強(qiáng)夯振動監(jiān)測在包頭市某工廠工程中的應(yīng)用

何國全

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

強(qiáng)夯振動監(jiān)測在包頭市某工廠工程中的應(yīng)用

何國全

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

SWS-3地震儀對包頭市某工廠天然地基試夯進(jìn)行監(jiān)測，分析試夯過程中地面振動測試速度，得到了該場地天然地基試夯施工時(shí)速度衰減及傳播特點(diǎn)，評估隔震溝的減震作用及強(qiáng)夯對周邊建筑物的影響。為后繼強(qiáng)夯工作的設(shè)計(jì)、監(jiān)測和檢測提供依據(jù)。

強(qiáng)夯法；振動速度；衰減

強(qiáng)夯法處理地基首創(chuàng)于20世紀(jì)60年代的法國Menard公司，因具有效果顯著、施工方便、節(jié)省材料、工期短等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。本方法是將夯錘（一般重80～400kN）從一定高度（6～40m）自由落下，對地基產(chǎn)生強(qiáng)大能量而改善土體物理力學(xué)性質(zhì)，從而改良地基的工程性質(zhì)。在城鎮(zhèn)建設(shè)中采用強(qiáng)夯法處理地基時(shí)，首先要考慮強(qiáng)夯引起的振動對相鄰建筑物的影響問題。為評價(jià)強(qiáng)夯振動對周圍建筑物的影響及可能產(chǎn)生的危害程度，在強(qiáng)夯施工過程中進(jìn)行振動監(jiān)測是必要的。研究強(qiáng)夯引起的振動規(guī)律及強(qiáng)夯引起的振動對建筑物的影響，從而采取減少振動影響的措施，為強(qiáng)夯設(shè)計(jì)和隔振設(shè)計(jì)提供依據(jù)，使強(qiáng)夯法施工更具適用性和安全性。

1 概述

該項(xiàng)目位于包頭市某工廠院內(nèi)，地形平坦，交通便利，因該場地天然地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)需求，故設(shè)計(jì)擬對該建筑物區(qū)域范圍內(nèi)地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，由于強(qiáng)夯作業(yè)對附近廠房可能產(chǎn)生難以預(yù)料的影響，建設(shè)單位和施工單位決定對強(qiáng)夯試夯引起的振動進(jìn)行測試，目的是了解試夯對周邊建筑物的影響及最大安全距離，為強(qiáng)夯設(shè)計(jì)和隔振設(shè)計(jì)提供依據(jù)，使強(qiáng)夯法施工具有更適用性和安全性。

擬定強(qiáng)夯區(qū)在工廠內(nèi)，其西南、西北隔一廠區(qū)柏油路為廠房，北面隔一水泥路面為廠房，東面為圍墻，圍墻外為空地，該區(qū)內(nèi)三處廠房在試夯期間設(shè)備均停止工作。初步選定3個區(qū)域進(jìn)行試夯，1、2號試坑?xùn)|面有大量廢棄物，無法進(jìn)行監(jiān)測剖面布設(shè)，具體布設(shè)如圖1，區(qū)域大小均為12m×12m。

圖1 振動測試工作布置示意圖

2 強(qiáng)夯試夯施工工藝

試坑大小及減震溝位置均由業(yè)主設(shè)計(jì)，現(xiàn)場正式采集數(shù)據(jù)前，先在1號試坑根據(jù)場地情況進(jìn)行偏移距、道間距及不同頻率檢波器等各種組合進(jìn)行現(xiàn)場測試，根據(jù)測試結(jié)果，結(jié)合場地情況最終選擇的測試參數(shù)設(shè)置如表1。

表1 強(qiáng)夯振動測試參數(shù)

強(qiáng)夯能級分別為3100kN·m （錘重155kN，落距20m采用圓形鑄鐵， 直徑2.6m）、2500kN·m （錘重275kN，落距9.2m采用圓形鑄鐵，直徑2.6m）、1700kN·m（錘重155kN，落距11m采用圓形鑄鐵，直徑2.6m）。使用自行改裝的杭重W200A型履帶式起重機(jī)，臂桿高度加長至29.2m，門架高度可加長至30.5m，自動脫鉤。

