解林博，劉洋

0　引言

強(qiáng)夯法于1978年開(kāi)始引入國(guó)內(nèi)，經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，由于其工藝簡(jiǎn)單，施工迅速，效果顯著，在地基加固方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而，強(qiáng)夯振動(dòng)會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，其對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境的影響是個(gè)不容忽視的問(wèn)題，強(qiáng)夯不僅產(chǎn)生巨大噪音，影響人們的正常生活，產(chǎn)生的振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懼苓吋扔薪ǎ?gòu)）筑物的使用安全。

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究。如MENG Qing-juan等[1]做了強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境影響的模型試驗(yàn)；Pan J L等[2]研究模擬動(dòng)力荷載作用下松散土壤的強(qiáng)夯效果；Hwang JH等[3]分析隔離溝槽隨距離遠(yuǎn)近對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)的衰減幅度的影響；尚軍雷等[4]研究振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物的危害，并提出相應(yīng)的減振措施；雷學(xué)文等[5]研究強(qiáng)夯引起的振動(dòng)規(guī)律、施工安全距離，并提出減振措施；吳小波[6]研究強(qiáng)夯振動(dòng)衰減規(guī)律和周邊環(huán)境影響評(píng)價(jià)；杭的平[7]研究隔振溝的減振效果；張濤等[8]通過(guò)某高速公路工程高填路基強(qiáng)夯處理作業(yè)振動(dòng)進(jìn)行的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，就強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響問(wèn)題進(jìn)行了研究，得出強(qiáng)夯振動(dòng)地面速度、加速度隨距離衰減的公式；高志義等[9]進(jìn)行了沉箱碼頭后方強(qiáng)夯試驗(yàn)研究；王曉昱[10]等研究強(qiáng)夯置換法在碼頭前沿區(qū)地基處理中的應(yīng)用。

雖然在強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周邊影響問(wèn)題上已經(jīng)取得了一些成果，但是由于土力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周邊的影響無(wú)法全部靠理論預(yù)測(cè)，對(duì)于工程周邊存在重要建（構(gòu)）筑物的情況，往往需要對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，確定影響大小，并采取相應(yīng)隔振措施。本項(xiàng)目強(qiáng)夯區(qū)邊界距離海堤最近處僅有14 m，強(qiáng)夯產(chǎn)生的振動(dòng)很可能影響海堤的結(jié)構(gòu)安全，因而非常有必要對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)的影響及對(duì)應(yīng)措施進(jìn)行研究，確保工程的安全進(jìn)行。

1　工程概況

本項(xiàng)目為人工島填筑，位于海南儋州，距離海岸大于600 m，總跨度6.8 km。人工島建設(shè)首先在海中修建圍堰，然后吹填淤泥+陸推素填土而形成陸域，由于是回填形成的場(chǎng)地，滿足不了以后建筑物對(duì)地基承載力和變形的要求，擬對(duì)回填的素填土采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理。強(qiáng)夯前選擇2個(gè)具有代表性的區(qū)域（均為30 m×30 m）進(jìn)行試夯，2個(gè)區(qū)域距離海堤最近距離為14 m。試驗(yàn)1區(qū)夯擊能為1 500 kN·m，試驗(yàn)2區(qū)夯擊能為3 000 kN·m。

試驗(yàn)區(qū)表層主要為堆填形成的素填土，堆填厚度為3.6～7.0 m。素填土下為回填之前的原狀土，上部為珊瑚碎屑層，灰色，稍密，主要由珊瑚碎塊，礫石、砂粒、貝殼等組成，再往下為粉質(zhì)黏土。

試驗(yàn)采用兩遍點(diǎn)夯、一遍滿夯的方案。點(diǎn)夯夯點(diǎn)采用正方形布置，夯點(diǎn)間距5 m。最后1遍為全場(chǎng)滿夯，夯擊時(shí)點(diǎn)與點(diǎn)之間搭接1/4錘徑。強(qiáng)夯施工工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　強(qiáng)夯施工工藝參數(shù)Table 1　Dynamic compaction construction process parameters

2　儀器及布置

測(cè)定強(qiáng)夯振動(dòng)的儀器采用CSA24地震儀。夯點(diǎn)不同距離處布置測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)強(qiáng)夯過(guò)程中土中的振動(dòng)速度。

海堤處設(shè)計(jì)振動(dòng)速度為5 cm/s，大于5 cm/s需報(bào)設(shè)計(jì)單位并采取相應(yīng)措施。

試驗(yàn)1區(qū)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，圖中編號(hào)①～⑦代表強(qiáng)夯夯擊點(diǎn)，編號(hào)1～5號(hào)代表測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)處埋設(shè)拾振器。

圖1　試驗(yàn)1區(qū)測(cè)點(diǎn)布置圖（cm）Fig.1　Layout of measuring pointsin the first test area（cm）

