时 伟，邵琪琳，董炳寅，胡瑞庚

(1. 青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 266033；2. 中华岩土集团股份有限公司，北京 100026；3. 中国海洋大学 环境科学与工程学院，山东 青岛 266003)

强夯是一种常用的地基处理方法，但是其产生的巨大夯击能会引起周围土体的振动，使得地基的压缩性降低，地基的强度提高，特别是对于深厚细砂土地区，可利用高能级强夯振动减少工后沉降.但是，国内外许多研究学者都认为强夯振动对周边建筑物的影响不可忽视[1-3]，随着时代发展也愈加得到重视,MENG Qingjuan[4]对强夯振动的两个影响因素拟合进行模型试验.陈向阳等[5]对砂土地基强夯的影响因素进行了研究，得出地下水位对强夯效果有明显影响.另外，为了减少强夯振动对周围产生的影响，王斯海[6]研究了强夯振动对不同土层结构的效应影响.黄瑛[7]分析了强夯法加固地基时，夯击能、夯点距离等因素对周围已建建筑物的安全影响，通过监测振动速度、振动加速度、建筑物的变形等确定周围建筑物的安全距离.杭的平[8]对比了强夯振动在有无隔振沟情况下对周围建筑的影响.强夯振动关于距离的衰减规律，与土质有关.J.H.Hwang等[9]通过一系列地面振动测量，得到不同冲击能量和隔振沟对地面振动的影响.王鹏程[10]研究了强夯振动下安全距离的主要影响因素.本文对某粉细砂场地地基强夯施工产生的振动进行现场监测，得出具体的振动衰减规律以及施工时的安全距离.

1 试夯场地概况

强夯振动监测场地为风成砂丘地貌，砂丘以半固定或活动砂丘为主.本场地40 m勘察深度内未见地下水.场地附近区域的土层情况及土层物理力学指标见表1.

表1 试验场地各土层物理力学指标Tab.1 Physical and mechanical indexes of various soil layers in the test site

2 试验方案

2.1 试验仪器设备

振动监测设备为加拿大Instantel的BlastmateIII型振动监测仪.Instantel生产的Blast系列振动监测仪具有灵敏度高、可靠性强、功能强大等特点，在全球应用广泛，是全球最先进的爆破振动设备之一.

表2 BlastmateIII振动监测仪技术参数Tab.2 BlastmateIII vibration monitor technical parameters

BlastmateIII振动监测仪技术参数见表2，监测设备图片见图1.

图1 BlastmateIII 振动监测仪Fig.1 BlastmateIII vibration detector

2.2 监测点布置

本次监测点以夯点为振源，强夯采用8 000 kN·m能级.选择在距夯点边缘沿径向处，距离为50 m、150 m、180 m、190 m、220 m、350 m，分别设置振动监测点，记录强夯振动在各监测点引起的三向振速、三向位移.监测点布置示意图见图2.

图2 监测点布置示意图Fig.2 Monitoring point layout diagram

3 试验方案

本次强夯振动监测试验主要寻求在粉细砂场地内，三向振速、三向位移随距离的变化规律[11-14]，从而预估粉细砂场地内的强夯振动安全距离.振动监测试验的安全评判标准选用《爆破安全规程》(GB6722-2014)[15].

3.1 监测点布置

(1)振速随距离的衰减规律

试验采集距离夯点的振动数据，选择在距夯点边缘沿径向处，振动监测点最近距离为50 m，最远距离为350 m.对多组夯击振动作用下的监测点数据进行记录.三向振速随距离的变化曲线如图3所示.

由图3可以看出，随着距振源距离的增大，垂向、径向、环向振速均减小.其中，垂向和径向振速初始振速较大，环向振速初始振速较小.在距振源距离小于220 m时，随着距振源距离的增大，三向振速衰减较快；当距振源距离大于220 m时，三向振速随距振源距离的衰减基本不变.

图3 三向振速随距离的变化曲线图Fig.3 Three-dimensional vibration velocity curve with the distance

图4 三向合振速实测值及拟合曲线Fig.4 Three-way combined velocity of the measured value and fitting curve

各监测点三向合振速实测值及拟合曲线如图4.当距夯点距离小于220 m时，三向合振速随距夯点距离的增大衰减速度较快，当距夯点距离大于220 m时，三向合振速随距夯点距离的增大衰减速度明显减小.采用负指数函数对三向合振速与距离的关系进行拟合，振动监测拟合结果公式.

(1)

式中：υ为测点三向振速(mm/s)；x为测点距夯点距离(m)；A、B、t为拟合参数，取值见表3.

表3 式(1)拟合参数取值Tab.3 Formula (1) fitting parameter values

根据监测数据拟合结果和爆破振动安全允许振速规范，针对本工程8 000 kN·m强夯能级作用下，土窑洞、土坯房、毛石房屋安全距离为200 m，一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物安全距离为90 m，新浇大体积混凝土安全距离为70 m.因此，为满足安全施工要求，安全施工距离可取220 m.

根据《爆破安全规程》规范，振动速度为三个分量中的最大值，各监测点的最大振速随夯点距离变化曲线如图5所示.在距振源距离小于220 m时，随着距振源距离的增大，最大振速衰减较快，并且初始监测点垂向振速最大；当距振源距离大于220 m时，最大振速随距振源距离的增大稍有回升，但增幅不大，监测点环向振速最大.

