强夯振动监测在包头市某工厂工程中的应用

何国全

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

强夯振动监测在包头市某工厂工程中的应用

何国全

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

SWS-3地震仪对包头市某工厂天然地基试夯进行监测，分析试夯过程中地面振动测试速度，得到了该场地天然地基试夯施工时速度衰减及传播特点，评估隔震沟的减震作用及强夯对周边建筑物的影响。为后继强夯工作的设计、监测和检测提供依据。

强夯法；振动速度；衰减

强夯法处理地基首创于20世纪60年代的法国Menard公司，因具有效果显著、施工方便、节省材料、工期短等优点而被广泛应用。本方法是将夯锤（一般重80～400kN）从一定高度（6～40m）自由落下，对地基产生强大能量而改善土体物理力学性质，从而改良地基的工程性质。在城镇建设中采用强夯法处理地基时，首先要考虑强夯引起的振动对相邻建筑物的影响问题。为评价强夯振动对周围建筑物的影响及可能产生的危害程度，在强夯施工过程中进行振动监测是必要的。研究强夯引起的振动规律及强夯引起的振动对建筑物的影响，从而采取减少振动影响的措施，为强夯设计和隔振设计提供依据，使强夯法施工更具适用性和安全性。

1 概述

该项目位于包头市某工厂院内，地形平坦，交通便利，因该场地天然地基承载力达不到设计需求，故设计拟对该建筑物区域范围内地基进行强夯处理，由于强夯作业对附近厂房可能产生难以预料的影响，建设单位和施工单位决定对强夯试夯引起的振动进行测试，目的是了解试夯对周边建筑物的影响及最大安全距离，为强夯设计和隔振设计提供依据，使强夯法施工具有更适用性和安全性。

拟定强夯区在工厂内，其西南、西北隔一厂区柏油路为厂房，北面隔一水泥路面为厂房，东面为围墙，围墙外为空地，该区内三处厂房在试夯期间设备均停止工作。初步选定3个区域进行试夯，1、2号试坑东面有大量废弃物，无法进行监测剖面布设，具体布设如图1，区域大小均为12m×12m。

图1 振动测试工作布置示意图

2 强夯试夯施工工艺

试坑大小及减震沟位置均由业主设计，现场正式采集数据前，先在1号试坑根据场地情况进行偏移距、道间距及不同频率检波器等各种组合进行现场测试，根据测试结果，结合场地情况最终选择的测试参数设置如表1。

表1 强夯振动测试参数

强夯能级分别为3100kN·m （锤重155kN，落距20m采用圆形铸铁， 直径2.6m）、2500kN·m （锤重275kN，落距9.2m采用圆形铸铁，直径2.6m）、1700kN·m（锤重155kN，落距11m采用圆形铸铁，直径2.6m）。使用自行改装的杭重W200A型履带式起重机，臂杆高度加长至29.2m，门架高度可加长至30.5m，自动脱钩。

3 振动监测数据采集

3.1 试夯监测设备

测试系统由高灵敏度传感器、传输线、信号采集系统及主机组成。数据采集主机为北京市水电物探研究所生产的SWS-3地震勘探检测仪及其配套大线、检波器等。工作前对主机、采样率、道间一致性、噪声检测等进行自检，对检波器的灵敏度进行标定。对现场测试的工作量及使用参数如表1及图1所示。为了最大限度接收到强夯振动信号，多个接收点形成的排列与夯源在一条线上，这种情况下接收的信号幅度最大，是受影响最大状态下的测试。剖面布置方向及位置如图1。

3.2 强夯施工概况及监测点布设

本次试夯在3个试坑中进行，共布设了10个监测剖面，除了序号1剖面道间距为4m外，其余剖面的道间距均为5m，偏移距则根据场地实际情况选择了12～20m，监测点距夯源最大距离为59～85m。监测前先进行场地现场噪音和振动情况收集，以便排除干扰波的影响。

试夯监测前先检波器按剖面布设在相应的监测点位置上，将设备系统连接调好，夯击引起的振动由试夯点经过传播介质传输到地面，检波器器监测到振动信号后，将其转换成电信号送入数据采集器中完成放大、采集等一系列工作，如图2。

图2 振动监测系统

3.3 夯击数据处理及计算结果

在3个试验夯区现场进行测试、资料整理和计算，分析该区强夯地震效应，判断减震沟在强夯地震波传播过程中的作用。

下面以本次监测有代表性的3号试坑南振动测试数据来说明数据处理及计算结果。采集所得振动测试原始记录，通过转换所得振动记录如图3。

图3 实测3号试坑南通过转换所得振动记录

对现场测试原始数据通过格式转化软件进行格式转换，再用脉动测试软件GeoPulsate1.0版专用软件对经过转换后的数据进行解释处理，对监测点的接收信号进行频谱分析、进行数字滤波处理滤除干扰信号，并根据所接收的波动信号波形特征、频率、时窗长度，由该软件计算出测试点处的振动速度峰值（mm/s）、加速度（cm/s2）、位移等，通过计算得强夯振动速度与距离的衰减关系，如表2。

