王志楠，何小飛，沈錦儒

（江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210036）

填土地基強(qiáng)夯施工地面振動監(jiān)測

王志楠，何小飛，沈錦儒

（江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210036）

摘要：某變電站的部分地段是填土場地，經(jīng)過方案比較，決定采用強(qiáng)夯法處理。由于強(qiáng)夯施工會引發(fā)地面振動，可能對附近民房安全有一定的影響。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，監(jiān)測地面振動參數(shù)，并按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估，都達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。得到的科學(xué)結(jié)論為順利建設(shè)創(chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯；振動監(jiān)測；填土地基。

1　概述

AQ500 kV變電站站區(qū)地質(zhì)條件尚好，但部分地段水塘面積達(dá)3400 m2，填土厚度較大。對填土場地必須進(jìn)行地基處理。

經(jīng)方案比較和專家評審決定采用分層碾壓和強(qiáng)夯相結(jié)合的方案。在工程實(shí)施前選擇了220 kV配電裝置區(qū)的一角場地進(jìn)行試夯。以獲取必要的設(shè)計(jì)、施工參數(shù)，同時對強(qiáng)夯沖擊波引起不同距離的地面振幅、速度和加速度等重要參數(shù)進(jìn)行必要的監(jiān)測和研究，評估其對環(huán)境的影響。

2　巖土工程條件與試夯工程

2.1強(qiáng)夯區(qū)巖土工程條件

（1）場地設(shè)計(jì)高程為25.85 m，強(qiáng)夯區(qū)填土厚度為4～6.5 m。

（2）強(qiáng)夯區(qū)原狀土為③層粉質(zhì)粘土、④層粉質(zhì)粘土、⑤1層細(xì)砂巖、⑥1層泥巖。

（3）強(qiáng)夯區(qū)填土前將表層耕土和塘底軟土清除干凈后，分層填土。當(dāng)填土達(dá)到標(biāo)高后，用壓路機(jī)對土體表層進(jìn)行碾壓，以使表層密實(shí)，防止雨水下滲。填土面標(biāo)高需形成排水坡度，在強(qiáng)夯區(qū)南、北兩側(cè)各挖一條排水溝，將地表水引流至西側(cè)低洼的水塘內(nèi)。填土的土源盡量選擇透水性好的土，如表層開挖的全風(fēng)化細(xì)砂巖及泥巖或爆破的石料（粒徑控制在300 mm以內(nèi)），摻合挖方區(qū)的粉質(zhì)粘土或粉煤灰，粉粒以下的含量宜小于10%。

2.2 試夯工程

2.2.1試夯區(qū)的選擇

AQ500 kV變電站的強(qiáng)夯區(qū)位于站區(qū)的西南角（圖1），強(qiáng)夯區(qū)內(nèi)的水塘，為強(qiáng)夯處理厚度最大處，試夯區(qū)就選在該水塘處。強(qiáng)夯場地鄰近的建筑物為居民民房，主要為2層樓房，少量為土坯房，強(qiáng)夯區(qū)邊界距最近的民房約130 m。

圖1　強(qiáng)夯區(qū)、試夯區(qū)的平面位置圖

2.2.2試夯設(shè)計(jì)與施工

強(qiáng)夯需處理的土層厚度≤6.5 m，根據(jù)DL/T5024-2005式（8.1.4）估算，當(dāng)影響系數(shù)α=0.6時，需要的夯擊能量為1174 kJ，設(shè)計(jì)采用的強(qiáng)夯參數(shù)見表1。

表1　強(qiáng)夯參數(shù)

3　地面振動監(jiān)測

3.1振動監(jiān)測設(shè)備及方法

（1）儀器設(shè)備

主要的儀器設(shè)備見表2。傳感器有2類分別為垂直向、水平向（徑向和環(huán)向）。整套測振設(shè)備在試驗(yàn)前均要進(jìn)行標(biāo)定，并以標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

