強(qiáng)夯振動(dòng)影響的研究

杭的平，韓云山

(中北大學(xué)理學(xué)院，山西太原030051)

強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法，是將重錘提升到一定的高度，讓重錘自由下落，重錘會(huì)對(duì)地基產(chǎn)生巨大的沖擊波，從而達(dá)到壓實(shí)地基的效果。然而強(qiáng)夯產(chǎn)生的巨大沖擊波會(huì)對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生振動(dòng)影響，有可能會(huì)破壞建筑物，尚軍雷等[1]分析了振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物的危害明顯，給出了幾種振動(dòng)源對(duì)周圍建筑物的影響規(guī)律，并探討了有關(guān)因素對(duì)振動(dòng)危害的影響及施工中應(yīng)采取的相應(yīng)減振措施。在實(shí)際工程中，通過(guò)設(shè)置隔振溝來(lái)減小強(qiáng)夯產(chǎn)生的振動(dòng)影響，羅輝才等[2]通過(guò)對(duì)地基強(qiáng)夯施工中振動(dòng)實(shí)測(cè)資料的分析，研究強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周圍建筑物的影響，并用振動(dòng)速度在不同位置的變化對(duì)隔振溝的隔振效果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。鄭水明等[3]通過(guò)分析工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出隔振溝對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)的水平徑向振動(dòng)的速度峰值幅值隔振效果顯著，達(dá)到了80%。因此，本文研究強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周圍建筑物的影響及機(jī)理，并采取設(shè)置隔振溝的措施減小其影響，通過(guò)振動(dòng)速度分析評(píng)價(jià)隔振溝的效果。

1 強(qiáng)夯振動(dòng)影響機(jī)理

高填方地基在巨大夯擊能下，夯點(diǎn)中心基本都會(huì)迅速下沉(累積沉降量可達(dá)4～5 m左右)。夯錘對(duì)地基產(chǎn)生巨大的沖擊能量，并以波的形式傳遞到地基土體中，在該沖擊波作用下夯坑周圍的土體會(huì)產(chǎn)生隆起現(xiàn)象，地基土體從而發(fā)生很大的變形。地基土體產(chǎn)生的變形將會(huì)對(duì)夯點(diǎn)周圍的建筑物產(chǎn)生不利的影響。夯錘從一定的高度落下由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，一部分?jǐn)U散了，一部分被地基土體所吸收進(jìn)而以振動(dòng)波的形式在地基半無(wú)限空間中傳播，使得地基土體的各個(gè)強(qiáng)度參數(shù)如c、φ值發(fā)生改變。波有體波和面波兩種，強(qiáng)夯所產(chǎn)生的振動(dòng)波則以體波和面波的形式從夯點(diǎn)向外傳播。從而在地基中形成一個(gè)波場(chǎng)，作用在地基半無(wú)限空間中，其中體波又有縱波(亦稱壓縮波，P波)和橫波(亦稱剪切波，S波)之分，縱波在土體半無(wú)限空間中徑向地向外傳播，使土體產(chǎn)生拉壓作用，對(duì)于強(qiáng)夯產(chǎn)生的縱波一般對(duì)土體產(chǎn)生的是壓縮效果，增加了土體中的孔隙水壓力，破壞土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而隨之傳播到的橫波則會(huì)使土體顆粒間的間隙變小，達(dá)到更加密實(shí)的狀態(tài)。面波主要有瑞利波(R波)及洛浦波(L波)，面波攜帶的夯擊能局限在地表層附近區(qū)域內(nèi)傳播，面波可使表層土體形成松弛區(qū)域[4]。因而面波對(duì)地基不產(chǎn)生壓實(shí)作用，但面波在傳播過(guò)程中對(duì)建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)較大。強(qiáng)夯施工中對(duì)夯點(diǎn)周圍建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)影響主要是強(qiáng)夯振動(dòng)波中橫波，其對(duì)建筑物有一定的破壞性。

綜上所述，強(qiáng)夯產(chǎn)生的巨大沖擊能會(huì)使高填方地基產(chǎn)生下沉和隆起的變形，以振動(dòng)波的形式向外傳播，橫波則對(duì)建筑物產(chǎn)生的是剪切破壞，引起高填方場(chǎng)地和夯點(diǎn)附近建筑物不同程度的損壞和破壞，因而需著重通過(guò)研究強(qiáng)夯振動(dòng)水平振速的變化規(guī)律來(lái)評(píng)價(jià)強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周圍建筑物的影響。

