振動(dòng)衰減測(cè)試方法確定高能級(jí)強(qiáng)夯對(duì)已有建(構(gòu)）筑物的影響距離

王文鵬,秦曉東

(北京振沖工程股份有限公司,北京 100102）

振動(dòng)衰減測(cè)試方法確定高能級(jí)強(qiáng)夯對(duì)已有建(構(gòu)）筑物的影響距離

王文鵬,秦曉東

(北京振沖工程股份有限公司,北京 100102）

某大型新建工程場(chǎng)地為近期吹砂填海方式形成,根據(jù)有關(guān)資料及勘察揭露,上部吹填層及原有細(xì)砂層存在地震液化及承載能力差的問(wèn)題,設(shè)計(jì)采用高能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行處理。在地基處理區(qū)域處有一道永久防浪堤,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,在進(jìn)行強(qiáng)夯試夯過(guò)程中應(yīng)采用一定的方法對(duì)振動(dòng)影響進(jìn)行測(cè)試,為設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù),進(jìn)而確定強(qiáng)夯施工的范圍。為解決上述問(wèn)題,采用了振動(dòng)衰減測(cè)試方法進(jìn)行了強(qiáng)夯振動(dòng)影響測(cè)試,對(duì)后期的大面積強(qiáng)夯施工提供了支持。通過(guò)該工程實(shí)例,介紹了振動(dòng)衰減測(cè)試及其測(cè)試結(jié)果分析的方法。

振動(dòng)衰減測(cè)試;強(qiáng)夯;高能級(jí);地震加速度;地基處理;隔震溝

1 基本原理

由動(dòng)力基礎(chǔ)、交通運(yùn)輸、建筑施工等產(chǎn)生的振動(dòng),將通過(guò)地基土傳播向四周擴(kuò)散,對(duì)其它建(構(gòu)）筑物等會(huì)產(chǎn)生不利的影響。振動(dòng)波在地基土中的傳播由于受到地基土中的內(nèi)阻尼和振動(dòng)能量的擴(kuò)散,其振幅隨著離開(kāi)振源的距離而逐級(jí)減小。研究表明,體波的振幅與傳播距離r-1成正比減小,而表面波振幅與傳播距離r-1/2成正比減小。振動(dòng)波在地基土中的衰減的快慢與地基土的類別有密切的關(guān)系,還與振源的性質(zhì)、能量大小、激振頻率、振源距離等因素有關(guān)。所以振動(dòng)衰減測(cè)試要考慮上述諸因素,根據(jù)工程的需要選用振源及測(cè)點(diǎn)布置。

2 工程概述

唐山曹妃甸新建某工程場(chǎng)地為近期吹砂填海方式形成,原自然地面標(biāo)高為-4.6～-0.79 m,場(chǎng)地吹填后將形成5～9.0 m厚的回填土層。根據(jù)有關(guān)資料及勘察揭露,場(chǎng)地內(nèi)覆蓋層主要由第三系和第四系地層構(gòu)成,在勘察深度范圍內(nèi)主要為第四系海相地層(上覆填土層）,根據(jù)其時(shí)代成因、巖性及物理力學(xué)性質(zhì),自上而下分為12層,上部①層吹填土層以及原海床下一定深度范圍內(nèi)的②層細(xì)砂物理力學(xué)性質(zhì)較差,存在地震液化、承載能力差的問(wèn)題。主要上部土層簡(jiǎn)述如下:

設(shè)計(jì)采用高能級(jí)強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固處理,強(qiáng)夯能級(jí)分別為12000和8000 kN·m兩種,處理后的地基承載力分別達(dá)到250和200 kPa,并且消除回填砂層以及②層細(xì)砂的的液化。在正式施工前需對(duì)各能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行試夯,從而最終確定強(qiáng)夯施工的具體施工參數(shù)。

試夯區(qū)域Ⅰ:采用12000 kN·m夯擊能;布點(diǎn)方式:正方形布置,中心插點(diǎn)。施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 12000 kN·m夯擊能施工參數(shù)表