表2 强夯振动速度与距离的衰减关系（3号试夯坑南夯锤重155kN、夯高11m）

以表2为基础绘制了振动速度峰值距离的衰减关系，如图4。

图4 振动速度峰值与距离的衰减关系

经统计全区监测振动速度峰值最大数值为14.5162mm/s，最小为1.2136mm/s，变化范围为1.2525～14.5162mm/s；加速度最大值98.9966cm/s2，最小为7.345cm/s2。

3.4 监测结果分析

根据所测振动速度峰值随测点离开夯源距离变化曲线规律，绝大多数振动速度峰值逐渐减小；减震沟，对夯击能量有一定的阻挡作用，表现在1号试夯坑北测点，减震沟在6、7号测点之间；1号试夯坑南测点，减震沟在11、12号测点之间；2号试夯坑北测点，减震沟在1、2号测点之间；3号试夯坑南测点，减震沟在1、2号测点之间；沟前速度峰值均大于沟后值，但峰值减小绝对值并不很大。

1号试夯坑南、北测点，夯击能（kN·m）不同所得速度峰值变化不同，锤重、夯高低，速度峰值变化较大，由近及远分别为：13.7987～3.9897mm/s、12.6428～4.4631mm/s；锤较轻、夯高较高，速度峰值变化较小，由 近 及 远 分 别 为 ：13.2615～7.3314mm/s、14.0212～8.2047mm/s。

3号试夯坑东测点，场地平坦，无干扰，所得速度峰值较小为：2.6816～1.1236mm/s，振动速度峰值衰减曲线随远离震源没有突变点，衰减曲线变化平缓。

2号试夯坑西测点，因受场地限制，所有测点均设柏油路以西厂房内，检波器用石膏偶合，所得速度峰值范围为：7.2681～1.4987mm/s。

其他测点振动速度峰值衰减曲线随远离震源有突变点，衰减曲线局部存在起伏跳跃，可能是人为振动干扰，如人员在接收点附近来回走动或声波干扰，都将导致某些受干扰点振动速度峰值加大。

3.5 监测结论

根据GB6722—2014《爆破安全规程》，度量爆破振动效应对建构筑物安全的影响时，采用振动速度作控制量，并对各类建筑物的安全振动速度值作出了明确规定，如表3。

表3 爆破振动安全允许标准

本区建筑物为一般砖房、非抗振的大型砌块建筑物，夯源引起的振动信号的频率较低（现场监测为7～12Hz），现场测试得到的振动速度峰值均小于20mm/s，小于容许振动速度。

综上所述，本次所测数据均小于GB6722—2014《爆破安全规程》中建筑物可能损伤的安全振动速度峰值20mm/s，并且所测数据随远离夯源逐渐减小，3种强夯能级不同的强夯引起的振动影响均较小，因此本次地基处理施工不会对测点处建筑物造成损伤，不会危及建筑物的安全性。

4 结语

（1）强夯试验时应进行振动监测，得出振动速度峰值与距离的衰减关系，以判断其对周围建筑物的影响，也可为工程抗震和隔震设计提供最大振速、震动主频等基本数据。

（2）强夯振动影响评价，应根据具体项目具体分析，与建筑场地类型、周边地物抗震设防等级、场地地层岩性及均匀性和强夯施工工艺等有关。

参考文献：

［1］编写委员会.地基处理手册（第三版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］GB6722—2014，爆破安全规程［S］.

［3］GB50269—97，地基动力特性测试规范［S］.

［4］中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册［K］.北京：中国水利水电出版，2011.

Application of dynamic consolidation vibration monitoring in a factory in Baotou City

HE Guo-quan
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

Through the trial ramming monitoring of natural foundation of a factory in Baotou city， analyzing the vibration testing speed of the ground during trial ramming，we obtained speed attenuation and propagation characteristics of the natural foundation of the site and assessed the cushioning effect of trench isolation，the influence of dynamic consolidation on surrounding buildings.To provide a basis for the design，monitoring and testing for the subsequent dynamic compaction work.

dynamic compaction； vibration speed； attenuation

TV223

B

1672-9900（2015）06-0081-04

2015-09-01

何国全（1971-），男（汉族），贵州安顺人，高级工程师，主要从事水利水电工程物探应用及工程检测工作，（Tel）13502125518。