胡 钧1 ，李 昊2
(1.华东电力设计院，上海 200002; 2，无锡市城建职工大学，江苏 无锡 214031)
摘要:探讨了强夯振动机理和评价标准分析了振动监测仪器设备及测试技术，并通过工程实例研究了振动监Ail在划分强夯振动影响范围、计葬地基能黄吸收系数、确定最大夯击数以及强夯加固深度等方面的应用。
关健词：强夯;振动监测;环境
1 引言
强夯施工过程中夯锤落地瞬间，部分动能转化 为冲击波，以夯点为中心以波的形式向外传播川，并 引起地表振动，这种振动在一定条件下可能成为振 害，影响到附近建筑物的安全。为了评价强夯振动的 危害程度.进行振动监测是非常必要的。
在地基加固强夯过程中，布置一条测线实测振 动加速度或速度，通过对实测数据进行分析计算，可 以得到地面振动 〔垂直向、水平径向、水平切向)衰 减规律及强夯对环境影响的评价。同时，由于强夯的 特点，这种振动监测可以应用于确定强夯最大夯击 数、强夯加固范围、地基能量吸收系数，为强夯试验 和隔振设计提供依据。
2 强夯振动机理分析和评价标准
强夯时夯锤以冲击力贯人地基内，能量是通过 夯锤底部和侧面以弹性波传播的应变能形式向外扩 散而传递的，能量转化为体波和面波传到土里，首先 压缩波到达，剪切波次之，瑞利波后到。其中振动能 量压缩波占7%，剪切波占26%,瑞利波占67%，且 体波衰减比瑞利波快 因此，面波成为影响振动程度 的主导波，并且随着距离的增加而影响增大。随着夯 锤人土深度的增加，强夯振动在地面的影响范围也 增大。由于强夯往往是连续施加的，当多次重复具有 一定振幅的振波叠加就会使土体孔压增加，总应力增大，应变能累积加大，从而引起地面建筑物的振动 烈度增大。
为确定强夯施工对周围建筑物的影响及可能产 生的危害程度，以及对精密仪器和人体的影响，划分 强夯振动的影响范围，在强夯施工过程中进行振动 实测是非常必要的。
国外对振动的评价标准有多种，常见的有振动 强度法、质点振动功率法和时程曲线反应谱法等[z) 但 目前通用振动对人体的影响是国际标准化组织中 的机械振动和冲击技术委员会研制的IS02631标准。 本文推荐国家标准 《中国地震烈度表》(GB/T17742 一1999)作为的振动对应表，也是强夯监测的评定标 准 (表1)。
3 测振仪器设备和测试方法
(1)仪器设备 测振系统由拾振器、电荷放大器、测振仪 (含放 大、滤波功能)、计算机、打印机及电缆组成。为了掌 握整套系统的整体灵敏度、频率特性、仪器间线性动 态特性，保证测试结果准确、可靠，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［3］。
(2)溅试方法 测振点不应设存浮砂她,草她、松软的地层和冰冻层上，较好的办法是在每测点处打一根长50 cm, 截面为100 X 100 mm,木桩，拾振器固定安装在木桩 顶端。拾振器放置根据需要，测垂直振动衰减就垂直 放置，测水平振动衰减时就水平放置，拾振器摆的振 .动方向始终与量测波的传播方向一致[4]。测线沿振 动衰减的方向进行布置。由于近距离衰减快，远距离 衰减慢，一般5m以内每隔Im布一测点，5-J15 m范 围内，每隔2。布置一测点，15m以外每5m布置一 测点 当夯锤举起后，仪器进人采集状态，采集时间设 置为15S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。
表1 强夯振动评定标准
4 实例分析
4.1 工程实例1
(1)概况
某工程场地工程地质条件复杂，冲沟内分布厚 度不等的填土。通过对多种地基处理方案的技术经 济分析比较，采用强夯加固方案。 强夯试验场地面积为21 X 35 m²，分成 Ⅰ、Ⅱ两 个区域，夯点间距均为3. 50 m 夯锤质量为190 kg, 底面直径为2.40 m 在 I区夯击能采用1600 kJ, 1 区夯击能采用2400 kj。
(2)测点、测线布置
单点夯击试验试区Ⅰ、Ⅱ分别布置1个测点，距 离夯击点约10 m,测试水平径向地面振动加速度。强 夯试验试区Ⅰ、Ⅱ分别布置测线Ⅰ、Ⅱ，每条测线设 7个测点，各测点距离强夯点边缘距离1.5, 2.5, 4, 6, 10, 20, 30 m，每条测线按垂直向、水平径向、水 平切向三个方向布置拾振器。
(3)测试结果
单点强夯试验夯击数与地面振动加速度关系曲 线见图1。试验区Ⅰ、Ⅱ的测线 Ⅰ、Ⅱ地面振幅随振源距离衰减曲线 (垂直向、水平径向、水平切向)见图 2、图3;地基能量吸收系数随距振源的距离而变化见 图4。
(4)测振成果综合分析
强夯施工夯锤落地瞬间，部分动能转化为冲击波，从夯点以波的形式向外传播这种地表振动的强度随着与夯点距离的增加而减弱。振动实测表明，强 夯引起的振动是瞬时冲击振动，振动频率约5-20 Hz,振动持续时间一般不超过1s。锤土接触的时间 约为0. 05 s，并为三角形波形。
