強(qiáng)夯振動(dòng)影響范圍和建筑安全監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

賈榮剛

(河北省水利工程局，河北 石家莊 050021)

1 引言

強(qiáng)夯法加固地基施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，在許多情況下能滿足工程要求，從而在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。南水北調(diào)中線漳古段多個(gè)渠道標(biāo)段渠基土體為濕陷性黃土，采用強(qiáng)夯法對(duì)地基土體進(jìn)行加固處理，可消除黃土的濕陷性。強(qiáng)夯法施工簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)有效，但強(qiáng)夯施工引起的地基振動(dòng)會(huì)對(duì)工地附近的建筑物(包括新建水工建筑物)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及周邊建筑物的安全。因此，控制環(huán)境振動(dòng)影響，保障工地附近建構(gòu)筑物安全是強(qiáng)夯工程順利實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

2 強(qiáng)夯振動(dòng)特征及強(qiáng)夯振動(dòng)影響控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 強(qiáng)夯振動(dòng)特征

強(qiáng)夯振動(dòng)特征的描述一般是從振動(dòng)的三要素(振幅、頻譜和持時(shí))出發(fā)，振幅的大小反應(yīng)了振動(dòng)的強(qiáng)弱，而頻譜是對(duì)地面中不同頻率成分之間相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系的描述。持時(shí)是指強(qiáng)夯地面振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，并且持時(shí)的重要性與結(jié)構(gòu)的累積破壞效應(yīng)有關(guān)。但是，強(qiáng)夯地面振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間較短，一般不作為主要考慮參數(shù)，因此，對(duì)于強(qiáng)夯地面振動(dòng)特征的描述主要考慮振幅和頻譜兩個(gè)參數(shù)。

2.2 強(qiáng)夯振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)

《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》(CECS 279—2010)指出，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有專門(mén)的強(qiáng)夯振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)，工程界一般采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)的相關(guān)規(guī)定。

強(qiáng)夯振動(dòng)波的傳播方式及衰減規(guī)律與動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的振動(dòng)規(guī)律十分相似，因此，強(qiáng)夯振動(dòng)影響評(píng)價(jià)還可以參考動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)車間和房屋的允許極限振幅標(biāo)準(zhǔn)。

3 強(qiáng)夯施工振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)

3.1 漳古段SG3標(biāo)強(qiáng)夯施工振動(dòng)安全問(wèn)題

南水北調(diào)中線漳古段SG3標(biāo)渠基強(qiáng)夯施工段K75+90和K74+410等渠段距離村莊民房較近，環(huán)境振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)是保障施工區(qū)域社會(huì)和諧的主要監(jiān)控手段。因此，在施工中重點(diǎn)對(duì)臺(tái)口村和大油村民房、大油村聯(lián)校教學(xué)樓等進(jìn)行強(qiáng)夯振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

強(qiáng)夯施工段K75+90為填方渠段。渠道右岸夯擊能為3000kN·m，距臺(tái)口村民房較近;渠道左岸夯擊能為5000kN·m，距臺(tái)口村民房相對(duì)較遠(yuǎn)。因渠基較低，渠道左岸與右岸形成自然減振溝，同時(shí)，為有效降低強(qiáng)夯振動(dòng)效應(yīng)，在右岸邊界沿強(qiáng)夯區(qū)段開(kāi)挖了一條寬1m、深6m的減振溝。

強(qiáng)夯施工段K74+410為半填半挖地段，渠道地基強(qiáng)夯施工夯擊能為3000kN·m。渠道強(qiáng)夯區(qū)距離大油村聯(lián)校和大油村民房較近，為有效降低強(qiáng)夯振動(dòng)效應(yīng)，沿渠道強(qiáng)夯區(qū)邊界開(kāi)挖了一條寬1m、深6m的減振溝。

3.2 臺(tái)口村民房強(qiáng)夯振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

采用TC 4850型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，對(duì)距強(qiáng)夯區(qū)最近的臺(tái)口村四戶民房進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)。具體測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)到強(qiáng)夯區(qū)的距離見(jiàn)表1。

圖1 臺(tái)口村強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

表1 強(qiáng)夯區(qū)與臺(tái)口村民房距離

3.2.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

結(jié)合強(qiáng)夯正常施工，對(duì)強(qiáng)夯區(qū)緊鄰的臺(tái)口村四戶民房基礎(chǔ)的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。夯擊能為3000kN·m和5000kN·m，測(cè)點(diǎn)距離160～250m，共進(jìn)行了31次夯擊，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)最大振速見(jiàn)表2，測(cè)點(diǎn)各夯次的振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下頁(yè)表3(節(jié)選)。

表2 臺(tái)口村民房基礎(chǔ)實(shí)測(cè)最大振速值

表3 臺(tái)口村測(cè)點(diǎn)(民房)強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總(節(jié)選)

3.3 大油村民房振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)