拾振器間隔2 m，5號(hào)拾振器距海堤控制線僅有3 m。初次夯擊時(shí)，夯點(diǎn)距最近的拾振器33 m，然后夯點(diǎn)以每次5 m的間隔向拾振器靠近，最后1次夯擊時(shí)夯點(diǎn)距離最近的拾振器僅有3 m，距海堤控制線僅有14 m。試驗(yàn)1區(qū)共測(cè)得7組振動(dòng)速度數(shù)據(jù)。

3　試驗(yàn)1區(qū)試驗(yàn)結(jié)果

夯擊時(shí)，地震儀測(cè)得波形圖，經(jīng)過(guò)處理之后，可以得到測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)速度。將每一個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)測(cè)量到的不同夯擊點(diǎn)振動(dòng)引起的水平向振動(dòng)速度繪制成曲線，得到圖2。

圖2　試驗(yàn)1區(qū)水平速度與距夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線Fig.2　Curve about horizontal velocity and distance of tamping points in the first test area

圖2為試驗(yàn)1區(qū)5個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)得的最大水平振動(dòng)速度與距夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線。不同次數(shù)的夯擊時(shí)，測(cè)點(diǎn)距夯點(diǎn)距離存在重疊，由圖可以看出，不同測(cè)量次數(shù)時(shí)，距離重疊部分的振動(dòng)速度基本相同，說(shuō)明測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。

從圖2中曲線的整體走向來(lái)看，隨著與夯點(diǎn)距離的增大，振動(dòng)速度越來(lái)越小，最終趨近于零。當(dāng)與夯點(diǎn)距離較小時(shí)，振動(dòng)速度與距夯點(diǎn)距離近似呈線性關(guān)系，隨著與夯點(diǎn)距離的增大，曲線斜率越來(lái)越小，說(shuō)明振動(dòng)速度減小的越來(lái)越慢。

試驗(yàn)1區(qū)域測(cè)得當(dāng)最大水平速度為257.7 mm/s時(shí)，距離夯點(diǎn)3 m。隨著間距的增大，測(cè)得的水平速度逐漸降低，測(cè)得當(dāng)最小水平速度為18.4 mm/s時(shí)，距離夯點(diǎn)41 m。由圖2可以得出，當(dāng)距離夯點(diǎn)間距大于22 m時(shí)，水平方向上的振動(dòng)速度小于50 mm/s。

施工場(chǎng)地海堤控制線離夯點(diǎn)的最小距離為14 m，而由圖2可以看出距夯點(diǎn)14 m處振動(dòng)速度約13 cm/s，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的5 cm/s的限值，說(shuō)明采用1 500 kN·m夯擊能時(shí)，如不采取措施，則夯擊產(chǎn)生的振動(dòng)不能滿足設(shè)計(jì)限值要求，可能對(duì)海堤造成破壞。

4　隔振溝布置和試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)2區(qū)夯擊能為3 000 kN·m。通過(guò)試驗(yàn)1區(qū)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)隔振措施時(shí)海堤處振動(dòng)速度超過(guò)設(shè)計(jì)限值，因而在試驗(yàn)2區(qū)將采用隔振措施。對(duì)于強(qiáng)夯工程，最常用的隔振措施是開(kāi)挖隔振溝，隔振溝工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，試驗(yàn)2區(qū)即在海堤和強(qiáng)夯區(qū)之間開(kāi)挖1條隔振溝。試驗(yàn)2區(qū)夯點(diǎn)和拾振器的布置方式與試驗(yàn)1區(qū)基本一致，但是在拾振器2號(hào)和3號(hào)之間設(shè)置了1條隔振溝，因而拾振器之間的間隔有所調(diào)整，見(jiàn)圖3所示。隔振溝寬1 m，深2 m。

圖3　試驗(yàn)2區(qū)測(cè)點(diǎn)布置圖（cm）Fig.3　Layout of measuring pointsin the second test area（cm）

試驗(yàn)2區(qū)振動(dòng)速度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4～圖5。

圖4　試驗(yàn)2區(qū)隔振溝外水平速度與距夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線Fig.4　Curve about horizontal velocity and distance of tamping points outside of vibration isolation ditch in thesecond test area

圖5　試驗(yàn)2區(qū)隔振溝內(nèi)水平速度與距夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線Fig.5　Curveabout horizontal velocity and distance of tamping points inside of vibration isolation ditch in the second test area

圖4和圖5為試驗(yàn)2區(qū)5個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)得的最大水平振動(dòng)速度與距夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線。5條曲線上都包含7個(gè)夯擊點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其中前1號(hào)，2號(hào)點(diǎn)與夯點(diǎn)處于隔振溝的同一側(cè)，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)測(cè)點(diǎn)與夯點(diǎn)由隔振溝隔開(kāi)。