图5 最大振速随距离变化曲线图Fig.5 The maximum vibration velocity curve with the distance

图6 三向位移随距离的变化曲线Fig.6 Three-dimensional displacement with distance curve

(2)位移随距离的衰减规律

振动监测过程中通过试验监测器对各个监测点的位移监测，可以得到垂向和径向位移的数据.三向振速随距离的变化曲线如图6所示.由图6可以看出，垂向、径向位移随着距离增大而减小.在距振源距离小于220 m时，随着距振源距离的增大，垂向、径向位移衰减较快；当距振源距离大于220 m时，垂向、径向位移随距振源距离的增大衰减速度明显减小.试验结果表明，在距夯点220 m范围内，距振源的距离对垂向和径向位移的影响明显；当距振源距离大于220 m时，距离对垂向、径向位移的影响程度明显减弱.

3.2 高能级强夯振动随楼层高度衰减规律

试验现场宿舍楼为砖混结构，办公楼为框架结构，为分析强夯振动对不同楼层的影响，在距离夯点220 m、350 m的两栋楼的不同楼层上分别进行振动监测.其中在距离夯点220 m的宿舍楼前的地面及第2、4层设置振动监测点，在距离夯点350 m的办公楼前的地面及第3、5、8、9、11层设置振动监测点.

图7 三向振速随楼层的变化曲线Fig.7 Three-dimensional vibration velocity curve with the floor

(1)振速随楼层的衰减规律

三向振速随楼层的变化曲线如图7所示.三向振速随楼层的不同而变化，且变化规律与距夯点的距离有关.当距夯点距离220 m时，地面三向平均振速约为1.48 mm/s，第2层三向振速约为3.08 mm/s，第4层三向平均振速约为2.86 mm/s，第2、4层三向平均振速分别为地面三向平均振速的2.08、1.93倍，说明在距夯点220 m时，楼层(楼层数>1)对地面三向平均振速有放大作用，放大系数随楼层而变化.当距夯点350m时，三向振速随楼层的增加而呈减小趋势，地面三向振速大于各楼层三向振速，说明在距夯点350 m时，楼层(楼层>1)对地面三向振速有减弱作用，随楼层的变化缩减系数没有呈现明显的规律性；根据爆破振动安全允许振速规范，距夯点350 m各楼层振动速度都在允许范围内.

图8 三向振速实测值及拟合曲线Fig.8 Three- dimensional vibration actual measured value and fitting curve

距夯点350 m处办公楼各监测点三向合振速实测值及拟合曲线如图8.在距夯点350 m处，相对地面三向合振速，随着楼层的增加，三向合振速呈现先增大后减小的规律.当楼层数在3层以下时，三向合振速随楼层的增加而增大，第3层三向合振速是地面合振速的2.32倍；当楼层在3层以上时，三向合振速随楼层的增加而减小，第8层三向合振速是地面合振速的0.72倍.采用GUASS函数对三向振动实测值与楼层的关系进行拟合，拟合结果公式：

(2)

式中：υ为测点三向振速(mm/s)；xi为第i楼层；A、B、t、c为拟合参数，取值见表4.

表4 式(2)拟合参数取值Tab.4 Formula (2) fitting parameter values

(2)位移随楼层的衰减规律

垂向、径向位移随楼层的变化曲线如图9所示.在距夯点220 m处，随楼层的增加，垂向、径向位移均较地面位移增大，在第2层垂向、径向位移最大，当楼层在2层以上时，位移呈减小趋势.在距夯点350 m处，各楼层测得的垂向位移与地面垂向位移基本无变化，即楼层对垂向位移的影响较小.随着楼层的增加，径向位移呈现先增大后减小的变化规律，第9层测得的径向位移最大，约是地面径向位移的4.97倍.

4 隔振沟测试效果

针对本次试验，依据已经得出的安全施工距离，对距离夯点180 m，3 m深、3 m宽的隔振沟的隔振效果进行了测试工作.设置了两个监测点：JC5、JC6，分别位于隔振沟两侧，监测点位置示意图如图10，振动测试结果见表5.

由表5可知，隔振沟前后监测点峰值加速度均是径向最大，垂向次之，环向最小；隔振沟阻碍强夯振动作用明显，经过隔振沟减振后，三向合振速PVC从5.04 mm/s衰减至4.00 mm/s，衰减率达20.6%.

图9 三向位移随楼层的变化曲线Fig.9 Vertical and radial displacement curve with the floor

表5 隔振沟隔振测试结果Tab.5 Vibration isolation vibration test results

图10 隔振沟作用测试监测点位置示意图Fig.10 Vibration isolation groove effect test monitoring point position diagram

5 结论

通过对8 000 kN·m强夯能级下粉细砂场地上强夯振动试验及其规律的研究，得到以下结论：

(1)在距振源距离小于220 m时，随着距振源距离的增大，振速衰减较快；在距振源距离大于220 m时，振速随距振源的衰减速度减小并趋于稳定.

(2)在距夯点220 m范围内，距离对垂向、径向位移的影响明显；当距夯点距离大于220 m时，影响程度明显减弱，在粉细砂场地上8 000 kN·m下安全距离可取220 m.

(3)在不同楼层处，环向振速最大，在安全施工距离内，相比于框架结构，强夯振动对砖混结构的影响较大.

(4)现场已挖隔振沟的隔振效果明显，在8 000 kN·m强夯能级作用下，隔振沟两侧振动衰减达20.6%.若未达到安全距离，可采取挖隔振沟减小振动带来的影响.