强夯处理地基时强夯振动的测试研究

冯建斌

0 引言

我国是一个多山的国家，随着在山区填土地基上的建设工程越来越多，强夯法在山区填土地基处理工程中的应用也越来越多，由于一些大型建设工程要求地基加固处理的深度大，承载力要求高，故强夯逐步向高能级的方向发展，势必对周围的一些建(构)筑物造成振动破坏，因此，如何经济有效地做好山区填土地基的处理工作，又对周围的建(构)筑物不至于造成破坏，研究强夯的振动影响将是一个非常有价值的研究课题。

1 强夯法处理地基的特点

强夯法是 20世纪 60年代末、70年代初首先在法国发展起来的，它一般是用重量为100 kN～400 kN的重锤，落距6m～40m的冲击振动地基，使地基土压密和振密，以加固地基土，达到提高强度降低压缩性的目的。1971年，法国人L.梅纳(Menard)正式将该加固地基方法定名为“动力固结法”。

强夯法处理地基开始时多用于处理粗粒土地基，后来由于施工方法的改进，逐步推广应用于细粒土地基。我国现行的规范规定:强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，对高饱和度的粉土和粘性土等地基，多采用在夯坑内回填块石，碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。

强夯法由于具有加固效果显著、适用土类广泛、设备简单、施工方便、节省劳动力、施工周期短、不耗贵重材料甚至不耗材料、造价低等优点，成为我国地基处理的一项重要技术。

强夯法处理地基的缺点是振动和噪声大，这也决定了强夯在离城市较远的山区填土地基中的应用越来越广泛。我国规范规定:当强夯施工所产生的振动对邻近建(构)筑物或设备会产生有害的影响时，应设监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。因此对于强夯振动影响的测试研究是十分重要的。

2 强夯振动影响的测试方法、原理及危害判别标准

2.1 强夯时的振动影响

强夯的巨大冲击能可使夯击区附近的场地下沉或隆起，并以冲击波向外传播，使邻近的场地振动，从而使建筑物振动，危害建筑物及人们的身心健康。

强夯振动的特征:强夯为一点振源，两击间隔几分钟，为一自由振动，与地震影响不同，因此危害也不同，一般认为强夯振动对建筑物的危害与爆破相当。

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强夯时地面振动的影响随能级的不同而变化，在同一土质的场地上振动危害随能级的增大而加强。

强夯时地面振动的周期随着土质不同而变化，土质松软则长，坚硬则短。

强夯时随夯击遍数增加，场地得到加固，振动振幅加大。

强夯的振动速度随着夯点距离增大急剧衰减。

2.2 强夯振动的测试方法、原理

强夯振动采用的仪器为振动测试仪和高灵敏度宽频带速度传感器。

测试前，将一对高灵敏度传感器中的一个传感器垂直方向埋入测试点，另一个传感器水平方向埋入测点，连接到测试仪，打开测试仪，检查正常后进行数据采集，当强夯锤自由落下后，产生振动信号，被传感器接收并被仪器采集记录，通过对采集的数据进行时域和频域分析，得到水平径向、垂直的位移振幅、振动速度、振动加速度、振动频率。

2.3 强夯振动的危害判别标准

强夯振动对建筑物的危害与爆破相似，危害判别标准现在很不统一，表1为GB 6722-86爆破安全规程对某些建(构)筑物的允许质点峰值振动速度表，表 2为SL 47-94水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范新浇筑大体积混凝土面上的安全质点振动速度值表。

表1 《爆破安全规程》对某些建(构)筑物的允许质点峰值振动速度

表2 《水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范》新浇筑大体积混凝土面上的安全质点振动速度值

3 工程实例

3.1 工程地质概况

本工程为大型火力发电厂，建设场地为填方区，原始地形地貌为冲沟等低洼地带，土石方回填前场地内主要为鱼塘、水田、山脚旱地，最大回填深度为 28.10m，为典型的深挖高填山区地基。

场地内的地层岩性主要包括:人工填土、第四系冲洪积层、第四系残坡积层、中寒武世高台组白云岩等。

①人工填土主要为碎石素填土，为破碎岩块及少量粘性土组成的碎石土，碎石成分为白云岩及灰岩，碎石含量约为55%，土体中存在大孔隙。

②第四系冲洪积层主要为粘土，液限大于 50，孔隙比大于 1，为次生红粘土。

③第四系残坡积层主要为粘土，液限大于 50，孔隙比大于 1，为红粘土。

④中寒武世高台组全风化、强风化、中等风化白云岩层。

地基处理主要是针对人工填土层进行，强夯能级采用4 000 kN◦m，6 000 kN◦m与8 000 kN◦m三种。

3.2 测试概况

试验区按设计要求进行场地准备，选择夯点，确定测试间距，埋设传感器，进行单点夯击试验，在夯击过程中进行振动测试。

3.2.1 测试仪器

本次测试采用的测试仪器为中国科学院武汉岩土研究所生产的FDP204PDA-IP掌上测试仪和KS-4B高灵敏度宽频带速度传感器及其他辅助设备。

3.2.2 振动测试点的布置

4 000 kN◦m试区:测试点距夯点中心5m～205m，共17个点。

6 000 kN◦m试区:测试点距夯点中心10m～200m，共15个点。

8 000 kN◦m试区:测试点距夯点中心10m～235m，共17个点。

3.2.3 测试结果

4 000 kN◦m试区:最近测试距离为5m，5m处的最大位移为0.27mm、最大速度为5.2 cm/s、最大加速度为10.07g，在205m处最大垂向速度振幅低于 0.15mm/s，最大径向速度振幅低于0.005mm/s。距夯点25m处，最大垂向速度振幅低于10.0mm/s，最大径向速度振幅低于0.4mm/s。

6 000 kN◦m试区:最近测试距离为10 m，10m处的最大位移为0.2mm、最大速度为6.6 cm/s、最大加速度为22.8g，在200m处最大垂向速度振幅约 0.1 mm/s，最大径向速度振幅低于0.01mm/s。距夯点45m处，最大垂向速度振幅低于5.0mm/s，最大径向速度振幅约0.5mm/s。

8 000 kN◦m试区:最近测试距离为10m，10m处的最大位移为1.8mm、最大速度为13.7 cm/s、最大加速度为11.0g，在235m处最大垂向速度振幅低于 1.0 mm/s，最大径向速度振幅低于0.3mm/s。距夯点100m处，最大垂向速度振幅低于5.0mm/s，最大径向速度振幅约1.0mm/s。

4 000 kN◦m试区:强夯振动对周围建筑影响的最小安全距离为25.0m;

6 000 kN◦m试区:强夯振动对周围建筑影响的最小安全距离为45.0m;

8 000 kN◦m试区:强夯振动对周围建筑影响的最小安全距离为50.0m。

4 结语

1)强夯法由于其施工速度快，工艺简单，价格便宜，施工质量有保证等优点，因此在山区填土地基处理中得到越来越多的应用。

2)对于强夯振动影响的危害研究有利于解决因本施工方法自身的缺点而造成的局限性，对于该方法进一步的推广应用非常重要。

3)振动测试为我们解决振动影响的危害提供了一种科学依据，应加强在试夯时对振动的监测试验，从而有利于采取正确可行的隔振防振措施。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB 6722-86，爆破安全规程[S].

[3] SL 47-94，水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范[S].