強(qiáng)夯振動波形特征及衰減規(guī)律探究

張濤,呂淑然

(首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué),北京 100070)

強(qiáng)夯振動波形特征及衰減規(guī)律探究

張濤,呂淑然

(首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué),北京 100070)

摘要:指出了強(qiáng)夯法被廣泛應(yīng)用于多種地基處理,其施工過程對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響,因此有必要對其振動規(guī)律探究。對某高速公路工程高填路基強(qiáng)夯處理作業(yè)振動試驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):強(qiáng)夯施工雖然以垂直方式進(jìn)行沖擊,但檢測到的地面振動速度表現(xiàn)為以水平方向振動速度為主,具有脈沖型峰值、且衰減的速度較快;振動峰值的頻率以中高頻為主且隨震中距的加大而變小;強(qiáng)夯單次振動持續(xù)時(shí)間較短;利用origin軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合,得出速度隨震中距衰減的公式:v=8486.90×R-2.50,發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯振動產(chǎn)生的速度的峰值隨震中距的增加增加到60m前衰減很快,之后衰減速度緩慢;據(jù)此公式可對強(qiáng)夯振動的安全距離進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯振動;波形特征;衰減規(guī)律;預(yù)測公式;安全距離

1引言

強(qiáng)夯法被廣泛應(yīng)用于地基處理作業(yè)中,為了探究振動作業(yè)對周邊的環(huán)境的影響,首先得探究強(qiáng)夯振動的規(guī)律。如田浩結(jié)合浙江某高速路基強(qiáng)夯施工工程實(shí)例,通過現(xiàn)場振動測試,并根據(jù)實(shí)測結(jié)果,經(jīng)理論分析確定強(qiáng)夯振動影響范圍[1]。康永就強(qiáng)夯振動衰減規(guī)律與構(gòu)筑物的安全距離進(jìn)行了研究[2]。施有志、劉吉敏等人也對強(qiáng)夯的振動衰減規(guī)律做了研究[3,4]。

強(qiáng)夯振動規(guī)律復(fù)雜,本文以某高速公路工程高填路基強(qiáng)夯處理作業(yè)振動進(jìn)行現(xiàn)場測試、在眾多學(xué)者的研究為指導(dǎo)下進(jìn)行強(qiáng)夯振動的監(jiān)測實(shí)驗(yàn),經(jīng)數(shù)據(jù)分析,得出了強(qiáng)夯振動的一些共有特征,并利用origin軟件,對速度隨距離衰減規(guī)律進(jìn)行非線性擬合,得出適合現(xiàn)場應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式,可為研究強(qiáng)夯振動的安全距離提供參考。本文能為現(xiàn)場施工合理作業(yè),在減少對周邊環(huán)境的影響下提高工作效率提供參考,使閱讀者能對強(qiáng)夯振動的一般規(guī)律及影響有一定的了解。

2現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)場地概況

施工地段位于滇池盆地西緣山丘地帶,測試時(shí)的強(qiáng)夯工程施工區(qū)位于山丘間凹地邊;被監(jiān)測的民宅位于同一山丘的西北側(cè)低丘底部緩坡上。此次監(jiān)測的房屋類型分別為一層和三層磚混結(jié)構(gòu)房,大多含有構(gòu)造柱。GPS測量表明:強(qiáng)夯點(diǎn)與最近處民房的距離約124.9m。

2.2　試驗(yàn)儀器設(shè)備及布置

2.2.1　試驗(yàn)儀器設(shè)備

本次測試使用的強(qiáng)夯機(jī)為ZOOMLION中聯(lián)ZTm300型,夯重16t。提升高程(落距)14~15m,夯直徑5m,單夯夯擊能2000kn·m。

振動測試系統(tǒng),由4臺美國Kinematrics公司最新生產(chǎn)的K2型高動態(tài)固態(tài)智能數(shù)字強(qiáng)振動儀組成。儀器觀測時(shí)可選擇自動或人工觸發(fā),以及定時(shí)觸發(fā)與定記錄長度等多種方式,觸發(fā)帶寬0.1~12.5Hz,采樣率100~200sps,測量范圍±2g。此次觀測采用了人工觸發(fā)、定記錄長度的方式。

