谈地基强夯加固地基振动影响规律及环境效应综述

论文导读：来越多，为今后强夯地基施工设计提供依据。1.强夯加固地基振动影响规律研究强夯法加固地基施工简单、费用低，在许多情况下能满足工程要求，从而在世界范围内得到广泛应用。然而，强夯在土体中所产生的强大应力波必然引起周围土体的振动，对周围建筑物、仪器仪表、人体等造成损害，因此，众多科研工作者对强夯振动影响规律进
摘要：强夯法加固地基引起的地振动对周围环境的影响日益受到关注，本文从理论分析、现场试验及数值分析等角度，对强夯加固地基振动影响规律的研究进行了总结归纳；并对强夯引起的环境效应进行了分析，对强夯的地震动效应评价方法进行了汇总。
关键词：强夯 地震动效应数值分析 评价

强夯法处理松软地基在1970年由法国的L. Menard（梅纳）首先提出，其广泛应用于处理松软砂土及碎石，以及杂填土、粘性土和湿陷性黄土等地基，强夯施工过程中，在夯锤落地的瞬间，一部分动能转化为冲击波，从夯点以波的形式向外传播，其面波仅在地表传播引起地表振动，其振动强度随着与夯点距离的增加而减弱，当夯点周围一定范围内的地表振动强度达到一定程度后，会引起地表对周围建（构）筑物的共振，从而使之产生不同程度的损坏和破坏。强夯振动对周围环境具有很大的潜在危险性。随着强夯技术的不断发展，人们对强夯的振动规律及对周围环境影响的环境效应研究越来越多，为今后强夯地基施工设计提供依据。

1.强夯加固地基振动影响规律研究

强夯法加固地基施工简单、费用低，在许多情况下能满足工程要求，从而在世界范围内得到广泛应用。然而，强夯在土体中所产生的强大应力波必然引起周围土体的振动，对周围建筑物、仪器仪表、人体等造成损害，因此，众多科研工作者对强夯振动影响规律进行研究，主要研究方法有：理论分析，现场试验研究和应用数值模拟的方法进行分析。

1.1理论分析

孙进忠、谭悍华等从土动力学的角度研究强夯引起的地表振动问题，认为强夯是一种瞬态冲击荷载，由于它作用于地面的能量便于控制，因此可以作为一个可控的土动力学原位试验，通过对土体建立激励—系统—响应的物理概化模型，对强夯振动进行频域分析，提出了介质作用函数和强夯激励函数的计算方法。通过研究强夯作用下土体振动特性和土中波的传播和衰减规律来了解土的动力学性质。

1.2试验研究

李建华、吕淑然通过对北京石景山区某场地进行强夯振动测试试验，得到8次夯击、42个振动信号数据。对试验数据进行时域分析，得出振动波的衰减程度与传播距离呈正比，对试验数据进行频域分析，得出在该地质条件下，强夯引起的振动频率范围为7～30Hz，主频为15～20Hz。
李俊如、高建光等[3]通过对武汉某试验场地的强夯施工振动影响速度的现场采集，根据现场测试结果得到：在离夯点较近的地方，振动速度衰减较快，随着夯点与测点距离的增大，强夯引起的地基土的振动速度随距离的变化幅度明显减小。
李福民、孙勇[4]根据工程实例对强夯地基时振动加速度进行测试，分析了振动加速度的传播规律，提出了建筑安全距离判别方法及估算方法，提出了采用隔振沟对防止振动的传播具有很好的效果，由于振动波绕过隔振沟后仍按照原有规律向前传播，因而隔振沟的形状、深度及设置位置应根据被保护对象的特性设置。
方磊、经绯等[5]通过对某高速公路强夯地基工程的实践，对不同夯击能下强夯地基处理施工时所产生的地面振动进行现场监测，经过对这些实测振动资料的深入分析，认为当强夯所引起的地面振动加速度衰减到0.1g时，对建筑物基本没有危害，同时得出当强夯夯击能为1.5，2.0，2.5和

