填土地基強夯施工地面振動監測

王志楠，何小飛，沈錦儒

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 210036)

1 概述

AQ500 kV變電站站區地質條件尚好，但部分地段水塘面積達3400 m2，填土厚度較大。對填土場地必須進行地基處理。

經方案比較和專家評審決定采用分層碾壓和強夯相結合的方案。在工程實施前選擇了220 kV配電裝置區的一角場地進行試夯。以獲取必要的設計、施工參數，同時對強夯沖擊波引起不同距離的地面振幅、速度和加速度等重要參數進行必要的監測和研究，評估其對環境的影響。

2 巖土工程條件與試夯工程

2.1 強夯區巖土工程條件

(1)場地設計高程為25.85 m，強夯區填土厚度為4～6.5 m。

(2)強夯區原狀土為③層粉質粘土、④層粉質粘土、⑤1層細砂巖、⑥1層泥巖。

(3)強夯區填土前將表層耕土和塘底軟土清除干凈后，分層填土。當填土達到標高后，用壓路機對土體表層進行碾壓，以使表層密實，防止雨水下滲。填土面標高需形成排水坡度，在強夯區南、北兩側各挖一條排水溝，將地表水引流至西側低洼的水塘內。填土的土源盡量選擇透水性好的土，如表層開挖的全風化細砂巖及泥巖或爆破的石料(粒徑控制在300 mm以內)，摻合挖方區的粉質粘土或粉煤灰，粉粒以下的含量宜小于10%。

2.2 試夯工程

2.2.1 試夯區的選擇

AQ500 kV變電站的強夯區位于站區的西南角(圖1)，強夯區內的水塘，為強夯處理厚度最大處，試夯區就選在該水塘處。強夯場地鄰近的建筑物為居民民房，主要為2層樓房，少量為土坯房，強夯區邊界距最近的民房約130 m。

圖1 強夯區、試夯區的平面位置圖

2.2.2 試夯設計與施工

強夯需處理的土層厚度≤6.5 m，根據DL/T5024－2005式(8.1.4)估算，當影響系數α=0.6時，需要的夯擊能量為1174 kJ，設計采用的強夯參數見表1。

表1 強夯參數

3 地面振動監測

3.1 振動監測設備及方法

(1)儀器設備

主要的儀器設備見表2。傳感器有2類分別為垂直向、水平向(徑向和環向)。整套測振設備在試驗前均要進行標定，并以標定的數值進行計算。

表2 主要監測設備

(2)測點的安置與測試方法

測振點不應設在松軟的地層上，每測點處打一根長50 cm、 截面為10 cm×10 cm的木樁，拾振器就固定安裝在木樁頂端。拾振器放置方向應根據需要而定，測鉛垂向的振動就垂直放置，測水平向振動的就水平放置。當夯錘提起后，儀器進入采集狀態，采集時間設置為15 s。強夯振動全過程可以被記錄下來。每夯擊一次作為一個文件儲存。

強夯試驗時對地面振動的監測應遵循的國家規范是：國家標準GB10071－88《城市區域環境振動測量方法》。

3.2 監測點的布置與分組

本次強夯振動監測的重點是變電站周邊房屋所在地的振動。同時也對夯擊點附近的振動情況進行監測。監測點共計布置了6處(圖2)。夯點1～3在強夯試驗場地內，監測點A在1～3號夯點附近，監測點4在變電站北墻外的2層房屋南墻外0.5 m處，監測點5在變電站圍墻西側的1層臨建南墻外0.5 m處。

圖2 試夯時測點布置圖

夯點1～3與測點A配合為3組監測項目，列為第1～3組。夯點1～3與監測點4、5配合共計完成6組監測項目。由于測點4、5與夯點1～3的距離相差不大，故按夯點1～3的平均距離考慮，列為第4組、第5組分析。各組測點與強夯點的距離按坐標值計算結果見表3。