3.3.1 測(cè)點(diǎn)布置

采用TC 4850型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，選取大油村聯(lián)校和大油村距離強(qiáng)夯區(qū)最近的三戶民房進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。具體測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，距強(qiáng)夯區(qū)距離情況見(jiàn)表4。

圖2 大油村強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

表4 強(qiáng)夯區(qū)與大油村民房距離

3.3.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)大油村三戶民房基礎(chǔ)和聯(lián)校樓房基礎(chǔ)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。共進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試35夯次，各點(diǎn)實(shí)測(cè)最大振速值見(jiàn)表5，測(cè)點(diǎn)各夯次的振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下頁(yè)表6(節(jié)選)。

表5 大油村民房基礎(chǔ)實(shí)測(cè)最大振速值

表6 大油村測(cè)點(diǎn)(民房)強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總(節(jié)選)

4 建筑物強(qiáng)夯振動(dòng)安全評(píng)價(jià)

4.1 強(qiáng)夯振動(dòng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

SG3標(biāo)強(qiáng)夯施工區(qū)域涉及到的建(構(gòu))筑物有:新建排水涵洞、倒虹吸、分水閘等，公路改建的新建橋梁和橋涵等，均為混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)，按新澆混凝土(齡期:初凝3d)安全允許值考慮;周邊村莊民房多為一層到二層的磚混結(jié)構(gòu)，大油村聯(lián)校為新建的三層框架結(jié)構(gòu)，按一般磚房、非抗震結(jié)構(gòu)考慮。

依據(jù)爆破安全規(guī)程(GB 6722—2003)6.2.2條款規(guī)定，強(qiáng)夯施工期間采取較為嚴(yán)格的安全控制指標(biāo)，見(jiàn)表7。

表7 建筑物振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn) 單位:cm/s

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

4.2.1 新建混凝土建(構(gòu)筑物)

在強(qiáng)夯振動(dòng)試驗(yàn)期間，試夯區(qū)鄰近新建大油村北交通橋(橋梁和橋涵)距離175～188m;鄰近的油村溝坡水排水倒虹吸，距離大于300m，試驗(yàn)期間，共進(jìn)行了2000kN·m、3000kN·m、4000kN·m三種夯擊能，累計(jì)26次夯擊試驗(yàn)。實(shí)測(cè)結(jié)果為:交通橋梁和倒虹吸混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)振速均低于儀器設(shè)定的觸發(fā)值0.05cm/s，處于安全狀態(tài)。

4.2.2 臺(tái)口村民房

強(qiáng)夯加固施工期，對(duì)臺(tái)口村緊鄰強(qiáng)夯區(qū)的四戶民房進(jìn)行了31次基礎(chǔ)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)三個(gè)方向的最大振動(dòng)速度為:

水平徑向振速值為0.13cm/s，主振頻率9.3Hz;

水平切向振速值為0.17cm/s，主振頻率7.4Hz;

垂直方向振速值為0.36cm/s，主振頻率12.5Hz。

四戶民房均為一般磚混結(jié)構(gòu)，工程采用的振動(dòng)安全允許值為1.0cm/s，實(shí)測(cè)均小于允許值，施工期房屋結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

4.2.3 大油村民房

強(qiáng)夯加固施工期，對(duì)大油村緊鄰強(qiáng)夯區(qū)的三戶民房進(jìn)行了35次基礎(chǔ)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)三個(gè)方向的最大振動(dòng)速度為:

水平徑向振速值為0.20cm/s，主振頻率5.9Hz;水平切向振速值為0.13cm/s，主振頻率5.8Hz;

垂直方向振速值為0.15cm/s，主振頻率8.8Hz。

三戶民房均為一般磚混結(jié)構(gòu)，工程采用的振動(dòng)安全允許值為1.0cm/s，實(shí)測(cè)均小于允許值，施工期房屋結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

4.2.4 大油村聯(lián)校

大油村聯(lián)校為新建的村辦小學(xué)，教學(xué)樓為三層的框架結(jié)構(gòu)，共進(jìn)行了35次基礎(chǔ)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)三個(gè)方向的最大振動(dòng)速度為:

水平徑向振速值為0.08cm/s，主振頻率5.0Hz;水平切向振速值為0.07cm/s，主振頻率5.0Hz;垂直方向振速值為 0.12cm/s，主振頻率 8.9Hz。工程采用的振動(dòng)安全允許值為1.0cm/s，實(shí)測(cè)均小于允許值，施工期大油村聯(lián)校教學(xué)樓結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

在工程強(qiáng)夯施工期開(kāi)展了環(huán)境振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)，根據(jù)工程提出的安全控制標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)研究成果，對(duì)施工環(huán)境中的建(構(gòu))筑物進(jìn)行了安全監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，得到的強(qiáng)夯施工參數(shù)正確，工程質(zhì)量可靠、環(huán)境安全穩(wěn)定。