强夯振动波形特征及衰减规律探究

张涛,吕淑然

(首都经济贸易大学,北京 100070)

强夯振动波形特征及衰减规律探究

张涛,吕淑然

(首都经济贸易大学,北京 100070)

摘要:指出了强夯法被广泛应用于多种地基处理,其施工过程对周边环境产生影响,因此有必要对其振动规律探究。对某高速公路工程高填路基强夯处理作业振动试验监测数据进行了分析,结果发现:强夯施工虽然以垂直方式进行冲击,但检测到的地面振动速度表现为以水平方向振动速度为主,具有脉冲型峰值、且衰减的速度较快;振动峰值的频率以中高频为主且随震中距的加大而变小;强夯单次振动持续时间较短;利用origin软件对监测数据进行非线性拟合,得出速度随震中距衰减的公式:v=8486.90×R-2.50,发现强夯振动产生的速度的峰值随震中距的增加增加到60m前衰减很快,之后衰减速度缓慢;据此公式可对强夯振动的安全距离进行预测。

关键词:强夯振动;波形特征;衰减规律;预测公式;安全距离

1引言

强夯法被广泛应用于地基处理作业中,为了探究振动作业对周边的环境的影响,首先得探究强夯振动的规律。如田浩结合浙江某高速路基强夯施工工程实例,通过现场振动测试,并根据实测结果,经理论分析确定强夯振动影响范围[1]。康永就强夯振动衰减规律与构筑物的安全距离进行了研究[2]。施有志、刘吉敏等人也对强夯的振动衰减规律做了研究[3,4]。

强夯振动规律复杂,本文以某高速公路工程高填路基强夯处理作业振动进行现场测试、在众多学者的研究为指导下进行强夯振动的监测实验,经数据分析,得出了强夯振动的一些共有特征,并利用origin软件,对速度随距离衰减规律进行非线性拟合,得出适合现场应用的经验公式,可为研究强夯振动的安全距离提供参考。本文能为现场施工合理作业,在减少对周边环境的影响下提高工作效率提供参考,使阅读者能对强夯振动的一般规律及影响有一定的了解。

2现场试验

2.1　试验场地概况

施工地段位于滇池盆地西缘山丘地带,测试时的强夯工程施工区位于山丘间凹地边;被监测的民宅位于同一山丘的西北侧低丘底部缓坡上。此次监测的房屋类型分别为一层和三层砖混结构房,大多含有构造柱。GPS测量表明:强夯点与最近处民房的距离约124.9m。

2.2　试验仪器设备及布置

2.2.1　试验仪器设备

本次测试使用的强夯机为ZOOMLION中联ZTm300型,夯重16t。提升高程(落距)14~15m,夯直径5m,单夯夯击能2000kn·m。

振动测试系统,由4台美国Kinematrics公司最新生产的K2型高动态固态智能数字强振动仪组成。仪器观测时可选择自动或人工触发,以及定时触发与定记录长度等多种方式,触发带宽0.1~12.5Hz,采样率100~200sps,测量范围±2g。此次观测采用了人工触发、定记录长度的方式。

2.2.2　仪器设备布置

根据监测目的,采取如下观测点布设:在强夯作业夯点近处地面布设1个测点C1,在夯点至民宅间的自由地面上布设一个测点C2,在村民马贵兵家砖混平房布设一个测点C3,在村民段明花家三层砖混民宅院墙外布设一个测点C4。所有测试仪器的径向均与测点-夯点连线的方位一致。其中,测点C1位于夯击路基西南侧面上方的水渠地面水泥地面,与夯击点高差约3m;测点C2、C3和C4,与夯击点的高程大致一致。

(3)边坡坡面对强夯振动水平径向速度有放大作用,随距离的增加速度最大增幅为28.68%,最小增幅为2.39%。

参考文献:

[1] 李润,简文彬,康荣涛.强夯加固填土地基振动衰减规律研究[J].岩土工程学报,2011(33):246~250.

