BlastmateIII 型振动监测仪在强夯施工监测中的应用

左正轩

（广州大学土木工程学院）

1 概述

强夯法是由法国的Louis Menard 于20 世纪60年代首创的一种深层地基加固方法[1]。强夯法又称动力固结法（Dynamic Consolidation Method）或动力压实法（Dynamic Compaction Method）。它是用起重设备将重型夯锤（一般10t～40t）起吊到一定高度（10m～40m），再让其自由下落，冲击地面。利用其冲击过程中产生的强大应力波，使地基土中的孔隙体积压缩，孔隙水压力急剧上升。这一过程中，砂土会局部液化，粘性土在夯点周围产生辐射状的铅直裂缝，使孔隙水顺利排出，从而可以提高地基土体的承载力，降低压缩性，改善砂土的液化条件，还可消除湿陷性黄土的湿陷性等。

在强夯施工过程中，施工产生的强大应力波会激发周围土体的振动，从而对周边建筑、仪器仪表、人体等造成损害。夯锤的动能除一部分摩擦生热及产生声波外，大部分动能将引起强烈的地面振动，地面振动达到一定数值时会对周围人和环境产生不同程度的影响，这种不利影响极大地限制了强夯法的推广和应用。

2 BlastmateIII 型振动监测仪

本次振动监测设备采用加拿大Instance 的BlastmateIII 型振动监测仪与标准三向速度传感器，BlastmateIII 型振动监测仪如图1 所示，强夯振动监测结果示例如图2 所示。Instance 公司成立于1982年，自公司成立以来，在采矿、建筑和岩土工程市场已经建立了“最优级别振动监测设备”。Instance 振动监测仪的用户遍及全球110 多个国家，具体应用行业涉及采矿、工程爆破、拆除、强夯地基处理、桩基础、地铁、隧道、桥梁、石油管道、环境振动及噪声等多个领域。

图1 BlastmateIII 型振动监测仪

图2 BlastmateIII 型振动监测仪强夯振动监测结果示例

BlastmateIII 型振动监测仪的功能包括：常规爆炸监视；接近现场的爆炸分析；打桩；建筑活动；拆除活动；重型运输；桥梁监视；结构性分析；水下爆炸监视；四通道或八通道数据获取；远程监视 - Auto Call HomeTM。

BlastmateIII 型振动监测仪具有以下特点：

⑴Histogram Combo 模式允许直方图模式记录的同时，还可以获取全波形记录；

⑵采样率从每通道1024 到16384S/，最高可达65535S/s；

⑶可提供8 通道选择，单台BlastmateIII 监测仪可连接两只标准三向速度传感器和两只麦克风；

⑷任意通道都可以和多种类型的传感器匹配，如地震检波器、加速度计或水听器。

针对强夯试夯试验的振动监测需求，BlastmateIII型振动监测仪的优点在于：

⑴操作布置简便，只需将土体表面清理平整即可布置，且监测点位置可根据实际需求进行调整；

⑵能够准确测量监测点的三向速度、位移以及加速度，并在仪器显示屏上显示出实时结果；

⑶监测点位置布置灵活可以移动，可进行多条测线的振动监测

⑷不需要标定，简化操作流程。

3 振动试验概况

本文依附的工程为郑州市瞪羚企业园地基处理试验项目。由于场地东面有建设中的大楼，西边有运营中的豪翔物流园，因此应考虑强夯施工振动对周边建筑的影响，必须采取相应的隔振措施对周边建（构）筑物进行保护。

在试夯试验时，采用BlastmateIII 型振动监测仪对强夯施工场地进行三向振动监测。

试验的振动监测测线如图3 所示。

图3 三向振动监测测线布置

于2019 年5 月9 日至5 月11 日，在3000kN·m 能级强夯施工时采集三向振动的加速度、速度及位移。为了试验仪器及人员的安全，强夯振动监测的最小距离为15m，五个监测点分别布置在距离振源距离15m、20m、25m、30m、35m 处。在不采用隔振措施的条件下，对3000kN·m 能级强夯夯击引起的振动进行监测，监测得出的最大速度结果如表1 所示：

表1 不同距离的强夯振动三向最大速度

4 试验结果

根据《爆破安全规程》GB 6722－2011 中的规定，对于一般民用建筑物，主振频率≤10Hz 时，安全允许质点振动速度V 为1.5～2.0cm/s。

对于强夯施工，距离25m 范围以内的强夯振动最大速度均超过规范限值，不采取隔振措施下的30m 处最大速度也接近限值。初步估计，距离强夯施工场地30m 范围内有建筑时，必须采取隔振措施。综上所述，在该场地3000kN·m 能级强夯施工时，安全距离应确定为35m 以上，可供相似工程进行参考。

相对于一般的面波监测仪，BlastmateIII 型振动监测仪具有操作简便、实时显示结果、移动方便的优点，可根据工程的需要移动监测点，对不同的位置进行振动监测。在本次试夯试验中，实现了采用一台仪器对多个测线进行监测，充分利用了各个测点的每一次夯击，从而得出对实际工程具有指导意义的结果。

此外，笔者在进行BlastmateIII 型振动监测仪进行操作时，发现使用该仪器进行振动监测时，应注意以下几点：

⑴仪器对振动的响应十分灵敏，现场如有其它行驶的大型机具或行人会导致监测结果出现较大偏差；

⑵应事先通过测量定好测点的位置，并进行场地平整，以保证仪器的顺利安放。

⑶进行振动监测时，如发现监测得出的数据偏差过大，可不进行保存，以免影响监测结果的准确性。