強夯振動影響的研究

杭的平，韓云山

(中北大學理學院，山西太原030051)

強夯法又稱動力固結法，是將重錘提升到一定的高度，讓重錘自由下落，重錘會對地基產生巨大的沖擊波，從而達到壓實地基的效果。然而強夯產生的巨大沖擊波會對周圍建筑物產生振動影響，有可能會破壞建筑物，尚軍雷等[1]分析了振動對鄰近建筑物的危害明顯，給出了幾種振動源對周圍建筑物的影響規律，并探討了有關因素對振動危害的影響及施工中應采取的相應減振措施。在實際工程中，通過設置隔振溝來減小強夯產生的振動影響，羅輝才等[2]通過對地基強夯施工中振動實測資料的分析，研究強夯振動對周圍建筑物的影響，并用振動速度在不同位置的變化對隔振溝的隔振效果進行了分析和評價。鄭水明等[3]通過分析工程實測數據得出隔振溝對強夯振動的水平徑向振動的速度峰值幅值隔振效果顯著，達到了80%。因此，本文研究強夯振動對周圍建筑物的影響及機理，并采取設置隔振溝的措施減小其影響，通過振動速度分析評價隔振溝的效果。

1 強夯振動影響機理

高填方地基在巨大夯擊能下，夯點中心基本都會迅速下沉(累積沉降量可達4～5 m左右)。夯錘對地基產生巨大的沖擊能量，并以波的形式傳遞到地基土體中，在該沖擊波作用下夯坑周圍的土體會產生隆起現象，地基土體從而發生很大的變形。地基土體產生的變形將會對夯點周圍的建筑物產生不利的影響。夯錘從一定的高度落下由重力勢能轉化為動能，一部分擴散了，一部分被地基土體所吸收進而以振動波的形式在地基半無限空間中傳播，使得地基土體的各個強度參數如c、φ值發生改變。波有體波和面波兩種，強夯所產生的振動波則以體波和面波的形式從夯點向外傳播。從而在地基中形成一個波場，作用在地基半無限空間中，其中體波又有縱波(亦稱壓縮波，P波)和橫波(亦稱剪切波，S波)之分，縱波在土體半無限空間中徑向地向外傳播，使土體產生拉壓作用，對于強夯產生的縱波一般對土體產生的是壓縮效果，增加了土體中的孔隙水壓力，破壞土體的內部結構。而隨之傳播到的橫波則會使土體顆粒間的間隙變小，達到更加密實的狀態。面波主要有瑞利波(R波)及洛浦波(L波)，面波攜帶的夯擊能局限在地表層附近區域內傳播，面波可使表層土體形成松弛區域[4]。因而面波對地基不產生壓實作用，但面波在傳播過程中對建筑物產生的振動較大。強夯施工中對夯點周圍建筑物產生的振動影響主要是強夯振動波中橫波，其對建筑物有一定的破壞性。

綜上所述，強夯產生的巨大沖擊能會使高填方地基產生下沉和隆起的變形，以振動波的形式向外傳播，橫波則對建筑物產生的是剪切破壞，引起高填方場地和夯點附近建筑物不同程度的損壞和破壞，因而需著重通過研究強夯振動水平振速的變化規律來評價強夯振動對周圍建筑物的影響。

2 強夯振動的安全距離

本文研究的強夯施工周圍的建筑物為工業和商業建筑物，強夯產生的振動頻率一般為30 Hz左右，根據《爆破安全規程》(GB 6722-2011)第6.2.2條該類型建筑物的允許安全振速為3.5～4.5 cm/s，選取6 000 kN·m夯擊能在有無隔振溝兩種情況下某夯點的水平振動速度進行分析，其實測數據參見表1。

表1 各測點的水平振速

通過表1可知，在不設置隔振溝時，6 000 kN·m夯擊能強夯振動的水平振速在30 m處降為19 mm/s左右，小于35 mm/s，即工業和商業建筑物的強夯安全距離是30 m，而在設置了隔振溝之后水平振速在距離夯點20 m處降到了22.44 mm/s，安全距離減小了10 m，說明隔振溝的減振效果明顯。

3 無隔振溝時強夯對建筑物的影響

通過對強夯振動速度及加速度的監測，了解強夯振動對周圍建筑物的影響，現場測試是用4 000 kN·m夯擊能進行夯擊，并在建筑物外以及在建筑物樓層內布置DH610速度傳感器采用DH5956動態測試儀通過速度傳感器進行測量，水平振速測量結果參見表2。

表2 無隔振溝時強夯水平振速

4 有隔振溝時強夯對建筑物的影響

為了能夠進一步減小強夯振動對建筑物的影響，在建筑物附近挖一條長20 m、寬2.5 m、深5 m的溝，隔振溝設置在距離夯點3 m和18 m兩測點之間，測點布置和無溝時一樣，采用4 000 kN·m夯擊能進行夯擊測試，測得的水平振速結果參見表3。

表3 設置隔振溝時強夯水平振速

分析表2、表3可知：設置隔振溝時，溝兩邊測點的水平振速的衰減比較大，衰減幅度在75%左右，而建筑物樓層內測點的水平振速相比無溝時都有一定程度的衰減，而且所測得水平振速在安全要求范圍內，某些點的衰減幅度較小，是由于隔振溝是在一定范圍內才能有明顯的減振效果，衰減不明顯的點距離夯點的距離已經超出了強夯施工的安全距離。

5 結論

(1)依據《爆破安全規程》對于工業和商業建筑物，6 000 kN·m夯擊能強夯振動的安全距離為30 m；

(2)隔振溝的設置對強夯引起的地面質點振動有較為明顯的隔振效果；

(3)對比有無設置隔振溝兩種情況，隔振溝對強夯振動的水平速度的衰減幅度達到75%左右。

[1] 尚軍雷,徐風,王韶光.施工振動對鄰近建筑的危害[J].防災技術高等?？茖W校學報,2006,8(2)

[2] 羅輝才，王喜遷.強夯振動測試及隔振溝減振效果實例分析[J].云南地質,2011,30(4)：471-475

[3] 鄭水明,姚運生,曾心傳.工程場地隔振溝減震效應[J].爆破,2008,25(3)

[4] 林宗元.巖土工程治理手冊[M].遼寧科學技術出版社,1993