試驗(yàn)2區(qū)測(cè)得隔振溝外最大水平速度為53.8 mm/s，距離夯點(diǎn)8 m。隨著間距的增大，測(cè)得水平速度逐漸降低，測(cè)得最小水平速度為1.2 mm/s，此時(shí)距離夯點(diǎn)42 m。由圖4可以得出，當(dāng)距離夯點(diǎn)間距大于10 m時(shí)，水平方向上的振動(dòng)速度小于50 mm/s。

試驗(yàn)2區(qū)測(cè)得隔振溝內(nèi)最大水平速度225.0 mm/s，距離夯點(diǎn)3.5 m。隨著間距的增大，測(cè)得的水平速度逐漸降低，測(cè)得最小水平速度為4.8 mm/s，此時(shí)距離夯點(diǎn)35.5 m。由圖5可以得出，當(dāng)距離夯點(diǎn)間距大于23.5 m時(shí)，水平方向上的振動(dòng)速度小于50 mm/s。

由此可見(jiàn)，隔著隔振溝兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)之間有較大的速度差異，50 mm/s的控制距離由23.5 m縮減到了10 m。說(shuō)明開(kāi)挖隔振溝之后，極大地削弱了強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)海堤的不利影響，滿足了距離14 m的要求。

5　不同強(qiáng)夯能級(jí)下振動(dòng)速度的對(duì)比分析

為了分析強(qiáng)夯能級(jí)對(duì)振動(dòng)速度的影響，選取試驗(yàn) 1區(qū)（1 500 kN·m）和試驗(yàn) 2區(qū)（3 000 kN·m）的測(cè)點(diǎn)2，兩個(gè)區(qū)的測(cè)點(diǎn)2都和7個(gè)夯點(diǎn)處于隔振溝的同一側(cè)，而且離海堤的距離相近，具有可比較性。兩個(gè)區(qū)測(cè)點(diǎn)2的振動(dòng)速度與距夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6　不同夯擊能對(duì)振動(dòng)速度的影響Fig.6　Influence of different tamping energy on vibration velocity

由圖6可以看出，1 500 kN·m和3 000 kN·m兩種夯擊能下振動(dòng)速度都隨著距夯點(diǎn)距離的增大而減小，而且隨著距離的增大，速度減小的幅度變緩。然而，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有意思的情況，圖中顯示1 500 kN·m夯擊能產(chǎn)生的振動(dòng)速度反而大于3 000 kN·m夯擊能產(chǎn)生的振動(dòng)速度，這與一般認(rèn)知不符，探察其原因，可能是由于兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)土層差異造成的。圖7為兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)夯前標(biāo)貫擊數(shù)隨深度變化曲線，由圖可以看出，試驗(yàn)1區(qū)土層的標(biāo)貫擊數(shù)在整體范圍內(nèi)明顯大于試驗(yàn)2區(qū)標(biāo)貫擊數(shù)，說(shuō)明試驗(yàn)1區(qū)土層要比試驗(yàn)2區(qū)土層硬，從而導(dǎo)致雖然試驗(yàn)1區(qū)強(qiáng)夯能級(jí)小，產(chǎn)生的振動(dòng)反而比試驗(yàn)2區(qū)大，這符合能量傳遞規(guī)律。同時(shí)也說(shuō)明回填土場(chǎng)地的離散性較大，需要在施工前詳細(xì)探摸，進(jìn)行試驗(yàn)確定合適的施工參數(shù)，保證地基處理效果。

圖7　試驗(yàn)1區(qū)和試驗(yàn)2區(qū)的標(biāo)貫擊數(shù)Fig.7　The SPT blow count in the first and second test area

6　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)人工島強(qiáng)夯加固地基產(chǎn)生的振動(dòng)和隔振措施進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)的監(jiān)測(cè)，得到了以下結(jié)論：

1）隨著與夯點(diǎn)距離的增大，振動(dòng)速度越來(lái)越小，最終趨近于0。當(dāng)與夯點(diǎn)距離較小時(shí)，振動(dòng)速度與距夯點(diǎn)距離近似呈線性關(guān)系，隨著與夯點(diǎn)距離的增大，曲線斜率越來(lái)越小，說(shuō)明振動(dòng)速度減小的越來(lái)越慢。

2）試驗(yàn)1區(qū)采用1 500 kN·m的強(qiáng)夯，且夯點(diǎn)與海堤之間未設(shè)置隔振措施，海堤距夯點(diǎn)最小距離為14 m，此時(shí)海堤處的振動(dòng)速度為13 cm/s，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的5 cm/s的限制，可能對(duì)海堤造成破壞。

3）隔振溝對(duì)振動(dòng)的削弱作用顯著，試驗(yàn)2區(qū)強(qiáng)夯振動(dòng)經(jīng)隔振溝削弱后海堤處振動(dòng)速度皆小于5 cm/s，滿足了設(shè)計(jì)要求。

4）除夯擊能之外，土層性質(zhì)對(duì)振動(dòng)速度有較大影響。

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