表2　主要監(jiān)測設(shè)備

（2）測點(diǎn)的安置與測試方法

測振點(diǎn)不應(yīng)設(shè)在松軟的地層上，每測點(diǎn)處打一根長50 cm、 截面為10 cm×10 cm的木樁，拾振器就固定安裝在木樁頂端。拾振器放置方向應(yīng)根據(jù)需要而定，測鉛垂向的振動就垂直放置，測水平向振動的就水平放置。當(dāng)夯錘提起后，儀器進(jìn)入采集狀態(tài)，采集時間設(shè)置為15 s。強(qiáng)夯振動全過程可以被記錄下來。每夯擊一次作為一個文件儲存。

強(qiáng)夯試驗(yàn)時對地面振動的監(jiān)測應(yīng)遵循的國家規(guī)范是：國家標(biāo)準(zhǔn)GB10071-88《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》。

3.2監(jiān)測點(diǎn)的布置與分組

本次強(qiáng)夯振動監(jiān)測的重點(diǎn)是變電站周邊房屋所在地的振動。同時也對夯擊點(diǎn)附近的振動情況進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)布置了6處（圖2）。夯點(diǎn)1～3在強(qiáng)夯試驗(yàn)場地內(nèi)，監(jiān)測點(diǎn)A在1～3號夯點(diǎn)附近，監(jiān)測點(diǎn)4在變電站北墻外的2層房屋南墻外0.5 m處，監(jiān)測點(diǎn)5在變電站圍墻西側(cè)的1層臨建南墻外0.5 m處。

圖2　試夯時測點(diǎn)布置圖

夯點(diǎn)1～3與測點(diǎn)A配合為3組監(jiān)測項(xiàng)目，列為第1～3組。夯點(diǎn)1～3與監(jiān)測點(diǎn)4、5配合共計(jì)完成6組監(jiān)測項(xiàng)目。由于測點(diǎn)4、5與夯點(diǎn)1～3的距離相差不大，故按夯點(diǎn)1～3的平均距離考慮，列為第4組、第5組分析。各組測點(diǎn)與強(qiáng)夯點(diǎn)的距離按坐標(biāo)值計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　各組監(jiān)測點(diǎn)與夯點(diǎn)間的距離

3.3強(qiáng)夯振動監(jiān)測的成果

強(qiáng)夯振動監(jiān)測的成果見表4、表5。

表4　鉛垂向振動成果

表5　水平向振動成果

由表4、5中可以看出，振動加速度a在夯擊點(diǎn)的附近是鉛垂向?yàn)樽畲?，水平徑向次之，水平環(huán)向最??；在離夯擊點(diǎn)24 m以外時，經(jīng)過衰減后，則以水平徑向?yàn)樽畲螅U垂向次之，水平環(huán)向依然最??；當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)在200 m以外的遠(yuǎn)處，強(qiáng)夯引起的地面振動已衰減得十分微弱。

圖3表示100 m內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)3個方向的地面振動加速度a隨距離r變化的曲線圖。從圖中可見3條曲線互有交叉，顯示了它們的數(shù)值大小發(fā)生多次變化的情況。

圖3　三個方向地面振動加速度a隨距離r變化曲線圖

圖4　三個方向地面振動位移d隨距離r變化曲線圖

圖4表示100 m內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)3個方向的地面振動位移d隨距離r變化的曲線圖。圖中水平環(huán)向的位移曲線始終在上面，鉛垂向的位移曲線在最下方。顯示了水平環(huán)向的地面振動位移總是大于另外兩個方向，而鉛垂向的地面振動位移始終是最小的。

4　振動監(jiān)測成果的環(huán)境安全評估

4.1強(qiáng)夯振動監(jiān)測成果的整理

現(xiàn)將水平向合成的振動加速度a、三向合成的振動速度v、三向合成的振動位移d及鉛垂向的振動加速度級VAL見表6。

表6　整理后的振動監(jiān)測成果

4.2 安全評估

4.2.1對振動速度的安全評估

將實(shí)測各組振動速度三向合成的數(shù)據(jù)及其擬合曲線示于圖5。由擬合曲線可見振源近處衰減很快，遠(yuǎn)處衰減很慢。圖中擬合曲線的方程式為：

