填土地基强夯施工地面振动监测

2015-03-22王志楠何小飞沈锦儒

电力勘测设计 2015年2期

王志楠，何小飞，沈锦儒

(江苏省电力设计院，江苏南京 210036)

1 概述

AQ500 kV变电站站区地质条件尚好，但部分地段水塘面积达3400 m2，填土厚度较大。对填土场地必须进行地基处理。

经方案比较和专家评审决定采用分层碾压和强夯相结合的方案。在工程实施前选择了220 kV配电装置区的一角场地进行试夯。以获取必要的设计、施工参数，同时对强夯冲击波引起不同距离的地面振幅、速度和加速度等重要参数进行必要的监测和研究，评估其对环境的影响。

2 岩土工程条件与试夯工程

2.1 强夯区岩土工程条件

(1)场地设计高程为25.85 m，强夯区填土厚度为4～6.5 m。

(2)强夯区原状土为③层粉质粘土、④层粉质粘土、⑤1层细砂岩、⑥1层泥岩。

(3)强夯区填土前将表层耕土和塘底软土清除干净后，分层填土。当填土达到标高后，用压路机对土体表层进行碾压，以使表层密实，防止雨水下渗。填土面标高需形成排水坡度，在强夯区南、北两侧各挖一条排水沟，将地表水引流至西侧低洼的水塘内。填土的土源尽量选择透水性好的土，如表层开挖的全风化细砂岩及泥岩或爆破的石料(粒径控制在300 mm以内)，掺合挖方区的粉质粘土或粉煤灰，粉粒以下的含量宜小于10%。

2.2 试夯工程

2.2.1 试夯区的选择

AQ500 kV变电站的强夯区位于站区的西南角(图1)，强夯区内的水塘，为强夯处理厚度最大处，试夯区就选在该水塘处。强夯场地邻近的建筑物为居民民房，主要为2层楼房，少量为土坯房，强夯区边界距最近的民房约130 m。

图1 强夯区、试夯区的平面位置图

2.2.2 试夯设计与施工

强夯需处理的土层厚度≤6.5 m，根据DL/T5024－2005式(8.1.4)估算，当影响系数α=0.6时，需要的夯击能量为1174 kJ，设计采用的强夯参数见表1。

表1 强夯参数

3 地面振动监测

3.1 振动监测设备及方法

(1)仪器设备

主要的仪器设备见表2。传感器有2类分别为垂直向、水平向(径向和环向)。整套测振设备在试验前均要进行标定，并以标定的数值进行计算。

表2 主要监测设备

(2)测点的安置与测试方法

测振点不应设在松软的地层上，每测点处打一根长50 cm、截面为10 cm×10 cm的木桩，拾振器就固定安装在木桩顶端。拾振器放置方向应根据需要而定，测铅垂向的振动就垂直放置，测水平向振动的就水平放置。当夯锤提起后，仪器进入采集状态，采集时间设置为15 s。强夯振动全过程可以被记录下来。每夯击一次作为一个文件储存。

强夯试验时对地面振动的监测应遵循的国家规范是：国家标准GB10071－88《城市区域环境振动测量方法》。

3.2 监测点的布置与分组

本次强夯振动监测的重点是变电站周边房屋所在地的振动。同时也对夯击点附近的振动情况进行监测。监测点共计布置了6处(图2)。夯点1～3在强夯试验场地内，监测点A在1～3号夯点附近，监测点4在变电站北墙外的2层房屋南墙外0.5 m处，监测点5在变电站围墙西侧的1层临建南墙外0.5 m处。

图2 试夯时测点布置图

夯点1～3与测点A配合为3组监测项目，列为第1～3组。夯点1～3与监测点4、5配合共计完成6组监测项目。由于测点4、5与夯点1～3的距离相差不大，故按夯点1～3的平均距离考虑，列为第4组、第5组分析。各组测点与强夯点的距离按坐标值计算结果见表3。

表3 各组监测点与夯点间的距离

3.3 强夯振动监测的成果

强夯振动监测的成果见表4、表5。

表4 铅垂向振动成果

表5 水平向振动成果

由表4、5中可以看出，振动加速度a在夯击点的附近是铅垂向为最大，水平径向次之，水平环向最小；在离夯击点24 m以外时，经过衰减后，则以水平径向为最大，铅垂向次之，水平环向依然最小；当监测点在200 m以外的远处，强夯引起的地面振动已衰减得十分微弱。