[2] 朱荣彬,黄亦斌,徐通,等.强夯振动对周边环境影响的监测试验[J].电力建设,2011,33(12):41~46.

[3] 蒋鹏,李荣强,孔德坊.强夯振动影响的数值分析[J].地下空间,2001,21(5):544~548.

[4] 龚成明,程谦恭,刘争平.强夯激励下黄土边坡动力响应模型试验研究[J].岩土力学,2011,32(7):2001~2006

[5] 袁鸿鹄,刘爱友,姜晶,等.北京园博园回填土地基强夯振动效应测试研究[J].资源环境与工程,2013,27(4):541~545.

[6] 毕卫国,李文涛,王超,等.强夯振动效应监测在某工程中的应用[J].施工技术,2013,44(22):112~114.

[7] 林红,黄自武,陈应波,等.基于场地测试的强夯冲击对毗邻建影响评估[J].武汉理工大学学报,2012,34(10):101~105.

夯点坐标(E102.62563,25.10693),C1(E102.62556,25.10671),C2(E102.62500,25.10660),C3(E102.62439,25.25.10692),C4(E102.62393,25.10678)。

2.3　试验监测内容

测试强夯振动所产生的地面振动的波形特征。测试强夯振动所产生的地面振动速度、加速度随距离的衰减情况。

3试验结果与分析

3.1　强夯振动峰值参数分析

在离被测房屋最近的路基段进行振动试验,现场选了有效的4个夯点,每个夯击点连续四击。

3.2　记录波形及特征分析

图1、图2给出了离震中最近的测点C1(11点55分)的加速度时程记录、振动波频率密度图谱。

有图谱分析知:(1)振动以中高频成分为主。在近处,其振动最大峰值对应的频率大都在10Hz以上;在远处,振动最大峰值对应的频率,大多在10Hz以下,即振动峰值的频率随距离加大变小(2)振动的有效持续时间较短。

表1　地面监测点振动时程振动峰值记录

图1　C1(11:55)的加速度时程记录

3.3　振动强度随距离的衰减

利用Origin软件对11点55分的监测数据非线性拟合,得到速度随距离的衰减公式为:,其中R的单位为m,V的单位为(cm/s)。

图3可以看出,夯击引起的地面振动速度随距离的加大迅速变小,在60m后,振动强度已下降到0.3cm/s以下。

图2　C1(11:55) 的振动波频率密度图谱

图3　振动速度随距离的变化

4结语

强夯的地面振动的波形具有脉冲型峰值、且衰减较快的形式。振动频率为中、高频成份,近振源处的测点最大峰值对应的频率大都在10Hz以上,远振源处的测点最大峰值对应的频率大都在10Hz以下。各测点垂向振动的频率大多高于水平项的振动频率。强夯振动的有效持续时间较短。

强夯振动随距离衰减迅速且最大峰值出现在径向方向上,虽然在23m处最大振动达2.47cm/s,但超过60m后已衰减到0.3cm/s以下。此次强夯作业的高填方路基离柏枝园村现有民宅的最近处距离在120m以上,据此推知,民宅处的强夯引起的振动速度应小于0.3cm/s。

试验得到速度衰减的预测公式:v=8486.90×R-2.50;通过此公式预测此次强夯振动的安全距离为60m。

[1] 田浩.某高速路基强夯施工振动测试及对周边建筑影响范围分析[J].中外建筑,2014(2):114~116.

[2] 康勇.强夯振动规律及施工安全距离的研究[J].中国水运(下半月),2013(5):256~248.

[3] 施有志.强夯引起的振动规律及环境效应分析[J].岩土工程技术,2007(9):144~148.

[4] 刘吉敏,王长柏.强夯振动监测及衰减规律研究[J].安徽理工大学学报:自然科学版,2012(9):67~70.

作者简介:张涛(1988—),男,河南睢县人,首都经济贸易大学硕士研究生。

收稿日期:2014-11-26

中图分类号:F631

文献标识码:A

文章编号:1674-9944(2015)01-0259-02