BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀在強夯施工監(jiān)測中的應(yīng)用

左正軒

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

1 概述

強夯法是由法國的Louis Menard 于20 世紀(jì)60年代首創(chuàng)的一種深層地基加固方法[1]。強夯法又稱動力固結(jié)法（Dynamic Consolidation Method）或動力壓實法（Dynamic Compaction Method）。它是用起重設(shè)備將重型夯錘（一般10t～40t）起吊到一定高度（10m～40m），再讓其自由下落，沖擊地面。利用其沖擊過程中產(chǎn)生的強大應(yīng)力波，使地基土中的孔隙體積壓縮，孔隙水壓力急劇上升。這一過程中，砂土?xí)植恳夯承酝猎诤稽c周圍產(chǎn)生輻射狀的鉛直裂縫，使孔隙水順利排出，從而可以提高地基土體的承載力，降低壓縮性，改善砂土的液化條件，還可消除濕陷性黃土的濕陷性等。

在強夯施工過程中，施工產(chǎn)生的強大應(yīng)力波會激發(fā)周圍土體的振動，從而對周邊建筑、儀器儀表、人體等造成損害。夯錘的動能除一部分摩擦生熱及產(chǎn)生聲波外，大部分動能將引起強烈的地面振動，地面振動達(dá)到一定數(shù)值時會對周圍人和環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，這種不利影響極大地限制了強夯法的推廣和應(yīng)用。

2 BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀

本次振動監(jiān)測設(shè)備采用加拿大Instance 的BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀與標(biāo)準(zhǔn)三向速度傳感器，BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀如圖1 所示，強夯振動監(jiān)測結(jié)果示例如圖2 所示。Instance 公司成立于1982年，自公司成立以來，在采礦、建筑和巖土工程市場已經(jīng)建立了“最優(yōu)級別振動監(jiān)測設(shè)備”。Instance 振動監(jiān)測儀的用戶遍及全球110 多個國家，具體應(yīng)用行業(yè)涉及采礦、工程爆破、拆除、強夯地基處理、樁基礎(chǔ)、地鐵、隧道、橋梁、石油管道、環(huán)境振動及噪聲等多個領(lǐng)域。

圖1 BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀

圖2 BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀強夯振動監(jiān)測結(jié)果示例

BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀的功能包括：常規(guī)爆炸監(jiān)視；接近現(xiàn)場的爆炸分析；打樁；建筑活動；拆除活動；重型運輸；橋梁監(jiān)視；結(jié)構(gòu)性分析；水下爆炸監(jiān)視；四通道或八通道數(shù)據(jù)獲取；遠(yuǎn)程監(jiān)視 - Auto Call HomeTM。

BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀具有以下特點：

⑴Histogram Combo 模式允許直方圖模式記錄的同時，還可以獲取全波形記錄；

⑵采樣率從每通道1024 到16384S/，最高可達(dá)65535S/s；

⑶可提供8 通道選擇，單臺BlastmateIII 監(jiān)測儀可連接兩只標(biāo)準(zhǔn)三向速度傳感器和兩只麥克風(fēng)；

⑷任意通道都可以和多種類型的傳感器匹配，如地震檢波器、加速度計或水聽器。

針對強夯試夯試驗的振動監(jiān)測需求，BlastmateIII型振動監(jiān)測儀的優(yōu)點在于：

⑴操作布置簡便，只需將土體表面清理平整即可布置，且監(jiān)測點位置可根據(jù)實際需求進(jìn)行調(diào)整；

⑵能夠準(zhǔn)確測量監(jiān)測點的三向速度、位移以及加速度，并在儀器顯示屏上顯示出實時結(jié)果；

⑶監(jiān)測點位置布置靈活可以移動，可進(jìn)行多條測線的振動監(jiān)測

⑷不需要標(biāo)定，簡化操作流程。

3 振動試驗概況

本文依附的工程為鄭州市瞪羚企業(yè)園地基處理試驗項目。由于場地東面有建設(shè)中的大樓，西邊有運營中的豪翔物流園，因此應(yīng)考慮強夯施工振動對周邊建筑的影響，必須采取相應(yīng)的隔振措施對周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行保護(hù)。

在試夯試驗時，采用BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀對強夯施工場地進(jìn)行三向振動監(jiān)測。

試驗的振動監(jiān)測測線如圖3 所示。

圖3 三向振動監(jiān)測測線布置

于2019 年5 月9 日至5 月11 日，在3000kN·m 能級強夯施工時采集三向振動的加速度、速度及位移。為了試驗儀器及人員的安全，強夯振動監(jiān)測的最小距離為15m，五個監(jiān)測點分別布置在距離振源距離15m、20m、25m、30m、35m 處。在不采用隔振措施的條件下，對3000kN·m 能級強夯夯擊引起的振動進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測得出的最大速度結(jié)果如表1 所示：

表1 不同距離的強夯振動三向最大速度

4 試驗結(jié)果

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB 6722－2011 中的規(guī)定，對于一般民用建筑物，主振頻率≤10Hz 時，安全允許質(zhì)點振動速度V 為1.5～2.0cm/s。

對于強夯施工，距離25m 范圍以內(nèi)的強夯振動最大速度均超過規(guī)范限值，不采取隔振措施下的30m 處最大速度也接近限值。初步估計，距離強夯施工場地30m 范圍內(nèi)有建筑時，必須采取隔振措施。綜上所述，在該場地3000kN·m 能級強夯施工時，安全距離應(yīng)確定為35m 以上，可供相似工程進(jìn)行參考。

相對于一般的面波監(jiān)測儀，BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀具有操作簡便、實時顯示結(jié)果、移動方便的優(yōu)點，可根據(jù)工程的需要移動監(jiān)測點，對不同的位置進(jìn)行振動監(jiān)測。在本次試夯試驗中，實現(xiàn)了采用一臺儀器對多個測線進(jìn)行監(jiān)測，充分利用了各個測點的每一次夯擊，從而得出對實際工程具有指導(dǎo)意義的結(jié)果。

此外，筆者在進(jìn)行BlastmateIII 型振動監(jiān)測儀進(jìn)行操作時，發(fā)現(xiàn)使用該儀器進(jìn)行振動監(jiān)測時，應(yīng)注意以下幾點：

⑴儀器對振動的響應(yīng)十分靈敏，現(xiàn)場如有其它行駛的大型機具或行人會導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)較大偏差；

⑵應(yīng)事先通過測量定好測點的位置，并進(jìn)行場地平整，以保證儀器的順利安放。

⑶進(jìn)行振動監(jiān)測時，如發(fā)現(xiàn)監(jiān)測得出的數(shù)據(jù)偏差過大，可不進(jìn)行保存，以免影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。