图3表示100 m内监测点3个方向的地面振动加速度a随距离r变化的曲线图。从图中可见3条曲线互有交叉，显示了它们的数值大小发生多次变化的情况。

图3 三个方向地面振动加速度a随距离r变化曲线图

图4 三个方向地面振动位移d随距离r变化曲线图

图4表示100 m内监测点3个方向的地面振动位移d随距离r变化的曲线图。图中水平环向的位移曲线始终在上面，铅垂向的位移曲线在最下方。显示了水平环向的地面振动位移总是大于另外两个方向，而铅垂向的地面振动位移始终是最小的。

4 振动监测成果的环境安全评估

4.1 强夯振动监测成果的整理

现将水平向合成的振动加速度a、三向合成的振动速度v、三向合成的振动位移d及铅垂向的振动加速度级VAL见表6。

表6 整理后的振动监测成果

4.2 安全评估

4.2.1 对振动速度的安全评估

将实测各组振动速度三向合成的数据及其拟合曲线示于图5。由拟合曲线可见振源近处衰减很快，远处衰减很慢。图中拟合曲线的方程式为：

图5 三向合成的地面振动速度v与离夯点距离r关系曲线图

由式(1)可知，地面振动速度v由两部分组成，一部分以r－2.16的形式传播，直至远处，另一部分以e－0.2r的形式传播，传到60 m处已趋消失。由计算数据可知振源附近15 m范围以前，式(1)中两部分的比例约为10∶6，以远则前者的比例逐渐增大，直至60 m处变为10∶ 0.01。

将实测值与方程(1)的计算值见表7，可见两者较接近。

表7 各组三向合成的速度v及拟合曲线的计算值

一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物安全允许振动速度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”。

从表7可见r=24.52 m处的地面振动速度已经在安全允许标准以下了。

4.2.2 对铅垂向Z振级的安全评估

对照国家标准GB10070－88规定的城市各类区域铅垂向的Z振级标准值。本工程属于居民、文教区，其铅垂向的Z振级标准值为：昼间70 dB，夜间67 dB。

距离夯击点24.5 m处监测到的铅垂向的Z振级VAL为95.2 dB，高于安全允许标准值70 dB。距离夯击点213.28 m监测到铅垂向的Z振级VAL为59.7 dB，低于安全允许标准值。从24.5 ～213.28 m，究竟距离r为何值时才能达到安全标准呢？

将各组实测的铅锤向Z振级VAL数据与拟合曲线绘于图6。图6中拟合曲线的方程式为：

图6 铅锤向Z振级VAL与离夯点距离r关系曲线图

拟合曲线是以对数曲线的形式衰减，近处衰减略快，远处衰减略慢。在半对数坐标系内呈直线状。将实测值与方程(2)的计算值列于表8，两者比较接近。

表8 铅锤向Z振级VAL实测值及拟合曲线的计算值

上表显示：当距夯击点125.0 m时，VAL=66.4 dB，低于国家规范规定的标准值，而居民点离强夯施工区的边缘在125 m以上，可见本工程强夯施工时振动加速度铅锤向Z振级都能控制在国家规定的允许值以下。

4.2.3 对地面振动加速度a的安全评估

“当有自由场地强震动记录时，水平向地震动峰值加速度可作为综合评定地震烈度的参考指标”。

从表6中的数据可以看出，距离振源24.52 m处，水平地面运动峰值加速度a为0.58 m/s2，相当于0.06 g，对应于《中国地震烈度表》中的烈度为Ⅵ度。根据图3推算，距离振源125 m处的地面运动峰值加速度a约为0.07 m/s2，表6显示的地面振动速度v =0.037 cm/s，所以当r =125 m时，强夯所引起的水平地面运动微弱。

4.2.4 对地面振动位移d的安全评估

从图4中可见，3个方向的地面振动位移d随离夯点的距离r的增大均急剧地衰减，当r达到50 m时，3条曲线几乎都与横坐标接近了。表6中的三向合成的位移值，当r =24.52 m和213.28 m时，位移值d分别为0.60 mm和0.004 mm。经推算，当r =125 m时，d＜0.1 mm，此振幅值除对精密仪器设备有一定影响外，对一般建筑物不会造成损坏。可见本工程强夯施工引起的地面振动，不会造成周边民居和临建发生损坏。