圖5　三向合成的地面振動速度v與離夯點(diǎn)距離r關(guān)系曲線圖

由式（1）可知，地面振動速度v由兩部分組成，一部分以r-2.16的形式傳播，直至遠(yuǎn)處，另一部分以e-0.2r的形式傳播，傳到60 m處已趨消失。由計(jì)算數(shù)據(jù)可知振源附近15 m范圍以前，式（1）中兩部分的比例約為10∶6，以遠(yuǎn)則前者的比例逐漸增大，直至60 m處變?yōu)?0∶0.01。

將實(shí)測值與方程（1）的計(jì)算值見表7，可見兩者較接近。

表7　各組三向合成的速度v及擬合曲線的計(jì)算值

一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物安全允許振動速度v（cm/s）如下：

“＜10 Hz，2.0～2.5；10～50 Hz，2.3～2.8，50～100 Hz，2.7～3.0”。

從表7可見r=24.52 m處的地面振動速度已經(jīng)在安全允許標(biāo)準(zhǔn)以下了。

4.2.2對鉛垂向Z振級的安全評估

對照國家標(biāo)準(zhǔn)GB10070-88規(guī)定的城市各類區(qū)域鉛垂向的Z振級標(biāo)準(zhǔn)值。本工程屬于居民、文教區(qū)，其鉛垂向的Z振級標(biāo)準(zhǔn)值為：晝間70 dB，夜間67 dB。

距離夯擊點(diǎn)24.5 m處監(jiān)測到的鉛垂向的Z振級VAL為95.2 dB，高于安全允許標(biāo)準(zhǔn)值70 dB。距離夯擊點(diǎn)213.28 m監(jiān)測到鉛垂向的Z振級VAL為59.7 dB，低于安全允許標(biāo)準(zhǔn)值。從24.5 ～213.28 m，究竟距離r為何值時才能達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)呢？

將各組實(shí)測的鉛錘向Z振級VAL數(shù)據(jù)與擬合曲線繪于圖6。圖6中擬合曲線的方程式為：

圖6　鉛錘向Z振級VAL與離夯點(diǎn)距離r關(guān)系曲線圖

擬合曲線是以對數(shù)曲線的形式衰減，近處衰減略快，遠(yuǎn)處衰減略慢。在半對數(shù)坐標(biāo)系內(nèi)呈直線狀。將實(shí)測值與方程（2）的計(jì)算值列于表8，兩者比較接近。

表8　鉛錘向Z振級VAL實(shí)測值及擬合曲線的計(jì)算值

上表顯示：當(dāng)距夯擊點(diǎn)125.0 m時，VAL=66.4 dB，低于國家規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，而居民點(diǎn)離強(qiáng)夯施工區(qū)的邊緣在125 m以上，可見本工程強(qiáng)夯施工時振動加速度鉛錘向Z振級都能控制在國家規(guī)定的允許值以下。

4.2.3對地面振動加速度a的安全評估

“當(dāng)有自由場地強(qiáng)震動記錄時，水平向地震動峰值加速度可作為綜合評定地震烈度的參考指標(biāo)”。

從表6中的數(shù)據(jù)可以看出，距離振源24.52 m處，水平地面運(yùn)動峰值加速度a為0.58 m/s2，相當(dāng)于0.06 g，對應(yīng)于《中國地震烈度表》中的烈度為Ⅵ度。根據(jù)圖3推算，距離振源125 m處的地面運(yùn)動峰值加速度a約為0.07 m/s2，表6顯示的地面振動速度v =0.037 cm/s，所以當(dāng)r =125 m時，強(qiáng)夯所引起的水平地面運(yùn)動微弱。

4.2.4對地面振動位移d的安全評估

從圖4中可見，3個方向的地面振動位移d隨離夯點(diǎn)的距離r的增大均急劇地衰減，當(dāng)r達(dá)到50 m時，3條曲線幾乎都與橫坐標(biāo)接近了。表6中的三向合成的位移值，當(dāng)r =24.52 m和213.28 m時，位移值d分別為0.60 mm和0.004 mm。經(jīng)推算，當(dāng)r =125 m時，d＜0.1 mm，此振幅值除對精密儀器設(shè)備有一定影響外，對一般建筑物不會造成損壞?？梢姳竟こ虖?qiáng)夯施工引起的地面振動，不會造成周邊民居和臨建發(fā)生損壞。