2.2.2　儀器設(shè)備布置

根據(jù)監(jiān)測目的,采取如下觀測點(diǎn)布設(shè):在強(qiáng)夯作業(yè)夯點(diǎn)近處地面布設(shè)1個(gè)測點(diǎn)C1,在夯點(diǎn)至民宅間的自由地面上布設(shè)一個(gè)測點(diǎn)C2,在村民馬貴兵家磚混平房布設(shè)一個(gè)測點(diǎn)C3,在村民段明花家三層磚混民宅院墻外布設(shè)一個(gè)測點(diǎn)C4。所有測試儀器的徑向均與測點(diǎn)-夯點(diǎn)連線的方位一致。其中,測點(diǎn)C1位于夯擊路基西南側(cè)面上方的水渠地面水泥地面,與夯擊點(diǎn)高差約3m;測點(diǎn)C2、C3和C4,與夯擊點(diǎn)的高程大致一致。

(3)邊坡坡面對強(qiáng)夯振動水平徑向速度有放大作用,隨距離的增加速度最大增幅為28.68%,最小增幅為2.39%。

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夯點(diǎn)坐標(biāo)(E102.62563,25.10693),C1(E102.62556,25.10671),C2(E102.62500,25.10660),C3(E102.62439,25.25.10692),C4(E102.62393,25.10678)。

2.3　試驗(yàn)監(jiān)測內(nèi)容

測試強(qiáng)夯振動所產(chǎn)生的地面振動的波形特征。測試強(qiáng)夯振動所產(chǎn)生的地面振動速度、加速度隨距離的衰減情況。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1　強(qiáng)夯振動峰值參數(shù)分析

在離被測房屋最近的路基段進(jìn)行振動試驗(yàn),現(xiàn)場選了有效的4個(gè)夯點(diǎn),每個(gè)夯擊點(diǎn)連續(xù)四擊。

3.2　記錄波形及特征分析

圖1、圖2給出了離震中最近的測點(diǎn)C1(11點(diǎn)55分)的加速度時(shí)程記錄、振動波頻率密度圖譜。

有圖譜分析知:(1)振動以中高頻成分為主。在近處,其振動最大峰值對應(yīng)的頻率大都在10Hz以上;在遠(yuǎn)處,振動最大峰值對應(yīng)的頻率,大多在10Hz以下,即振動峰值的頻率隨距離加大變小(2)振動的有效持續(xù)時(shí)間較短。

表1　地面監(jiān)測點(diǎn)振動時(shí)程振動峰值記錄

圖1　C1(11:55)的加速度時(shí)程記錄

3.3　振動強(qiáng)度隨距離的衰減

利用Origin軟件對11點(diǎn)55分的監(jiān)測數(shù)據(jù)非線性擬合,得到速度隨距離的衰減公式為:,其中R的單位為m,V的單位為(cm/s)。

圖3可以看出,夯擊引起的地面振動速度隨距離的加大迅速變小,在60m后,振動強(qiáng)度已下降到0.3cm/s以下。

圖2　C1(11:55) 的振動波頻率密度圖譜

圖3　振動速度隨距離的變化

4結(jié)語

強(qiáng)夯的地面振動的波形具有脈沖型峰值、且衰減較快的形式。振動頻率為中、高頻成份,近振源處的測點(diǎn)最大峰值對應(yīng)的頻率大都在10Hz以上,遠(yuǎn)振源處的測點(diǎn)最大峰值對應(yīng)的頻率大都在10Hz以下。各測點(diǎn)垂向振動的頻率大多高于水平項(xiàng)的振動頻率。強(qiáng)夯振動的有效持續(xù)時(shí)間較短。

強(qiáng)夯振動隨距離衰減迅速且最大峰值出現(xiàn)在徑向方向上,雖然在23m處最大振動達(dá)2.47cm/s,但超過60m后已衰減到0.3cm/s以下。此次強(qiáng)夯作業(yè)的高填方路基離柏枝園村現(xiàn)有民宅的最近處距離在120m以上,據(jù)此推知,民宅處的強(qiáng)夯引起的振動速度應(yīng)小于0.3cm/s。

試驗(yàn)得到速度衰減的預(yù)測公式:v=8486.90×R-2.50;通過此公式預(yù)測此次強(qiáng)夯振動的安全距離為60m。

[1] 田浩.某高速路基強(qiáng)夯施工振動測試及對周邊建筑影響范圍分析[J].中外建筑,2014(2):114~116.

[2] 康勇.強(qiáng)夯振動規(guī)律及施工安全距離的研究[J].中國水運(yùn)(下半月),2013(5):256~248.

[3] 施有志.強(qiáng)夯引起的振動規(guī)律及環(huán)境效應(yīng)分析[J].巖土工程技術(shù),2007(9):144~148.

[4] 劉吉敏,王長柏.強(qiáng)夯振動監(jiān)測及衰減規(guī)律研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012(9):67~70.

作者簡介:張濤(1988—),男,河南睢縣人,首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)碩士研究生。

收稿日期:2014-11-26

中圖分類號:F631

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-9944(2015)01-0259-02