王文鵬,秦曉東

(北京振沖工程股份有限公司,北京 100102）

振動衰減測試方法確定高能級強(qiáng)夯對已有建(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題,設(shè)計采用高能級強(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)計要求,在進(jìn)行強(qiáng)夯試夯過程中應(yīng)采用一定的方法對振動影響進(jìn)行測試,為設(shè)計提供相應(yīng)的數(shù)據(jù),進(jìn)而確定強(qiáng)夯施工的范圍。為解決上述問題,采用了振動衰減測試方法進(jìn)行了強(qiáng)夯振動影響測試,對后期的大面積強(qiáng)夯施工提供了支持。通過該工程實例,介紹了振動衰減測試及其測試結(jié)果分析的方法。

振動衰減測試;強(qiáng)夯;高能級;地震加速度;地基處理;隔震溝

1 基本原理

由動力基礎(chǔ)、交通運輸、建筑施工等產(chǎn)生的振動,將通過地基土傳播向四周擴(kuò)散,對其它建(構(gòu)）筑物等會產(chǎn)生不利的影響。振動波在地基土中的傳播由于受到地基土中的內(nèi)阻尼和振動能量的擴(kuò)散,其振幅隨著離開振源的距離而逐級減小。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)。所以振動衰減測試要考慮上述諸因素,根據(jù)工程的需要選用振源及測點布置。

2 工程概述

唐山曹妃甸新建某工程場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、承載能力差的問題。主要上部土層簡述如下:

設(shè)計采用高能級強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固處理,強(qiáng)夯能級分別為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。在正式施工前需對各能級強(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;布點方式:正方形布置,中心插點。施工參數(shù)見表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;布點方式:正方形布置,中心插點。施工參數(shù)見表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)防等級為7度設(shè)防。考慮到強(qiáng)夯施工時會對場區(qū)的防浪堤產(chǎn)生一定的破壞,因此按設(shè)計要求,在強(qiáng)夯試驗施工過程中應(yīng)進(jìn)行必要的測試工作,從而確定強(qiáng)夯施工的安全距離,以避免強(qiáng)夯施工對已建海堤產(chǎn)生不利影響。海堤與地基處理區(qū)域的相對位置見圖1。

圖1 海堤與地基處理區(qū)域的相對位置圖

3 振動衰減測試目的、內(nèi)容及主要工作量

測試目的是通過監(jiān)測強(qiáng)夯時沿不同距離的地面水平加速度,確定強(qiáng)夯影響范圍,評價強(qiáng)夯施工對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)夯振動監(jiān)測工作(每組分別進(jìn)行水平徑向、水平切向、垂直向振動加速度的測試）和1組海堤強(qiáng)夯振動觀測點。測區(qū)及測點位置詳見圖2。

4 振動加速度測量方法

本工程采用振動衰減測試方法,即在距夯點沿射線方向不同距離安置振動傳感器以接受振動信號,考慮到本工程的夯擊能為12000和8000 kN· m,在距夯點水平距離10、20、40、60、80、100 m位置布置振動監(jiān)測點,考慮到監(jiān)測數(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個方向的振動監(jiān)測工作。通過對采集到的振動信號進(jìn)行時域、頻域及微分處理,繪出各測點實測強(qiáng)夯振動加速度時程曲線及頻譜曲線,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。

測試(試驗）投入的主要儀器、機(jī)械設(shè)備:RS M -24FD浮點工程動測儀1套;CD-21水平、垂直速度傳感器各3只。

5 強(qiáng)夯振動地面加速度測試結(jié)果

各組實測強(qiáng)夯振動加速度時程曲線及頻譜曲線見圖3和圖4(限于篇幅關(guān)系,每個能級試驗只選取一個點）。

圖2 12000和8000 kN·m強(qiáng)夯振動測試平面布置圖

圖3 8000 kN·m測試成果曲線圖

圖4 12000 kN·m測試成果曲線圖

需指出,強(qiáng)夯時由于夯點下土的密實程度不同,夯錘與地面的接觸方式存在一定差異,因而每次落錘觀測到的振動效果也存在一定差異?？紤]到海堤的安全,地面振動加速度分析時選用重復(fù)測試數(shù)據(jù)中的最大值。根據(jù)實測及分析結(jié)果,繪制強(qiáng)夯振動加速度與夯點至測試點距離關(guān)系曲線。

實測結(jié)果匯總于表3～6。

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

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

從各組測試結(jié)果看出,在距夯點相同距離處,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)計規(guī)范》(GB50011-2001）,本場地抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計地震基本加速度為0.15g,當(dāng)實測強(qiáng)夯振動地面加速度值<0.15g時,夯點距測點的水平距離可視為對建筑物影響的安全距離。

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

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

(1）通過對4組8000kN·m夯擊能的強(qiáng)夯振動監(jiān)測分析確定其安全距離分別為22.3、29.1、25.7、26.5 m,對結(jié)果進(jìn)行綜合分析,確定強(qiáng)夯振動影響的安全距離分別為:抗震設(shè)防烈度為7度時29.1 m;

(2）通過對4組12000 kN·m夯擊能的強(qiáng)夯振動監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行綜合分析,確定強(qiáng)夯振動影響的安全距離為31.2 m(場地抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計地震基本加速度為0.15g）;

(3）海堤上布置的No.5觀測點觀測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觀測點約31 m,為進(jìn)行強(qiáng)夯施工的最不利條件）12000 kN·m強(qiáng)夯施工不會對海堤造成破壞;

(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)夯對海堤的影響。

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

[2] 林宗元.巖土工程試驗監(jiān)測手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

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

[4] 陳昌富,李樹偉,張曉欣.某試驗區(qū)吹填軟基處理工程監(jiān)測數(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.基樁動測技術(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)管理及項目管理工作,北京市朝陽區(qū)望京西園221號博泰大廈12層,wangwpwcx@163.com。