表3 各組監測點與夯點間的距離

3.3 強夯振動監測的成果

強夯振動監測的成果見表4、表5。

表4 鉛垂向振動成果

表5 水平向振動成果

由表4、5中可以看出，振動加速度a在夯擊點的附近是鉛垂向為最大，水平徑向次之，水平環向最小；在離夯擊點24 m以外時，經過衰減后，則以水平徑向為最大，鉛垂向次之，水平環向依然最小；當監測點在200 m以外的遠處，強夯引起的地面振動已衰減得十分微弱。

圖3表示100 m內監測點3個方向的地面振動加速度a隨距離r變化的曲線圖。從圖中可見3條曲線互有交叉，顯示了它們的數值大小發生多次變化的情況。

圖3 三個方向地面振動加速度a隨距離r變化曲線圖

圖4 三個方向地面振動位移d隨距離r變化曲線圖

圖4表示100 m內監測點3個方向的地面振動位移d隨距離r變化的曲線圖。圖中水平環向的位移曲線始終在上面，鉛垂向的位移曲線在最下方。顯示了水平環向的地面振動位移總是大于另外兩個方向，而鉛垂向的地面振動位移始終是最小的。

4 振動監測成果的環境安全評估

4.1 強夯振動監測成果的整理

現將水平向合成的振動加速度a、三向合成的振動速度v、三向合成的振動位移d及鉛垂向的振動加速度級VAL見表6。

表6 整理后的振動監測成果

4.2 安全評估

4.2.1 對振動速度的安全評估

將實測各組振動速度三向合成的數據及其擬合曲線示于圖5。由擬合曲線可見振源近處衰減很快，遠處衰減很慢。圖中擬合曲線的方程式為：

圖5 三向合成的地面振動速度v與離夯點距離r關系曲線圖

由式(1)可知，地面振動速度v由兩部分組成，一部分以r－2.16的形式傳播，直至遠處，另一部分以e－0.2r的形式傳播，傳到60 m處已趨消失。由計算數據可知振源附近15 m范圍以前，式(1)中兩部分的比例約為10∶6，以遠則前者的比例逐漸增大，直至60 m處變為10∶ 0.01。

將實測值與方程(1)的計算值見表7，可見兩者較接近。

表7 各組三向合成的速度v及擬合曲線的計算值

一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物安全允許振動速度v(cm/s)如下：

“＜10 Hz，2.0～2.5；10～50 Hz，2.3～2.8，50～ 100 Hz，2.7～3.0”。

從表7可見r=24.52 m處的地面振動速度已經在安全允許標準以下了。

4.2.2 對鉛垂向Z振級的安全評估

對照國家標準GB10070－88規定的城市各類區域鉛垂向的Z振級標準值。本工程屬于居民、文教區，其鉛垂向的Z振級標準值為：晝間70 dB，夜間67 dB。

距離夯擊點24.5 m處監測到的鉛垂向的Z振級VAL為95.2 dB，高于安全允許標準值70 dB。距離夯擊點213.28 m監測到鉛垂向的Z振級VAL為59.7 dB，低于安全允許標準值。從24.5 ～213.28 m，究竟距離r為何值時才能達到安全標準呢？

將各組實測的鉛錘向Z振級VAL數據與擬合曲線繪于圖6。圖6中擬合曲線的方程式為：

圖6 鉛錘向Z振級VAL與離夯點距離r關系曲線圖

擬合曲線是以對數曲線的形式衰減，近處衰減略快，遠處衰減略慢。在半對數坐標系內呈直線狀。將實測值與方程(2)的計算值列于表8，兩者比較接近。

表8 鉛錘向Z振級VAL實測值及擬合曲線的計算值

上表顯示：當距夯擊點125.0 m時，VAL=66.4 dB，低于國家規范規定的標準值，而居民點離強夯施工區的邊緣在125 m以上，可見本工程強夯施工時振動加速度鉛錘向Z振級都能控制在國家規定的允許值以下。

