和黄土地基上进行的，鉴于要达到的目的是加固深层，从理论上讲，减少或增加含水量是可以采取措施的，但在实践中却有许多困难（尤其是深层消散水分）。含水量在 18%~20%，夯击效果较好。对于饱和黄土的强夯效果，还需要进一步试验。
（6）相同条件、不同材质夯锤的对比
试验中制作了两个25kN，底面积均为 5m²（相同的直径）。但材质不同的夯锤。一为铸铁夯锤，一为钢外壳钢筋混凝土夯锤。在同一场地、同能级、相同击数、同一天进行夯击试验，击后各测试结果表明，它们是不因材质不同而有不同的夯击效果的。
（7）振动和动应力
1）振动测量;一般径向振动大于垂直振动，也大于环向（切向）振动。振动随能级提高而增大。在黄土层中，振动对建筑物的影响距离见表3-4-68。
2）锤底动应力测定;锤底动应力值是随能量增大而增大的，见表3-4-69。
（8）地表位移
地表位移见表3-4-70，表明在黄土中，由于土固化内聚力大，除含水量大的土在开始几击有微量外移、隆起外，在侧挤作用下，地表并不隆起和向外位移，反而由于夯坑塌土及土被压密产生向坑心的位移及下沉，其影响范围约与干密度大于15kN/m²的有效加固深度相当，但毅值都不大。前已说明，对建筑物遣成危害的仅为夯坑附近几米的挤动区内，太原电解铜厂黄土强夯 2.5m以外即不对建筑物造成危害，并且远处不产生震陷，与化肥厂观测到的结果一致。
（9）时效的影响
1）时效的作用
强夯时，由于土结构受到一定破坏，受荷后压缩性增大，因此在试验中，夯后短期内表现为与夯前比压缩系数增大而湿陷系数减小，如图3-4-78（a）、（b）中深9m 以下线段。随时间增加，土时效固结。加固内聚力恢复，压缩性减小而湿陷性恢复、重新表现为湿陷性土，参见微观研究 10~13m 土段，这是要特别注意的。对要求严格消除湿陷的工程，应以γa≥15kN/m²深度作为消除湿陷的深度较可靠。图3-4-78中，深9m.以上的土得到显著加固。湿陷系数、压缩系数均减小。且随时间变化均不大。在消除湿陷界限附近。检测中常表现为夯前务后值交错变化。如静力触探、标贯指标小于夯前、压缩系数大于夯前、或交错变化，可表明其加密作用不明显。
2）时效与测试方法及土工指标的关系
黄土由于夯击使土密实度增加，但因连接破坏，固化内聚力降低，含水量高时，结合水可转化为自由水并产生孔压，因此夯后土强度降低，随时间增加，孔压消散，结合水恢复，强度将增长，由于土在恢复阶段，因此不同测试手段对其结果的影响不同。
取样;由于早期取样，探井易缩井、塌井，危险性大;钻孔取样，易产生人为压密。且易产生缩孔夹钻事故。因此取样至少应在孔压峰值消散1~2周以后进行。一般为夯后20d，最好为夯后1个月，由图3-4-76（b）曲线221、231可见。二遍穷后40d及6个月不同时间测试干密度无明显差异。压缩系数、湿陷系数见图3-4-78，在主压实区与时间无关，而深层的次压实区（消弱区）随时间变化，完全稳定约需6个月。
动力触深∶图3-4-79为夯后早期的动力触探曲线，可见 5m 以下击数随深度急剧增长。与强夯加固效果矛盾，这是因触探振动使土缩孔、淤裹钻扦、摩擦力增大引起，故检测数据不可靠。
标准贯入试验∶由于钻孔，不易淤裹钻扦，数据尚可用，但应注意锤击对土的扰动。
旁压试验∶只要孔压消散，孔不回淤，测试数据可反映当时土层的实际情况。静力触探∶由于在探头直接测定数据，且为静压，对土扰动小，测试简便，数据连续可靠。
图3-4-80为实测静力触探曲线，测点位置见图3-4-76。由曲线可见，二遍夯后虽增加了夯击数，但短期由于土结构未恢复，曲线112与222差别不大，而二遍夯后半年测试的232孔则明显增长。可见时效对土强度的影响∶增长主要是9m以.上土的主压实区，9m以上差别不大。
（14）强夯机具
目前我国大吨位起重机械较少，若选用大吨位起重机械进行高能量强夯，势必造成处理地基的造价提高。从本次试验的机具可以看到高能量级强夯工已经开创出新局面。在山西化肥厂强夯施工过程中，国产 500kN履带式起重机，其它起重机的改装以及吨位较大的抱子都可用来进行6250kN·m以下的强夯施工。各单位都创造了许多施工经验;但是抱子用来进行强夯施工，就国内来说还是首次，由于它移动次数不能太频繁（移动次数多了影响强夯效率），所以在相同基底标高、强夯面积较大、尺寸范围比较规则的工程，利用抱子进行强夯主施工，其效率也是不低的。
（15）强夯经济效果
强夯法处理非饱和黄土地基，其特点是可以消除 12m 以内的湿陷性黄土的湿陷性（即δ。≤0.015），这是用其他方法处理地基所不可比拟的。用强夯法处理地基，施工机具比较简单，可节省钢材、木材、水泥等材料。如果采用桩基，则从经济效果比较，强夯法处理地基费用比桩基便宜2~4倍。