快速液壓夯實(shí)工藝施工振動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)儀器及臨近建筑物影響

徐繼文，黃志文，李書瑭

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300461；2.中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290）

0 引言

快速強(qiáng)夯是一種地基表層加固技術(shù)，是近年來興起的一種新的地基密實(shí)處理工藝?？焖僖簤汉粚?shí)工藝常用于道路路基、箱涵及管線周邊的回填土補(bǔ)強(qiáng)施工，相比強(qiáng)夯法，其主要特點(diǎn)為夯擊能小、作用力峰值低，對(duì)周邊建筑物影響相對(duì)可控。目前國內(nèi)對(duì)強(qiáng)夯法施工振動(dòng)的研究較多，但對(duì)近年發(fā)展起來的快速液壓夯實(shí)工藝的振動(dòng)影響研究較少，特別是在大規(guī)模填海項(xiàng)目中，針對(duì)場(chǎng)內(nèi)布置的大量監(jiān)測(cè)儀器，該方面的研究基本處于空白狀態(tài)。本文以香港國際機(jī)場(chǎng)第三跑道回填項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱香港三跑項(xiàng)目）施工實(shí)踐為例，依托試驗(yàn)施工及實(shí)地監(jiān)測(cè)，對(duì)該工藝的振動(dòng)影響進(jìn)行分析[1-9]。

1 快速液壓夯實(shí)工藝原理

快速液壓夯實(shí)原理為：液壓缸將夯錘提升至一定高度后釋放，夯錘在重力和液壓蓄能器的共同作用下加速下落。落下后打擊靜壓在地面上帶緩沖墊的夯腳，再通過夯腳夯擊地面，形成對(duì)作業(yè)面的持續(xù)動(dòng)態(tài)壓實(shí)作用力，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)地基土層的密實(shí)。

2 振動(dòng)測(cè)試

2.1 振速測(cè)試方案

振沖測(cè)試儀器選用Blast-UM 測(cè)振儀，振動(dòng)速度最少觸發(fā)電平0.017 cm/s，測(cè)量精度可達(dá)0.001 cm/s，最大量程為25 cm/s。夯擊能按照設(shè)備兩個(gè)檔位分別測(cè)試，其中大檔位夯擊能為84 kJ，中檔位夯擊能為60 kJ，測(cè)點(diǎn)按照距離夯點(diǎn)5～27.5 m共設(shè)置6 個(gè)，具體測(cè)點(diǎn)布置圖如圖1 所示。

試驗(yàn)施工中，為避免單次測(cè)試出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，同時(shí)驗(yàn)證不同土質(zhì)是否對(duì)振動(dòng)影響距離存在差異性，結(jié)合不同土質(zhì)，共計(jì)開展6 次測(cè)試及讀數(shù)。

2.2 振速結(jié)果及分析

為簡(jiǎn)化分析，本文僅對(duì)三向振動(dòng)速度測(cè)數(shù)中的最大振速進(jìn)行分析。各區(qū)域測(cè)點(diǎn)最大振速測(cè)試結(jié)果見圖2，由圖可見，距離夯點(diǎn)15 m 范圍內(nèi)，振速衰減較快，在15 m 以外，衰減速度急劇降低，振速變化曲線趨于平緩。

從圖2 可以看出，84 kJ 夯擊能與60 kJ 夯擊能由于能量相差不大，對(duì)應(yīng)不同土質(zhì)引起的最大振動(dòng)速度基本相差不大，圖中在5 m 距離位置的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，84 kJ 夯擊能振速更低，分析可能為與現(xiàn)場(chǎng)表層土體松軟程度不一致導(dǎo)致的偏差。

圖2 各測(cè)點(diǎn)振速測(cè)試結(jié)果匯總表Fig.2 Test results of vibration velocity at each measuring point

不同夯擊能及土質(zhì)條件下，各測(cè)點(diǎn)振速數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。從表中可以看出，距離夯點(diǎn)15 m 作為振速衰減的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，最大振速為15.5 mm/s。

表1 各測(cè)點(diǎn)最大振速統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of maximum vibration velocity at each measuring point mm/s

2.3 液壓夯實(shí)振速影響評(píng)價(jià)

根據(jù)GB 50868—2013《建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》采用振動(dòng)速度來評(píng)價(jià)強(qiáng)夯對(duì)建筑物的振動(dòng)影響，需滿足表2 要求。

表2 強(qiáng)夯施工對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響在時(shí)域范圍內(nèi)的容許振動(dòng)速度峰值Table 2 Allowable vibration value of the influence of dynamic compaction on building structure in time domain mm/s

