強(qiáng)夯處理地基時(shí)強(qiáng)夯振動的測試研究

馮建斌

0 引言

我國是一個(gè)多山的國家，隨著在山區(qū)填土地基上的建設(shè)工程越來越多，強(qiáng)夯法在山區(qū)填土地基處理工程中的應(yīng)用也越來越多，由于一些大型建設(shè)工程要求地基加固處理的深度大，承載力要求高，故強(qiáng)夯逐步向高能級的方向發(fā)展，勢必對周圍的一些建(構(gòu))筑物造成振動破壞，因此，如何經(jīng)濟(jì)有效地做好山區(qū)填土地基的處理工作，又對周圍的建(構(gòu))筑物不至于造成破壞，研究強(qiáng)夯的振動影響將是一個(gè)非常有價(jià)值的研究課題。

1 強(qiáng)夯法處理地基的特點(diǎn)

強(qiáng)夯法是 20世紀(jì) 60年代末、70年代初首先在法國發(fā)展起來的，它一般是用重量為100 kN～400 kN的重錘，落距6m～40m的沖擊振動地基，使地基土壓密和振密，以加固地基土，達(dá)到提高強(qiáng)度降低壓縮性的目的。1971年，法國人L.梅納(Menard)正式將該加固地基方法定名為“動力固結(jié)法”。

強(qiáng)夯法處理地基開始時(shí)多用于處理粗粒土地基，后來由于施工方法的改進(jìn)，逐步推廣應(yīng)用于細(xì)粒土地基。我國現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定:強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，對高飽和度的粉土和粘性土等地基，多采用在夯坑內(nèi)回填塊石，碎石、礦渣、建筑垃圾等堅(jiān)硬粗粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯置換時(shí)，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性。

強(qiáng)夯法由于具有加固效果顯著、適用土類廣泛、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞動力、施工周期短、不耗貴重材料甚至不耗材料、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，成為我國地基處理的一項(xiàng)重要技術(shù)。

強(qiáng)夯法處理地基的缺點(diǎn)是振動和噪聲大，這也決定了強(qiáng)夯在離城市較遠(yuǎn)的山區(qū)填土地基中的應(yīng)用越來越廣泛。我國規(guī)范規(guī)定:當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動對鄰近建(構(gòu))筑物或設(shè)備會產(chǎn)生有害的影響時(shí)，應(yīng)設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。因此對于強(qiáng)夯振動影響的測試研究是十分重要的。

2 強(qiáng)夯振動影響的測試方法、原理及危害判別標(biāo)準(zhǔn)

2.1 強(qiáng)夯時(shí)的振動影響

強(qiáng)夯的巨大沖擊能可使夯擊區(qū)附近的場地下沉或隆起，并以沖擊波向外傳播，使鄰近的場地振動，從而使建筑物振動，危害建筑物及人們的身心健康。

強(qiáng)夯振動的特征:強(qiáng)夯為一點(diǎn)振源，兩擊間隔幾分鐘，為一自由振動，與地震影響不同，因此危害也不同，一般認(rèn)為強(qiáng)夯振動對建筑物的危害與爆破相當(dāng)。

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強(qiáng)夯時(shí)地面振動的影響隨能級的不同而變化，在同一土質(zhì)的場地上振動危害隨能級的增大而加強(qiáng)。

強(qiáng)夯時(shí)地面振動的周期隨著土質(zhì)不同而變化，土質(zhì)松軟則長，堅(jiān)硬則短。

強(qiáng)夯時(shí)隨夯擊遍數(shù)增加，場地得到加固，振動振幅加大。

強(qiáng)夯的振動速度隨著夯點(diǎn)距離增大急劇衰減。

2.2 強(qiáng)夯振動的測試方法、原理

強(qiáng)夯振動采用的儀器為振動測試儀和高靈敏度寬頻帶速度傳感器。

測試前，將一對高靈敏度傳感器中的一個(gè)傳感器垂直方向埋入測試點(diǎn)，另一個(gè)傳感器水平方向埋入測點(diǎn)，連接到測試儀，打開測試儀，檢查正常后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)強(qiáng)夯錘自由落下后，產(chǎn)生振動信號，被傳感器接收并被儀器采集記錄，通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，得到水平徑向、垂直的位移振幅、振動速度、振動加速度、振動頻率。

2.3 強(qiáng)夯振動的危害判別標(biāo)準(zhǔn)

強(qiáng)夯振動對建筑物的危害與爆破相似，危害判別標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在很不統(tǒng)一，表1為GB 6722-86爆破安全規(guī)程對某些建(構(gòu))筑物的允許質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度表，表 2為SL 47-94水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖施工技術(shù)規(guī)范新澆筑大體積混凝土面上的安全質(zhì)點(diǎn)振動速度值表。

表1 《爆破安全規(guī)程》對某些建(構(gòu))筑物的允許質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度

