BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀在強(qiáng)夯施工監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

左正軒

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

1 概述

強(qiáng)夯法是由法國(guó)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(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法（Dynamic Consolidation Method）或動(dòng)力壓實(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)夯施工過程中，施工產(chǎn)生的強(qiáng)大應(yīng)力波會(huì)激發(fā)周圍土體的振動(dòng)，從而對(duì)周邊建筑、儀器儀表、人體等造成損害。夯錘的動(dòng)能除一部分摩擦生熱及產(chǎn)生聲波外，大部分動(dòng)能將引起強(qiáng)烈的地面振動(dòng)，地面振動(dòng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)會(huì)對(duì)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(qiáng)夯法的推廣和應(yīng)用。

2 BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀

本次振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采用加拿大Instance 的BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀與標(biāo)準(zhǔn)三向速度傳感器，BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀如圖1 所示，強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)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(chǎng)已經(jīng)建立了“最優(yōu)級(jí)別振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備”。Instance 振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的用戶遍及全球110 多個(gè)國(guó)家，具體應(yīng)用行業(yè)涉及采礦、工程爆破、拆除、強(qiáng)夯地基處理、樁基礎(chǔ)、地鐵、隧道、橋梁、石油管道、環(huán)境振動(dòng)及噪聲等多個(gè)領(lǐng)域。

圖1 BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀

圖2 BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果示例

BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的功能包括：常規(guī)爆炸監(jiān)視；接近現(xiàn)場(chǎng)的爆炸分析；打樁；建筑活動(dòng)；拆除活動(dòng)；重型運(yùn)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(dòng)監(jiān)測(cè)儀具有以下特點(diǎn)：

⑴Histogram Combo 模式允許直方圖模式記錄的同時(shí)，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(tái)BlastmateIII 監(jiān)測(cè)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(jì)或水聽器。

針對(duì)強(qiáng)夯試夯試驗(yàn)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)需求，BlastmateIII型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的優(yōu)點(diǎn)在于：

⑴操作布置簡(jiǎn)便，只需將土體表面清理平整即可布置，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整；

⑵能夠準(zhǔn)確測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三向速度、位移以及加速度，并在儀器顯示屏上顯示出實(shí)時(shí)結(jié)果；

⑶監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置布置靈活可以移動(dòng)，可進(jìn)行多條測(cè)線的振動(dòng)監(jiān)測(cè)

⑷不需要標(biāo)定，簡(jiǎn)化操作流程。

3 振動(dòng)試驗(yàn)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(yàn)項(xiàng)目。由于場(chǎng)地東面有建設(shè)中的大樓，西邊有運(yùn)營(yíng)中的豪翔物流園，因此應(yīng)考慮強(qiáng)夯施工振動(dòng)對(duì)周邊建筑的影響，必須采取相應(yīng)的隔振措施對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行保護(hù)。

在試夯試驗(yàn)時(shí)，采用BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀對(duì)強(qiáng)夯施工場(chǎng)地進(jìn)行三向振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

試驗(yàn)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)線如圖3 所示。

圖3 三向振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)線布置

于2019 年5 月9 日至5 月11 日，在3000kN·m 能級(jí)強(qiáng)夯施工時(shí)采集三向振動(dòng)的加速度、速度及位移。為了試驗(yàn)儀器及人員的安全，強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)的最小距離為15m，五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(duì)3000kN·m 能級(jí)強(qiáng)夯夯擊引起的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)得出的最大速度結(jié)果如表1 所示：

表1 不同距離的強(qiáng)夯振動(dòng)三向最大速度

4 試驗(yàn)結(jié)果

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

對(duì)于強(qiáng)夯施工，距離25m 范圍以內(nèi)的強(qiáng)夯振動(dòng)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(jì)，距離強(qiáng)夯施工場(chǎng)地30m 范圍內(nèi)有建筑時(shí)，必須采取隔振措施。綜上所述，在該場(chǎng)地3000kN·m 能級(jí)強(qiáng)夯施工時(shí)，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(duì)于一般的面波監(jiān)測(cè)儀，BlastmateIII 型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀具有操作簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)顯示結(jié)果、移動(dòng)方便的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)工程的需要移動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)不同的位置進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。在本次試夯試驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了采用一臺(tái)儀器對(duì)多個(gè)測(cè)線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，充分利用了各個(gè)測(cè)點(diǎn)的每一次夯擊，從而得出對(duì)實(shí)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(dòng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)使用該儀器進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

⑴儀器對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)十分靈敏，現(xiàn)場(chǎng)如有其它行駛的大型機(jī)具或行人會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較大偏差；

⑵應(yīng)事先通過測(cè)量定好測(cè)點(diǎn)的位置，并進(jìn)行場(chǎng)地平整，以保證儀器的順利安放。

⑶進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。