3.0MN·m时，其对构筑物的安全距离分别为14，17.5，18.7和19.5m。

1.3数值分析

蒋鹏、李荣强等[6]通过建立动力接触的有限元分析模型，并引入大变形问题的力学方法，然后将其应用于夯锤对地基土的碰撞全过程机理分析，锤底接触力通过接触条件直接求的，不需引入人为已知量，对于计算过程中网格畸变和翻转问题，采用侵蚀技术，有力地消除了网格失稳现象，可模拟高能量夯击深坑的形成过程，克服了现有强夯有限元的不足。对强夯震动特性，强夯振动对建筑物的影响、隔振沟效果进行了定量分析，总结出有关强夯振动的规律，验证了大变形强夯冲击碰撞有限元模型的实用性和有效性。
邵慧、付海舰等[7]利用有限差分法对不同能级强夯施工引起的环境振动进行数值模拟研究，研究了不同能级强夯引起的地表振动衰减规律，强夯能级、土层厚度对强夯引起地表振动的影响，得出了不同能级强夯施工作用下地表振动衰减规律，地表起伏对地表振动加速度传播的影响。
根据以往众多学者的研究成果，施有志[8]对强夯引起的振动规律从振动周期与振动频率、振论文导读：安全的影响时，采用振动速度作为控制量，对各类建筑物的安全振动速度值做出了明确规定：①土窑洞、土坯房、毛石房的安全振动速度为1.0cm/s；②一般砖房、非抗震的大型砖块建筑物的安全振动速度为2～3cm/s；③钢筋混凝土框架房屋的安全振动速度为5cm/s。2)以地面加速度作为判别标准根据《动力机械基础设计规范编制说明》中
动时间、振动速度和加速度及振动的衰减等角度进行了总结，强夯引起的地面振动的振动周期和振动频率随着土质的不同而变化，土质松软周期较长，反之，周期较短；根据振动时间的规律说明振源近处主要为体波而较远处则为面波；振动速度和加速度无论是松软土层还是较坚硬土层，水平向和垂直向均比环向值要大；由波源向外辐射的波，除了几何阻尼衰减外，还存在着土体材料对波能量吸收而引起的土材料阻尼衰减，几何阻尼衰减在近源起主导作用，远源则以土介质能量吸收为主。

2.强夯加固地基振动环境效应分析与评价

在进行强夯地基处理时需要对其振动效应即环境影响进行评价。震源作用—介质传递—测点振动是强夯振动传播扩散的基本物理模式，强夯振动传播和摘自：毕业论文的格式www.7ctime.com
衰减规律的研究是强夯振动效应评价的基础。因此，影响强夯振动环境效应的因素研究是很有必要的。

2.1 强夯加固地基振动环境效应分析

李福民、孙勇[4]通过对试验实测的加速度分析，提出了振动加速度传播与夯击能量、夯锤形状、地基土的类型及传播距离等有关，夯击能量越大，产生的振动就越大；夯锤形状对振动加速度有一定的影响，扁平锤产生的振动效应大于柱状锤产生的振动效应；地基土的弹性模量越大，地基越密实，振动衰减越慢；振动加速度与传播距离成幂指数衰减。
孙进忠、谭悍华[9]等通过现场试验研究，认为夯击能量和地基土特性是影响强夯地面振动衰减的两个重要因素，观测和分析表明，夯击能量越大，地面振动衰减越快，在较小的夯检距上，强夯地面振动衰减的强度对夯击能量的变化相对敏感，表现为在近距离上地面振动强度随夯击能量增加的速率大。地面振动随距离的负幂指数衰减公式中当量系数k值的大小与强夯夯击能和场地介质有关；而衰减指数的大小主要与场地介质有关。

2.2强夯加固地基振动环境效应的评价

目前，地震引起的对建构筑物的影响较多，评价指标也较多，目前尚未形成对建构筑物危害判别的统一标准，国内采用的判别彪悍尊主要有两种：
1)以地面速度作为判别标准
根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）[10]中规定，度量爆破振动效应对建构筑物安全的影响时，采用振动速度作为控制量，对各类建筑物的安全振动速度值做出了明确规定：①土窑洞、土坯房、毛石房的安全振动速度为1.0cm/s；②一般砖房、非抗震的大型砖块建筑物的安全振动速度为2～3 cm/s；③钢筋混凝土框架房屋的安全振动速度为5cm/s。
2)以地面加速度作为判别标准
根据《动力机械基础设计规范编制说明》[11]中规定：对松散砂土，amax<0.1g；对粘土，amax<0.2g；可以作为强夯振动的判别标准，叶书麟、叶观宝等[12]认为：可将地表最大振动加速度为0.1g处作为强夯振动的安全距离。

3. 结论与建议

1）强夯引起的振动对周围环境的影响很大，但是到目前为止，尚未形成对建构筑物危害判别的统一标准，在强夯施工过程中，应加强现场检测，选择适当的方法评价强夯振动的环境效应。
2）夯击能量和场地土层条件是影响强夯地面振动衰减的最重要的两个因素，夯击能越大，地面振动衰减越快，在较小的夯间距上，强夯地面振动的强度对夯击能量的变化相对较敏感，表现为近距离上地面振动强度随夯击能量的增加速率较大。
3）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、周边环境抗震等级、回填料、场地土均匀性及强夯施工工艺有关，并注意与其他强夯施工监测方法相结合，进行全面系统的评价。
参考文献：
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[4] 李福民、孙勇.强夯加固地基振动影响的试验研究[J].东南大学学报(自然科学版)，2002,32(5)：809-812
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[10] GB 6722-2003 爆破安全规程
[11]动力机械基础设计规范编制说明
[12]叶书麟，叶观宝.地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社,1997