4.2.3 對地面振動加速度a的安全評估

“當有自由場地強震動記錄時，水平向地震動峰值加速度可作為綜合評定地震烈度的參考指標”。

從表6中的數據可以看出，距離振源24.52 m處，水平地面運動峰值加速度a為0.58 m/s2，相當于0.06 g，對應于《中國地震烈度表》中的烈度為Ⅵ度。根據圖3推算，距離振源125 m處的地面運動峰值加速度a約為0.07 m/s2，表6顯示的地面振動速度v =0.037 cm/s，所以當r =125 m時，強夯所引起的水平地面運動微弱。

4.2.4 對地面振動位移d的安全評估

從圖4中可見，3個方向的地面振動位移d隨離夯點的距離r的增大均急劇地衰減，當r達到50 m時，3條曲線幾乎都與橫坐標接近了。表6中的三向合成的位移值，當r =24.52 m和213.28 m時，位移值d分別為0.60 mm和0.004 mm。經推算，當r =125 m時，d＜0.1 mm，此振幅值除對精密儀器設備有一定影響外，對一般建筑物不會造成損壞。可見本工程強夯施工引起的地面振動，不會造成周邊民居和臨建發生損壞。

4.3 振動影響場地的分區

根據本次實測數據和擬合曲線，參考有關國內外資料，以振動加速度作為判據，按建(構)筑物破壞標準或人體對振動的允許標準，可將振動影響場地劃分為4區。

(1)振動破壞區：離夯點小于15 m。該區域內土體振動加速度大于4.0 m/s2，速度大于5 cm/s，振幅大于1.0 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值大于100 dB。振動將對該區域內一般建筑物造成破壞。

(2)振動損壞區：離夯點15～30 m。該區域內土體振動加速度為0.2～4.0 m/s2，速度為1～5 cm/s，振幅0.4～2.6 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值為90～100 dB。振動將對該區域內一般建筑物造成一定程度損壞。

(3)相對安全區：離夯點30～125 m。該區域內土體振動加速度小于0.2 m/s2，速度小于1 cm/s，振幅小于0.4 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值大于67 dB，未達標。振動對該區域內除精密儀器設備有一定影響和使部分居民感到煩躁外，對一般建筑物不會造成損壞。

(4) 安全區：離夯點125 m以外。r=125 m處的振動加速度已小于0.1 m/s2，振動速度小于0.11 cm/s，振幅小于0.1 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值為66.4 dB，各項指標均達標，振動對該區域內的一切都沒有不安全的影響。

5 結語

(1)距夯擊點24.52 m處監測到的地面振動速度僅13.8 mm/s，已小于國家規定的允許值，距夯擊點125 m處的地面振動速度的推算值為0.37 mm/s，遠小于國家規定的允許值。

(2)距夯擊點24.52 m處的地面水平加速度值為0.58 m/s2，相當于我國地震烈度表中的Ⅵ度，距離夯擊點125 m處的地面水平加速度值為0.07 m/s2，強夯引起的水平地面運動微弱。

(3)距夯擊點125 m處的振動加速度Z振級值為66.4 dB，其余評估指標均小于國家規定的允許值。

(4)本工程強夯施工期間，距離夯點15 m以內屬振動破壞區；15～30 m間的區域是振動損壞區；30～125 m間為相對安全區；125 m以遠為安全區。變電站圍墻外的房屋均在安全區內，強夯施工對它們不會產生任何影響。

[1]地基處理手冊編寫委員會．地基處理手冊(第二版)[M]．北京：中國建筑工業出版社，2000．

[2]DL/T5024－2005，電力工程地基處理技術規程[S]．

[3]監測組．AQ500kV變電站強夯振動環境影響評估報告[R]．南京：南京安正軟件工程有限責任公司，2009．

[4]GB10070－88，城市區域環境振動標準[S]．

[5]GB10071－88，城市區域環境振動測量方法[S]．

[6]GB6722－2003，爆破安全規程[S]．

[7]GB/T17742－2008，中國地震烈度表[S]．

[8]胡鈞，李昊．強夯振動監測與分析[J]．工程勘察，2000，(6)．