試夯區(qū)域Ⅱ:采用8000 kN·m夯擊能;布點(diǎn)方式:正方形布置,中心插點(diǎn)。施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 8000 kN·m夯擊能強(qiáng)夯施工參數(shù)表

在地基處理區(qū)域南側(cè)外有一道永久防浪堤,海堤工程的地震設(shè)防等級(jí)為7度設(shè)防?？紤]到強(qiáng)夯施工時(shí)會(huì)對(duì)場(chǎng)區(qū)的防浪堤產(chǎn)生一定的破壞,因此按設(shè)計(jì)要求,在強(qiáng)夯試驗(yàn)施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行必要的測(cè)試工作,從而確定強(qiáng)夯施工的安全距離,以避免強(qiáng)夯施工對(duì)已建海堤產(chǎn)生不利影響。海堤與地基處理區(qū)域的相對(duì)位置見(jiàn)圖1。

圖1 海堤與地基處理區(qū)域的相對(duì)位置圖

3 振動(dòng)衰減測(cè)試目的、內(nèi)容及主要工作量

測(cè)試目的是通過(guò)監(jiān)測(cè)強(qiáng)夯時(shí)沿不同距離的地面水平加速度,確定強(qiáng)夯影響范圍,評(píng)價(jià)強(qiáng)夯施工對(duì)已建海堤及其他既有建筑、構(gòu)筑物的安全距離,為強(qiáng)夯施工提供參數(shù)。

工作量布置:在指定試夯區(qū)域布置4組12000 kN·m夯擊能、4組8000 kN·m夯擊能的強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作(每組分別進(jìn)行水平徑向、水平切向、垂直向振動(dòng)加速度的測(cè)試）和1組海堤強(qiáng)夯振動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)區(qū)及測(cè)點(diǎn)位置詳見(jiàn)圖2。

4 振動(dòng)加速度測(cè)量方法

本工程采用振動(dòng)衰減測(cè)試方法,即在距夯點(diǎn)沿射線方向不同距離安置振動(dòng)傳感器以接受振動(dòng)信號(hào),考慮到本工程的夯擊能為12000和8000 kN· m,在距夯點(diǎn)水平距離10、20、40、60、80、100 m位置布置振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn),考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性,本工程分別進(jìn)行了垂向、水平徑向、水平切向3個(gè)方向的振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作。通過(guò)對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域及微分處理,繪出各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)強(qiáng)夯振動(dòng)加速度時(shí)程曲線及頻譜曲線,在此基礎(chǔ)上繪制地面最大加速度振幅隨夯點(diǎn)距離變化的曲線,按當(dāng)?shù)氐卣鹆叶仍O(shè)防確定相應(yīng)的安全距離。

測(cè)試(試驗(yàn)）投入的主要儀器、機(jī)械設(shè)備:RS M -24FD浮點(diǎn)工程動(dòng)測(cè)儀1套;CD-21水平、垂直速度傳感器各3只。

5 強(qiáng)夯振動(dòng)地面加速度測(cè)試結(jié)果

各組實(shí)測(cè)強(qiáng)夯振動(dòng)加速度時(shí)程曲線及頻譜曲線見(jiàn)圖3和圖4(限于篇幅關(guān)系,每個(gè)能級(jí)試驗(yàn)只選取一個(gè)點(diǎn)）。

圖2 12000和8000 kN·m強(qiáng)夯振動(dòng)測(cè)試平面布置圖

圖3 8000 kN·m測(cè)試成果曲線圖

圖4 12000 kN·m測(cè)試成果曲線圖

需指出,強(qiáng)夯時(shí)由于夯點(diǎn)下土的密實(shí)程度不同,夯錘與地面的接觸方式存在一定差異,因而每次落錘觀測(cè)到的振動(dòng)效果也存在一定差異。考慮到海堤的安全,地面振動(dòng)加速度分析時(shí)選用重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)中的最大值。根據(jù)實(shí)測(cè)及分析結(jié)果,繪制強(qiáng)夯振動(dòng)加速度與夯點(diǎn)至測(cè)試點(diǎn)距離關(guān)系曲線。