由于加固地基的要求和地基土性质的不同，强 夯试验选择 了一定的夯击能后，首先要确定单点夯 击数，使之不超过该强夯能级的单点饱和夯击能。在 单点强夯试验时，随着夯击数的增加，土体被夯实， 加速度值不断增大 当夯击数达到一定时，加速度达 到峰值;如果继续夯击，则加速度值趋于定值峰值。 因此在距离夯点中心10m处布置测点进行加速度 振动测试，绘制夯击数与加速度关系曲线，根据加速 度定值峰值对应的夯击数为最大夯击数，相应的即 饱和夯击能。
从图1可见。随着夯击数的增加，土体被夯实，加 速度值不断增加 当强夯区Ⅰ、Ⅱ单点夯击试验分别 达到第6击和第5击时，加速度增加趋势逐步减缓，由 此可见已接近最大夯击数，此时夯击能仍未饱和。
从振动位移随距离衰减曲线 ‘图2,图3)可以看 出，近距离衰减快，远距离衰减慢。图2中水平切向衰 减曲线拟合方程为:
log y=-0. 737·log x+0.844
在同一测点上，水平径向振动最大，垂直向次 之，水平切向最小。
为了求取地基能量吸收系数，为动力基础振动 和隔振设计提供地基动力参数，这是强夯进行振动 监测的又一应用。
地基土能量吸收系数 。按式 (1)计算:
式中，a 一地基能量吸收系数 (s/m);fo— 激振 频率 (Hz) ;r— 测点到夯点边缘的距离;ro-— 基 础当量半径 (m); Ar— 距振源r处的振幅值 (m);A— 测试基础的振幅值 (m);ξo— 无量纲系数。
从图4可以看出，地基能量吸收系数 a不是一个 定值。在近夯击点处 (5 m)，振动衰减很快，计算得 到的a值较大;到一定距离 (20 m)后，a值比较稳 定，趋向一个变化不大的值。因此，设计可以根据距 离振源远近选用 a值。
根据本次实测数据以及有关国内外相关资料， 可将本次强夯试验振动影响划分为以下3个区。
①振动破坏区:距离夯点边缘距离小于5 m。该 区域内土体振动加速度大于5. 00m/s ²，速度大于 50mm/s,振幅大于。. 5 mm。该区域内振动将对一般 建筑物造成破坏。
②振动损坏区:距离夯点5-30 m。该区域内土 体振动加速度为0. 4-5. 0 m/s ² ，速度为10-50 mm/ s，振幅0. 1-0. 5 mm。该区域内振动将对一般建筑 物造成一定程度损坏。
③相对安全区:距离夯点大于30 m。该区域内土 体振动加速度小于0. 4m/s ² ，速度小于10 mm/s，振 幅小于0.1 mm。该区域内振动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。
由于本次强夯测振是在第一遍夯击时实测，第 二遍及搭夯时振动影响将会有所加强;本次试验场 地周围有一宽、深近lm的排水沟，起一定隔振作用。 实际设计和施工时应考虑这些因素，必要时采取一 定隔振和振动监测措施。
4.2 工程 实例2
(1)概况
试验区位于杭州湾某地，面积为60 m X 30 m，试 骏区地形平坦，场地20 m深度内为全新世冲积、海 积粉土、砂土。
强夯前进行了井点降水，井距20m，降水深度为 4 m。强夯点距3. 3 m，边距0. 8 m ,锤重125 kN，锤 直径2.5 m，落距16 m。单点夯击能2000 kJ。夯点按 等边三角形布置。强夯时，第一遍隔行不隔点，夯完 一遍后推平再夯第二遍。
(2)侧振结果及分析
强夯前在夯点下不同深度及不同距离处埋设了 加速度传感器，一组检测水平方向地面振动加速度， 另一组量测不同距离不同深度处的加速度变化。
图5是某夯点第四击时振动加速度等值线，贯人 深度1. 2 m。夯锤下地面振动加速度最大为166. 5 m/ 5² ，土中最大可达589.4 m/s² 。从图中可以看出，强夯 冲击振动在地面传播时，水平径向加速度随传播距 离增大而很快衰减，土中加速度随深度增加而急剧 衰减，土中加速度等值线呈梨形，表明该区内各种应 力都较大，出现一个上体屈服区，也即单点夯击的加 固范围。土中振动加速度在7 m深度处衰减为9. 8 m/s²，而此深度以上土体力学性质强夯前后有明显 变化，故确定为强夯加固有效深度。
5 结论
(1)振动实测表明，强夯引起的振动是瞬时冲击 振动，振动频率约5-20 Hz，振动持续时间一般不超 过1s锤土接触时间为0.04--0.15，并为三角形波形。在同一测点上，水平径向振动最大。垂直向次之， 水平切向较小。
(2)强夯振动监测最大加速度法是确定单点夯 击试验最大夯击数和强夯加固有效深度的有效方法 之 一。
(3)强夯施工过程中尽可能进行振动监测，以实 测的加速度、速度值定量划分强夯振动影响范围，必 要情况下采取隔振措施，确保周围建筑物和精密设 备的安全。
(4)地基能量吸收系数是一个变值，随着离开夯 点距离而变化，动力基础振动和隔振设计应根据实 测数据取值。
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