强夯引发的环境振动效应分析与评价

强夯引发的环境振动效应分析与评价

刘新

中铁十局集团第一工程有限公司山东济南250000

摘要：强夯法处理地基是20世纪60年代由法国Menard公司首创的，该方法利用夯锤自由下落产生的冲击能和振动反复夯击地基土，从而降低地基土的压缩性，提高地基土的承载力。但是强夯施工过程中产生的振动对既有建筑物的影响不可忽视，这在一定程度上制约了强夯法处理地基的应用和发展。本文就强夯引发的环境振动效应分析与评价进行分析。

关键词：强夯；环境；振动效应

引言

近年来，随着城市建设步伐的加快，施工场地越来越靠近城镇，强夯振动对周围环境和建筑物产生的不良影响也日益严重，由此产生的民事纠纷也有所增多。因此，了解这类施工振动的特点和规律，对日益增多的城镇周边的强夯施工具有实际意义。

一、强夯振动效应

1.1强夯引起的地基振动

强夯振动是一种冲击型振动，由于振动波向四周的辐射，形成了振动影响场，其等振线呈封闭环形，类似平静湖面投入一石子，形成的涟漪，逐渐散开。当强夯地震波的强度达到一定程度时，与天然地震一样，可以造成施工区周围的地表或建（构）筑物及设施的破坏。

工程实践表明，虽然强夯不会使离施工场地较远处的地基产生有害的永久沉降，但它产生的地基振动可能会使已有的建筑物和机械设备遭受损害。因此，在确定采用强夯法处理地基之前，应该充分地对强夯振动的潜在危害性进行评估。

1.2强夯振动对建筑物影响形式

1）直接引起建筑物的破损；2）加速建筑物破损：对大多数建在软弱地基上的建筑物结构，在使用期内或多或少地因某种原因（如差异沉降、温度变化）受过损伤，而振动引起的附加动应力加速了这种损伤的发展；3）间接地引起建筑物破损：对完好且无异常应力变化的建筑结构，其破损是由于振动导致较大的地基位移或失稳（如饱和土软化或液化、边坡崩塌）所造成的。

二、强夯振动特性

1）幅频特性：振动的幅频特性指建筑物在施工振动下产生的振动幅度和主振频率，反映了建筑物对外界振动的响应，振动幅值可以指征受振动影响的程度。从大量测试数据来看，强夯引起的场地振动水平径向幅值最大，垂直方向次之，水平切向幅值最小；主振频率若接近建筑物自身的固有频率，则容易引起建筑物的共振，对建筑物的损害就越明显。强夯振动的主频与打桩和爆破振动主频相比稍低，经统计主频集中于4Hz～9Hz，是一种低频的瞬态振动，由于建筑物的固有频率也为低频，因此既要考虑质点振动的幅值，也要注意其振型和频率。在同一夯击点，从开始夯击到终止夯击，土层不断被压缩，消耗在土层压缩变形上的能量逐渐减少，而冲击能作用下的振动波场的强度则逐渐增强，故而在同一测点的振动幅值是逐渐增大的，因而在测试和评价强夯振动影响时应注意这一事实。表1为某工程场地1500kN•m夯能强夯时实测数据，表明随着夯击数增加振速也相应增大，但随着夯击数继续增加，振动强度将趋于平稳，基本保持不变。

表1某工程强夯振动测试数据

图1强夯振动波形图

2）振动波的衰减规律：国内外许多学者对此进行了大量研究，并建立了有关振动波的衰减规律公式，描述振动波传播特性。大量例证表明，强夯振动衰减规律一般在夯点附近衰减较快，随着距离的增加，衰减速度逐渐减缓。不同的地质条件和地面环境将影响地震波传播和衰减，地形较复杂或障碍物较多时，将对振动波产生绕射和反射等作用，消耗一定的能量（见图1）。

3）振动历时：强夯振动历时与场地地质条件有关，一般在场地上实测到的强夯振动的振动持续时间一般为1s～2s，其中振动幅值较大的时间往往不到1s。在房屋结构上，强夯引起振动的持续时间最长也仅为3s，其中振动幅值较大的时间也仅1s～1.5s而已。同时，其相邻两次夯击的时间间隔也较长，最短也在60s以上，不存在叠加问题。实践表明振动历时越长对建筑物影响就越大，强夯单次历时虽较短，但若长时间强夯施工其振动对建筑物易造成疲劳损伤。

三、强夯振动效应的控制

3.1振动效应分析方法

大量实测数据表明，建（构）筑物的破坏程度与地基质点振动速度的大小关系密切。因此，目前工程界对振动影响的分析一般是采用测试质点最大速度作为振动强度的判别依据。根据振动衰减规律预测受保护对象的振动效应，以此调整震源能量和距离。

3.2振动控制标准和防护措施

一些工业发达国家均有各自的振动极限指标，我国学者对该类的振动效应也进行了大量的研究，国内某科研机构曾对黄土地区做过较为系统的现场试验研究，见表2。该标准针对建筑物粉刷层破损进行研究，对粉刷层受损程度有明确说明，在实际工作中可以作为参考。

表2强夯振动极限值

由于此类振动破坏的复杂性，上述振动极限指标仅对振动的幅频和建筑物的类型进行划分，未体现建筑物的地基条件和振动历时因素所反映的振害差异，在预防振动影响时，应根据建筑物特性及其状态等实际情况选择合理的振动标准，必要时应作适当调整。减小强夯对周围环境影响最有效方法包括：减小夯能；保持安全距离，一般为15m～20m；开挖减振沟，由于强夯振动波长较长，隔振屏障必须有足够深度才能达到预期的隔振效果。

四、结束语

1）采用地面振动波衰减测试法，对周围建（构）筑物的影响进行跟踪测试，参考现有的振动极限指标可直观地掌握、控制振动对建（构）筑物的影响，科学监测和评估强夯振动对建筑物的影响，明确责任、缓和矛盾，消除恐惧心理。

2）在软弱场地施工时，一般振动频率较低，结构振动持时也较长，应尽可能使用单台机械施工，避免振动波形叠加和减少振动频次，应控制每天的施工时间。

参考文献：

[1]丁文湘，丁海滨，徐长节，杨园野.强夯加固地基土振动传播特性及隔振孔隔振分析[J].噪声与振动控制，2017，37（04）：121-125.

[2]滕忻利.强夯引发的环境振动效应分析与评价[D].北京交通大学，2008.

[3]杨龙才，王炳龙.强夯施工对环境振动的影响分析[J].华东交通大学学报，2007（02）：16-20.

[4]武志明.深水桩基施工振动对既有桥梁的影响研究[D].西南交通大学，2007.

[5]陆伟东，韩晓健，杨放.强夯施工环境振动影响的评价方法[J].南京工业大学学报（自然科学版），2002（05）：65-68.