3 振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

3.1 試夯監(jiān)測設(shè)備

測試系統(tǒng)由高靈敏度傳感器、傳輸線、信號采集系統(tǒng)及主機(jī)組成。數(shù)據(jù)采集主機(jī)為北京市水電物探研究所生產(chǎn)的SWS-3地震勘探檢測儀及其配套大線、檢波器等。工作前對主機(jī)、采樣率、道間一致性、噪聲檢測等進(jìn)行自檢，對檢波器的靈敏度進(jìn)行標(biāo)定。對現(xiàn)場測試的工作量及使用參數(shù)如表1及圖1所示。為了最大限度接收到強(qiáng)夯振動信號，多個接收點(diǎn)形成的排列與夯源在一條線上，這種情況下接收的信號幅度最大，是受影響最大狀態(tài)下的測試。剖面布置方向及位置如圖1。

3.2 強(qiáng)夯施工概況及監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

本次試夯在3個試坑中進(jìn)行，共布設(shè)了10個監(jiān)測剖面，除了序號1剖面道間距為4m外，其余剖面的道間距均為5m，偏移距則根據(jù)場地實(shí)際情況選擇了12～20m，監(jiān)測點(diǎn)距夯源最大距離為59～85m。監(jiān)測前先進(jìn)行場地現(xiàn)場噪音和振動情況收集，以便排除干擾波的影響。

試夯監(jiān)測前先檢波器按剖面布設(shè)在相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)位置上，將設(shè)備系統(tǒng)連接調(diào)好，夯擊引起的振動由試夯點(diǎn)經(jīng)過傳播介質(zhì)傳輸?shù)降孛妫瑱z波器器監(jiān)測到振動信號后，將其轉(zhuǎn)換成電信號送入數(shù)據(jù)采集器中完成放大、采集等一系列工作，如圖2。

圖2 振動監(jiān)測系統(tǒng)

3.3 夯擊數(shù)據(jù)處理及計(jì)算結(jié)果

在3個試驗(yàn)夯區(qū)現(xiàn)場進(jìn)行測試、資料整理和計(jì)算，分析該區(qū)強(qiáng)夯地震效應(yīng)，判斷減震溝在強(qiáng)夯地震波傳播過程中的作用。

下面以本次監(jiān)測有代表性的3號試坑南振動測試數(shù)據(jù)來說明數(shù)據(jù)處理及計(jì)算結(jié)果。采集所得振動測試原始記錄，通過轉(zhuǎn)換所得振動記錄如圖3。

圖3 實(shí)測3號試坑南通過轉(zhuǎn)換所得振動記錄

對現(xiàn)場測試原始數(shù)據(jù)通過格式轉(zhuǎn)化軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，再用脈動測試軟件GeoPulsate1.0版專用軟件對經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋處理，對監(jiān)測點(diǎn)的接收信號進(jìn)行頻譜分析、進(jìn)行數(shù)字濾波處理濾除干擾信號，并根據(jù)所接收的波動信號波形特征、頻率、時(shí)窗長度，由該軟件計(jì)算出測試點(diǎn)處的振動速度峰值（mm/s）、加速度（cm/s2）、位移等，通過計(jì)算得強(qiáng)夯振動速度與距離的衰減關(guān)系，如表2。

表2 強(qiáng)夯振動速度與距離的衰減關(guān)系（3號試夯坑南夯錘重155kN、夯高11m）

以表2為基礎(chǔ)繪制了振動速度峰值距離的衰減關(guān)系，如圖4。

圖4 振動速度峰值與距離的衰減關(guān)系

經(jīng)統(tǒng)計(jì)全區(qū)監(jiān)測振動速度峰值最大數(shù)值為14.5162mm/s，最小為1.2136mm/s，變化范圍為1.2525～14.5162mm/s；加速度最大值98.9966cm/s2，最小為7.345cm/s2。

3.4 監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)所測振動速度峰值隨測點(diǎn)離開夯源距離變化曲線規(guī)律，絕大多數(shù)振動速度峰值逐漸減小；減震溝，對夯擊能量有一定的阻擋作用，表現(xiàn)在1號試夯坑北測點(diǎn)，減震溝在6、7號測點(diǎn)之間；1號試夯坑南測點(diǎn)，減震溝在11、12號測點(diǎn)之間；2號試夯坑北測點(diǎn)，減震溝在1、2號測點(diǎn)之間；3號試夯坑南測點(diǎn)，減震溝在1、2號測點(diǎn)之間；溝前速度峰值均大于溝后值，但峰值減小絕對值并不很大。