2 強(qiáng)夯振動(dòng)的安全距離

本文研究的強(qiáng)夯施工周圍的建筑物為工業(yè)和商業(yè)建筑物，強(qiáng)夯產(chǎn)生的振動(dòng)頻率一般為30 Hz左右，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2011)第6.2.2條該類型建筑物的允許安全振速為3.5～4.5 cm/s，選取6 000 kN·m夯擊能在有無(wú)隔振溝兩種情況下某夯點(diǎn)的水平振動(dòng)速度進(jìn)行分析，其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表1。

表1 各測(cè)點(diǎn)的水平振速

通過(guò)表1可知，在不設(shè)置隔振溝時(shí)，6 000 kN·m夯擊能強(qiáng)夯振動(dòng)的水平振速在30 m處降為19 mm/s左右，小于35 mm/s，即工業(yè)和商業(yè)建筑物的強(qiáng)夯安全距離是30 m，而在設(shè)置了隔振溝之后水平振速在距離夯點(diǎn)20 m處降到了22.44 mm/s，安全距離減小了10 m，說(shuō)明隔振溝的減振效果明顯。

3 無(wú)隔振溝時(shí)強(qiáng)夯對(duì)建筑物的影響

通過(guò)對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)速度及加速度的監(jiān)測(cè)，了解強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周圍建筑物的影響，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是用4 000 kN·m夯擊能進(jìn)行夯擊，并在建筑物外以及在建筑物樓層內(nèi)布置DH610速度傳感器采用DH5956動(dòng)態(tài)測(cè)試儀通過(guò)速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，水平振速測(cè)量結(jié)果參見(jiàn)表2。

表2 無(wú)隔振溝時(shí)強(qiáng)夯水平振速

4 有隔振溝時(shí)強(qiáng)夯對(duì)建筑物的影響

為了能夠進(jìn)一步減小強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)建筑物的影響，在建筑物附近挖一條長(zhǎng)20 m、寬2.5 m、深5 m的溝，隔振溝設(shè)置在距離夯點(diǎn)3 m和18 m兩測(cè)點(diǎn)之間，測(cè)點(diǎn)布置和無(wú)溝時(shí)一樣，采用4 000 kN·m夯擊能進(jìn)行夯擊測(cè)試，測(cè)得的水平振速結(jié)果參見(jiàn)表3。

表3 設(shè)置隔振溝時(shí)強(qiáng)夯水平振速

分析表2、表3可知：設(shè)置隔振溝時(shí)，溝兩邊測(cè)點(diǎn)的水平振速的衰減比較大，衰減幅度在75%左右，而建筑物樓層內(nèi)測(cè)點(diǎn)的水平振速相比無(wú)溝時(shí)都有一定程度的衰減，而且所測(cè)得水平振速在安全要求范圍內(nèi)，某些點(diǎn)的衰減幅度較小，是由于隔振溝是在一定范圍內(nèi)才能有明顯的減振效果，衰減不明顯的點(diǎn)距離夯點(diǎn)的距離已經(jīng)超出了強(qiáng)夯施工的安全距離。

5 結(jié)論

(1)依據(jù)《爆破安全規(guī)程》對(duì)于工業(yè)和商業(yè)建筑物，6 000 kN·m夯擊能強(qiáng)夯振動(dòng)的安全距離為30 m；

(2)隔振溝的設(shè)置對(duì)強(qiáng)夯引起的地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)有較為明顯的隔振效果；

(3)對(duì)比有無(wú)設(shè)置隔振溝兩種情況，隔振溝對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)的水平速度的衰減幅度達(dá)到75%左右。

[1] 尚軍雷,徐風(fēng),王韶光.施工振動(dòng)對(duì)鄰近建筑的危害[J].防災(zāi)技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2006,8(2)

[2] 羅輝才，王喜遷.強(qiáng)夯振動(dòng)測(cè)試及隔振溝減振效果實(shí)例分析[J].云南地質(zhì),2011,30(4)：471-475

[3] 鄭水明,姚運(yùn)生,曾心傳.工程場(chǎng)地隔振溝減震效應(yīng)[J].爆破,2008,25(3)

[4] 林宗元.巖土工程治理手冊(cè)[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1993