本次試驗(yàn)中，振速對(duì)應(yīng)的頻率范圍為25 Hz左右，按照頻率線性插值計(jì)算，對(duì)于臨時(shí)建筑物基礎(chǔ)處，容許振動(dòng)速度為16.5 mm/s，因此對(duì)于最大夯擊能84 kJ 而言，以15 m 作為施工安全距離是滿足要求的。

3 對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的影響測(cè)試

振動(dòng)對(duì)儀器的影響，由于每個(gè)項(xiàng)目的工況條件不同，現(xiàn)行規(guī)范中也沒有相應(yīng)的參考，按照模擬工況條件，測(cè)試夯實(shí)施工對(duì)回填區(qū)監(jiān)測(cè)儀器的影響程度。

3.1 測(cè)試方案

在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的MPX（分層沉降儀）及GPS（配套沉降板）兩類儀器，回填項(xiàng)目中應(yīng)用較多，且對(duì)振動(dòng)較為敏感。如這兩種儀器在試驗(yàn)測(cè)試中不損壞，則其他常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器考慮感應(yīng)器埋深及儀器本身構(gòu)造等特點(diǎn)，基本也不會(huì)受到快速液壓夯實(shí)施工的損壞影響。

試驗(yàn)夯擊能選用最大檔位84 kJ，夯點(diǎn)按照由遠(yuǎn)及近每5 m 設(shè)置一個(gè)，最近處模擬現(xiàn)場(chǎng)夯點(diǎn)布置參數(shù)，設(shè)置間距為1.25 m 的4 個(gè)夯點(diǎn)，分為A～D 共計(jì)夯擊4 次，避免單一夯擊試驗(yàn)可能出現(xiàn)的偏差，具體夯點(diǎn)布置見圖3。

圖3 監(jiān)測(cè)儀器及夯點(diǎn)布置圖Fig.3 Layout plan of monitoring instrument and compaction points

MPX 模擬現(xiàn)場(chǎng)布置儀器，設(shè)置A～D 4 個(gè)磁環(huán)，具體布置見圖4，現(xiàn)場(chǎng)夯擊測(cè)試圖見圖5。

圖4 MPX（分層沉降儀）剖面圖Fig.4 Section diagram of MPX

圖5 MPX 現(xiàn)場(chǎng)夯擊測(cè)試圖Fig.5 Photo of MPX field compaction test

3.2 結(jié)果分析及評(píng)價(jià)

1） MPX 結(jié)果分析

分析測(cè)試結(jié)果，在距離夯點(diǎn)6.25 m 以外的區(qū)域，磁環(huán)讀數(shù)基本無變化，在距離最近的1.25 m夯點(diǎn)位置時(shí)，表層磁環(huán)D 發(fā)生明顯變化，結(jié)果見表3。從表3 中可以看出，只有表層的第1 個(gè)磁環(huán)變化明顯，累計(jì)變化為10 cm 左右，而這個(gè)磁環(huán)剛好位于快速液壓夯實(shí)的有效影響范圍內(nèi)，且屬于正常施工沉降范圍內(nèi)，儀器讀數(shù)等沒有出現(xiàn)任何異常。

表3 MPX 測(cè)數(shù)匯總表Table 3 Summary of MPX measurements

2） 沉降板GPS 結(jié)果分析

沉降板的GPS 測(cè)試數(shù)據(jù)見表4 所示。其中第4 次數(shù)據(jù)差異較大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查證后，是由于當(dāng)時(shí)GPS 信號(hào)弱（已排除損壞影響），重新替換新的GPS 導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，該組數(shù)據(jù)需排除。

從表4 中距離最近影響最大的4 組試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，最大沉降值為64 mm，均屬于合理的沉降范圍內(nèi)。由此可以判定，快速液壓夯實(shí)施工在現(xiàn)有施工參數(shù)條件下，對(duì)沉降板GPS 儀器不存在損壞影響。

表4 沉降板GPS 測(cè)數(shù)匯總表Table 4 Summary of GPS readings for settlement plate

4 結(jié)語

快速液壓夯實(shí)工藝為近年來興起的一種新的地基處理方式，目前國內(nèi)對(duì)其施工振動(dòng)的專題研究較少，本文依托香港國際機(jī)場(chǎng)三跑項(xiàng)目施工實(shí)踐，對(duì)其施工振動(dòng)影響進(jìn)行了分析，并對(duì)施工中常見的監(jiān)測(cè)儀器影響也進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可得到以下結(jié)論：

1） 快速液壓夯實(shí)機(jī)在84 kJ 夯擊能條件下，對(duì)海堤等臨時(shí)建筑物的安全距離為15 m 左右；

2） 快速液壓夯實(shí)機(jī)在84 kJ 夯擊能，夯點(diǎn)布置最少間距1.25 m 的條件下，對(duì)于分層沉降儀及GPS 等常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器不存在損壞影響。