1號試夯坑南、北測點(diǎn)，夯擊能（kN·m）不同所得速度峰值變化不同，錘重、夯高低，速度峰值變化較大，由近及遠(yuǎn)分別為：13.7987～3.9897mm/s、12.6428～4.4631mm/s；錘較輕、夯高較高，速度峰值變化較小，由 近 及 遠(yuǎn) 分 別 為 ：13.2615～7.3314mm/s、14.0212～8.2047mm/s。

3號試夯坑?xùn)|測點(diǎn)，場地平坦，無干擾，所得速度峰值較小為：2.6816～1.1236mm/s，振動速度峰值衰減曲線隨遠(yuǎn)離震源沒有突變點(diǎn)，衰減曲線變化平緩。

2號試夯坑西測點(diǎn)，因受場地限制，所有測點(diǎn)均設(shè)柏油路以西廠房內(nèi)，檢波器用石膏偶合，所得速度峰值范圍為：7.2681～1.4987mm/s。

其他測點(diǎn)振動速度峰值衰減曲線隨遠(yuǎn)離震源有突變點(diǎn)，衰減曲線局部存在起伏跳躍，可能是人為振動干擾，如人員在接收點(diǎn)附近來回走動或聲波干擾，都將導(dǎo)致某些受干擾點(diǎn)振動速度峰值加大。

3.5 監(jiān)測結(jié)論

根據(jù)GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》，度量爆破振動效應(yīng)對建構(gòu)筑物安全的影響時(shí)，采用振動速度作控制量，并對各類建筑物的安全振動速度值作出了明確規(guī)定，如表3。

表3 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)

本區(qū)建筑物為一般磚房、非抗振的大型砌塊建筑物，夯源引起的振動信號的頻率較低（現(xiàn)場監(jiān)測為7～12Hz），現(xiàn)場測試得到的振動速度峰值均小于20mm/s，小于容許振動速度。

綜上所述，本次所測數(shù)據(jù)均小于GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》中建筑物可能損傷的安全振動速度峰值20mm/s，并且所測數(shù)據(jù)隨遠(yuǎn)離夯源逐漸減小，3種強(qiáng)夯能級不同的強(qiáng)夯引起的振動影響均較小，因此本次地基處理施工不會對測點(diǎn)處建筑物造成損傷，不會危及建筑物的安全性。

4 結(jié)語

（1）強(qiáng)夯試驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動監(jiān)測，得出振動速度峰值與距離的衰減關(guān)系，以判斷其對周圍建筑物的影響，也可為工程抗震和隔震設(shè)計(jì)提供最大振速、震動主頻等基本數(shù)據(jù)。

（2）強(qiáng)夯振動影響評價(jià)，應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目具體分析，與建筑場地類型、周邊地物抗震設(shè)防等級、場地地層巖性及均勻性和強(qiáng)夯施工工藝等有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

［1］編寫委員會.地基處理手冊（第三版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］GB6722—2014，爆破安全規(guī)程［S］.

［3］GB50269—97，地基動力特性測試規(guī)范［S］.

［4］中國水利電力物探科技信息網(wǎng).工程物探手冊［K］.北京：中國水利水電出版，2011.

Application of dynamic consolidation vibration monitoring in a factory in Baotou City

HE Guo-quan
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

Through the trial ramming monitoring of natural foundation of a factory in Baotou city， analyzing the vibration testing speed of the ground during trial ramming，we obtained speed attenuation and propagation characteristics of the natural foundation of the site and assessed the cushioning effect of trench isolation，the influence of dynamic consolidation on surrounding buildings.To provide a basis for the design，monitoring and testing for the subsequent dynamic compaction work.

dynamic compaction； vibration speed； attenuation

TV223

B

1672-9900（2015）06-0081-04

2015-09-01

何國全（1971-），男（漢族），貴州安順人，高級工程師，主要從事水利水電工程物探應(yīng)用及工程檢測工作，（Tel）13502125518。