表2 《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖施工技術(shù)規(guī)范》新澆筑大體積混凝土面上的安全質(zhì)點(diǎn)振動速度值

3 工程實(shí)例

3.1 工程地質(zhì)概況

本工程為大型火力發(fā)電廠，建設(shè)場地為填方區(qū)，原始地形地貌為沖溝等低洼地帶，土石方回填前場地內(nèi)主要為魚塘、水田、山腳旱地，最大回填深度為 28.10m，為典型的深挖高填山區(qū)地基。

場地內(nèi)的地層巖性主要包括:人工填土、第四系沖洪積層、第四系殘坡積層、中寒武世高臺組白云巖等。

①人工填土主要為碎石素填土，為破碎巖塊及少量粘性土組成的碎石土，碎石成分為白云巖及灰?guī)r，碎石含量約為55%，土體中存在大孔隙。

②第四系沖洪積層主要為粘土，液限大于 50，孔隙比大于 1，為次生紅粘土。

③第四系殘坡積層主要為粘土，液限大于 50，孔隙比大于 1，為紅粘土。

④中寒武世高臺組全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化白云巖層。

地基處理主要是針對人工填土層進(jìn)行，強(qiáng)夯能級采用4 000 kN?m，6 000 kN?m與8 000 kN?m三種。

3.2 測試概況

試驗(yàn)區(qū)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行場地準(zhǔn)備，選擇夯點(diǎn)，確定測試間距，埋設(shè)傳感器，進(jìn)行單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)，在夯擊過程中進(jìn)行振動測試。

3.2.1 測試儀器

本次測試采用的測試儀器為中國科學(xué)院武漢巖土研究所生產(chǎn)的FDP204PDA-IP掌上測試儀和KS-4B高靈敏度寬頻帶速度傳感器及其他輔助設(shè)備。

3.2.2 振動測試點(diǎn)的布置

4 000 kN?m試區(qū):測試點(diǎn)距夯點(diǎn)中心5m～205m，共17個(gè)點(diǎn)。

6 000 kN?m試區(qū):測試點(diǎn)距夯點(diǎn)中心10m～200m，共15個(gè)點(diǎn)。

8 000 kN?m試區(qū):測試點(diǎn)距夯點(diǎn)中心10m～235m，共17個(gè)點(diǎn)。

3.2.3 測試結(jié)果

4 000 kN?m試區(qū):最近測試距離為5m，5m處的最大位移為0.27mm、最大速度為5.2 cm/s、最大加速度為10.07g，在205m處最大垂向速度振幅低于 0.15mm/s，最大徑向速度振幅低于0.005mm/s。距夯點(diǎn)25m處，最大垂向速度振幅低于10.0mm/s，最大徑向速度振幅低于0.4mm/s。

6 000 kN?m試區(qū):最近測試距離為10 m，10m處的最大位移為0.2mm、最大速度為6.6 cm/s、最大加速度為22.8g，在200m處最大垂向速度振幅約 0.1 mm/s，最大徑向速度振幅低于0.01mm/s。距夯點(diǎn)45m處，最大垂向速度振幅低于5.0mm/s，最大徑向速度振幅約0.5mm/s。

8 000 kN?m試區(qū):最近測試距離為10m，10m處的最大位移為1.8mm、最大速度為13.7 cm/s、最大加速度為11.0g，在235m處最大垂向速度振幅低于 1.0 mm/s，最大徑向速度振幅低于0.3mm/s。距夯點(diǎn)100m處，最大垂向速度振幅低于5.0mm/s，最大徑向速度振幅約1.0mm/s。

4 000 kN?m試區(qū):強(qiáng)夯振動對周圍建筑影響的最小安全距離為25.0m;

6 000 kN?m試區(qū):強(qiáng)夯振動對周圍建筑影響的最小安全距離為45.0m;

8 000 kN?m試區(qū):強(qiáng)夯振動對周圍建筑影響的最小安全距離為50.0m。

4 結(jié)語

1)強(qiáng)夯法由于其施工速度快，工藝簡單，價(jià)格便宜，施工質(zhì)量有保證等優(yōu)點(diǎn)，因此在山區(qū)填土地基處理中得到越來越多的應(yīng)用。

2)對于強(qiáng)夯振動影響的危害研究有利于解決因本施工方法自身的缺點(diǎn)而造成的局限性，對于該方法進(jìn)一步的推廣應(yīng)用非常重要。

3)振動測試為我們解決振動影響的危害提供了一種科學(xué)依據(jù)，應(yīng)加強(qiáng)在試夯時(shí)對振動的監(jiān)測試驗(yàn)，從而有利于采取正確可行的隔振防振措施。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 6722-86，爆破安全規(guī)程[S].

[3] SL 47-94，水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖施工技術(shù)規(guī)范[S].