高能級強夯地基振動傳播規律研究

李曉雷，唐龍龍

（1.滄州市黃驊港務局，河北滄州 061100；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

強夯法是加固地基的常用方法之一，具有加固效果顯著、適用性廣、施工便捷和費用低等優點[1]。強夯時產生的劇烈振動，對周圍環境及建（構）筑物有著不可忽視的影響[2]。實踐表明強夯時的地面振動會產生衰減。如果能得到強夯地面振動隨距離衰減的一般規律，并對強夯施工振動最小安全距離進行量化，將為今后的強夯設計、施工以及安全評價提供依據，具有重要的理論和實踐意義[3-5]。國內外大量學者為此進了不懈努力，并取得了很多成果。筆者結合某強夯試驗將這些成果中的各個方法優劣進行了比較分析，在此基礎上提出了新的衰減公式，最后探討了強夯振動衰減的影響因素。

1 工程概況

擬建工程主要包括52 座儲油罐、4 座消防水罐區及配套的管線管廊、道路、消防站、事故處理設施及相應的建（構）筑物。擬建場地地貌單元原屬于海岸帶地貌，為原有海域或養殖池經人工回填整平而成。

為判斷置換強夯法在本場地進行地基處理的適宜性；確定處理后的有效加固深度范圍內的地基承載力和變形指標；確定夯點間距、夯擊遍數、最后兩擊沉降量平均值和間隔時間等相關參數；確定強夯施工振動、側向擠壓等對周邊環境和工程的影響；確定與周邊工程的最小安全距離；確定二期工程內的強夯范圍進行強夯試驗。

2 振動測量方案

本次試驗測定兩種錘形三種夯擊能共計4 個工況的振動參數。

工況2：錘型為平錘，落錘質量40 t，落距15 m，夯擊能為6 000 kN·m，錘徑2.8 m；

工況3：錘型為柱錘，落錘質量30 t，落距34 m，夯擊能為10 000 kN·m，錘直徑1.5 m；

工況4：錘型為平錘，落錘質量40 t，落距30 m，夯擊能為12 000 kN·m，，錘直徑2.8 m。

各工況分別夯擊8 次，強夯區距最近建筑物為80 m，以上4 種工況分別距離夯點10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m、70 m、80 m 處布置徑向、切向及垂向布置測點，共計24 個測點。[6]

3 振動測量結果及分析

3.1 測試結果

強夯施工引起的地面振源的振動強度可用夯擊能量來衡量，本次測試夯擊能量分別為 6 000 kN·m、10 000 kN·m、12 000 kN·m。距離夯點每10 m 進行震動測試，分別記錄不同工況下各個測點的振動速度峰值和主頻，統計結果見表1。

表1 各工況各測點振動測試統計結果（夯擊1 次數據）

從結果可以看出隨著夯擊能增大峰值振動速度變化不顯著，相反，錘型的改變對于峰值振動速度變化影響較明顯；柱錘的徑向振動峰值振動速度最大，豎向次之，切向最小；平錘的徑向峰值振動速度與豎向振動峰值速度較大，切向較小；表明地表振動以徑向向前傳播為主。

3.2 指數函數擬合

在眾多對振動衰減公式的研究中，尤以冪函數最廣，其通用函數如下：

式中：

馮飛常務副省長赴省國土資源廳調研（省廳新聞宣傳中心 ） ...........................................................................2-4

k 為當量系數；

β 為振動衰減系數；

R 為測點距夯點距離；

V 為振動峰值速度。

試驗擬合結果見表2。

表2 各個工況下擬合結果

從擬合結果可以看出，利用冪函數擬合得到的結果中參數β 相對穩定，均在1.32 至2.71 之間，而參數k 離散型較大。各個工況各個方向的擬合結果較好，相關系數大于等于0.9684。

3.3 指數函數擬合

有關研究表明強夯地表振動衰減更符合指數函數的規律，其通用函數如下：

式中：

k 為振動系數，α 為振動衰減系數；

R 為測點距夯點距離；

V 為振動峰值速度。

試驗擬合結果見表3。

表3 各個工況下擬合結果

由擬合結果可以看出，利用指數函數擬合得到的結果中參數α 均在0.07 至0.26 之間，有一定的離散型，參數k 離散型較大，這與錘型、振動方向及夯擊能有關。而各個工況各個方向的擬合結果與冪函數擬合比較稍差，相關系數大于等于0.8605。

3.4 冪指數函數擬合

然而無論是冪函數還是指數函數，用于描述振動的衰減規律都是不夠準確的。因此本文將冪函數與指數函數相結合，得到冪指數函數，其通式如下：

式中：

k、α、β 均為振動衰減系數；

R 為測點距夯點距離；

V 為振動峰值速度。

本次試驗擬合結果見表4。

表4 各個工況下擬合結果

由擬合結果可以看出利用指數函數擬合得到的結果中參數α、β 均有一定離散型，參數k 離散型較大，但與其他擬合結果相比擬合效果最好，其相關系數大于等于0.9838。

4 結語

本次試驗可以得到以下幾點結論，從擬合結果整體來說冪指數函數擬合最好，冪函數擬合其次，指數函數擬合最次，這說明強夯振動在地表衰減過程中是以冪指數函數的形式衰減，其中冪函數衰減為主要衰減形式，指數衰減為次要衰減形式；衰減函數中參數α 作為冪函數衰減的過程中的影響因子，主要與振動的傳播介質有關，夯擊能、振動方向以及錘型影響稍小，其影響程度中振動方向最強，錘型次之，夯擊能影響最弱；參數β 作為指數衰減過程中的影響因子，其主要與傳播介質有關，與夯擊能、振動方向以及錘型無關；參數k 作為衰減規律的綜合影響因子，與各個方面因素均有關，但主要影響因素為傳播介質及振動的方向。