4.3振動影響場地的分區(qū)

根據(jù)本次實(shí)測數(shù)據(jù)和擬合曲線，參考有關(guān)國內(nèi)外資料，以振動加速度作為判據(jù)，按建（構(gòu)）筑物破壞標(biāo)準(zhǔn)或人體對振動的允許標(biāo)準(zhǔn)，可將振動影響場地劃分為4區(qū)。

（1）振動破壞區(qū)：離夯點(diǎn)小于15 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動加速度大于4.0 m/s2，速度大于5 cm/s，振幅大于1.0 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值大于100 dB。振動將對該區(qū)域內(nèi)一般建筑物造成破壞。

（2）振動損壞區(qū)：離夯點(diǎn)15～30 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動加速度為0.2～4.0 m/s2，速度為1～5 cm/s，振幅0.4～2.6 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值為90～100 dB。振動將對該區(qū)域內(nèi)一般建筑物造成一定程度損壞。

（3）相對安全區(qū)：離夯點(diǎn)30～125 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動加速度小于0.2 m/s2，速度小于1 cm/s，振幅小于0.4 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值大于67 dB，未達(dá)標(biāo)。振動對該區(qū)域內(nèi)除精密儀器設(shè)備有一定影響和使部分居民感到煩躁外，對一般建筑物不會造成損壞。

（4） 安全區(qū)：離夯點(diǎn)125 m以外。r=125 m處的振動加速度已小于0.1 m/s2，振動速度小于0.11 cm/s，振幅小于0.1 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值為66.4 dB，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，振動對該區(qū)域內(nèi)的一切都沒有不安全的影響。

5　結(jié)語

（1）距夯擊點(diǎn)24.52 m處監(jiān)測到的地面振動速度僅13.8 mm/s，已小于國家規(guī)定的允許值，距夯擊點(diǎn)125 m處的地面振動速度的推算值為0.37 mm/s，遠(yuǎn)小于國家規(guī)定的允許值。

（2）距夯擊點(diǎn)24.52 m處的地面水平加速度值為0.58 m/s2，相當(dāng)于我國地震烈度表中的Ⅵ度，距離夯擊點(diǎn)125 m處的地面水平加速度值為0.07 m/s2，強(qiáng)夯引起的水平地面運(yùn)動微弱。

（3）距夯擊點(diǎn)125 m處的振動加速度Z振級值為66.4 dB，其余評估指標(biāo)均小于國家規(guī)定的允許值。

（4）本工程強(qiáng)夯施工期間，距離夯點(diǎn)15 m以內(nèi)屬振動破壞區(qū)；15～30 m間的區(qū)域是振動損壞區(qū)；30～125 m間為相對安全區(qū)；125 m以遠(yuǎn)為安全區(qū)。變電站圍墻外的房屋均在安全區(qū)內(nèi)，強(qiáng)夯施工對它們不會產(chǎn)生任何影響。

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中圖分類號：TU4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913（2015）02-0005-05

* 收稿日期：2014-07-04

作者簡介：王志楠（1983- ），女，江蘇鹽城市人，工程師，從事巖土工程工作。

Ground Vibration Monitoring of Dynamic Compaction Construction on the Filled Ground

WANG Zhi-nan， HE Xiao-fei， SHEN Jin-ru
（Jiangsu Electric Power Design Institute， Nanjing 210036， China）

Abstract：Some sections of a substation is filling site， through scheme comparison， decided to use dynamic compaction processing. Ground vibration associated with dynamic compaction construction could cause the disturbance and interference to the nearby residents and their properties.Before the start of the construction， ground vibration parameters were obtained through field test monitoring. The possible impact was evaluated according to the relevant national standards.The scientific conclusion obtained creates favourable conditions for the smooth construction.

Key words：dynamic compaction；vibration monitoring；fill foundation.