實(shí)測(cè)結(jié)果匯總于表3～6。

表3 強(qiáng)夯(8000 kN·m）振動(dòng)地面加速度測(cè)試結(jié)果匯總表

表4 強(qiáng)夯(8000 kN·m）振動(dòng)峰值頻率測(cè)試結(jié)果匯總表

從各組測(cè)試結(jié)果看出,在距夯點(diǎn)相同距離處,水平徑向加速度值最大,垂直加速度值次之,水平切向加速度值最小,因此按最不利因素考慮可用水平徑向加速度值確定強(qiáng)夯的安全距離。

7 結(jié)論與建議

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001）,本場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.15g,當(dāng)實(shí)測(cè)強(qiáng)夯振動(dòng)地面加速度值<0.15g時(shí),夯點(diǎn)距測(cè)點(diǎn)的水平距離可視為對(duì)建筑物影響的安全距離。

表5 強(qiáng)夯(12000 kN·m）振動(dòng)地面加速度測(cè)試結(jié)果匯總表

表6 強(qiáng)夯(12000 kN·m）振動(dòng)峰值頻率測(cè)試結(jié)果匯總表

(1）通過(guò)對(duì)4組8000kN·m夯擊能的強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析確定其安全距離分別為22.3、29.1、25.7、26.5 m,對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合分析,確定強(qiáng)夯振動(dòng)影響的安全距離分別為:抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)29.1 m;

(2）通過(guò)對(duì)4組12000 kN·m夯擊能的強(qiáng)夯振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析,確定強(qiáng)夯振動(dòng)影響的安全距離為31.2 m(場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.15g）;

(3）海堤上布置的No.5觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到的最大水平徑向加速度值為1.31 m/s2,在No.3位置處(距No.5觀測(cè)點(diǎn)約31 m,為進(jìn)行強(qiáng)夯施工的最不利條件）12000 kN·m強(qiáng)夯施工不會(huì)對(duì)海堤造成破壞;

(4）若需在強(qiáng)夯安全影響范圍內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)夯施工,建議在施工區(qū)域與海堤之間設(shè)置隔振溝以降低強(qiáng)夯對(duì)海堤的影響。

[1] GB 5007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[3] GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 陳昌富,李樹(shù)偉,張曉欣.某試驗(yàn)區(qū)吹填軟基處理工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2009,36(7）:46-49.

[5] 王雪峰,吳世明.基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

Influence D istance of High-energy LevelDynam ic Compaction to Existed Building Determ ined by Vibration Atten-uation Test

WANGW en-peng,Q IN Xiao2dong(BeijingVibroflotation Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100102,China）

The paper introduced a large newly built engineering site,which was for med by filling sand for sea reclamation in the recent.The investigation exposed that there were earthquake liquefaction and low bearing capacity in the upper for-mation,high-energy compactionwasplaned for treatment;and the safe distance should be determined to avoid the vibration influence to the existed per manent breakwater by testing.The vibration attenuation testwas adopted to have dynamic com-paction vibration test to support the late large-scale compaction construction.The vibration attenuation test and the test re-sult analysiswere illustrated with the engineering case.

vibration attenuation test;dynamic compaction;high-energy level;seismic acceleration;ground treatment; seis mic isolation groove

TU41

:A

:1672-7428(2010）12-0061-04

2010-06-22

王文鵬(1978-）,男(漢族）,河北吳橋人,北京振沖工程股份有限公司工程師,巖土工程專業(yè),從事巖土工程施工的技術(shù)管理及項(xiàng)目管理工作,北京市朝陽(yáng)區(qū)望京西園221號(hào)博泰大廈12層,wangwpwcx@163.com。