地基强夯应用及振动分析

3 12 0 0 6 1 2 摘要: 本文结合南宁市江南污水 处理厂地基处理工程应用强夯法对 南宁市江南污水处理厂回填土和原地 基进行了加固处理对强夯施工中对 附近建筑物产生的振害进行了测试 并提出了防止振害的措施最后对强 夯法加固地基的效果进行了检测检 测结果表明强夯法加固地基成功应 用在该工程中 关键词: 强夯应用振动隔振 沟 中图分类号 T U 4 7 2 . 3 +1 文献标识码 B 1 . 工程概况 南宁市江南污水处理厂工程位于 南宁市白沙大道与亭江路交汇处南侧 该厂接纳由江南污水干线输送的西乡 塘污水流域朝阳溪二坑溪污水流 域 江南污水流域 沙井污水 流域的污水全部经过二级 处理后在水塘江附近排入邕 江 污泥进行硝化和脱水 该 工程是南宁市朝阳溪环境综 合治理工程的子项目全厂 占地面积4 1 . 5 4 公顷 土方和 地基处理的第一步是厂区清 理平整 排除积水 去除淤泥 等清理后的地基面将全厂 回填至7 1 . 0 m 高程 根据当地 条件回填土料采用砂性土 或土夹碎石碎石含量2 0 % 3 0 % 填土施工方案为: 在填 土施工之前 对土坑 水塘进 行排水疏干 使塘底尽快排水固结 在 排除积水用机械推去地表杂填土和 淤泥后 在上面直接填土 填土自北向 南逐步推进填土至7 1 m 高程时回填 土方量1 6 7 0 0 0 0 m 3 面积2 7 9 5 3 0 m 2 厚 度在2 3 m 左右根据设计要求强夯 处理后回填土层的地基承载力应达到 1 8 0 k P a 以上 经初步设计阶段多种地基处理方 案比较 如碎石桩 分层碾压 强夯等 考虑到填土下为厚度0 . 1 6 m 的淤泥质 粘土地基承载力9 0 k P a 以及现场施 工条件决定采用强夯对回填土进行处 理地基处理深度8 m 2 . 强夯振动测试 南宁市江南污水处理厂地基采用 强夯处理方案施工平面示意图如图1 所示在强夯1区的北面有金湾花城 7 层住宅建筑群 其中尚有建筑正在施 工中在强夯1 区的东面是亭江泵站 主要为低层楼房和平房其中金湾花 城建筑群与强夯1区之间有亭江路通 过距离6 0 m 左右而亭江泵站紧靠强 夯2 区 采用强夯工程参数的计算结果 根据M a r c 有限元计算表明强夯引起 的地基振动对附近1 5 m 范围的建筑物影 响较大超过1 5 m 范围影响逐渐减小; 若采用隔振沟进行隔振则隔振沟应 设置在距离保护建筑距离较近的地方 根据这一结果 对紧靠强夯2 区亭江泵 站建筑群应采取隔振措施因此在距 离亭江泵站外栅栏2 5 m 范围内开挖了 深2 m 宽1 m 左右的隔振沟而对距离 强夯场地6 0 m 的金湾花城建筑群未进行 隔振处理 为进一步查明强夯引起地面振动 对附近房屋的影响校核有限 元分析的结果对强夯产生的 振动进行了测试测试点选在 距强夯场地6 7 m 的金湾花城1 8 栋和亭江泵站内平房金湾花 城1 8 栋分别在1 楼4 楼7 楼 布置了6 5 型拾震仪水平径向和 垂直向进行拾震 在测试时采用夯锤质量 为1 6 t夯锤提升高度为1 5 . 8 m 每个夯点进行7 次夯击 测试使 用地震仪器厂生产的6 5 型拾震 仪采集振动信号用中国科学 院武汉岩土力学研究所生产的 图1江南污水处理厂强夯地基处理平面布置图 技术推广与应用 万方数据 R S M F D - 2 4 型浮点式振动数字仪将振动 信号数字化采用联想昭阳P I I I 笔记 本计算机记录分析和处理 2 . 1测试结果和振动风险评估 2 . 1 . 1 金湾花城建筑群 在1 8 栋1 楼4 楼7 楼测得的强 夯引起的房屋振动结果见表1 列出值 为该栋楼多次测试中选出的各方向振 动速度最大值 在1 8 栋1 楼4 楼7 楼测得的房 屋自振特性见表2 列出的为该栋楼自 振频率和自振周期 根据测试结果对住宅楼群的振 害风险分析如下: 1 强夯引起的最大振动速度出 现在1 楼为0 . 0 5 0 2 c m / s 小于国际标 准化协会I S O 推荐的建筑物振动破坏标 准: 振动速度小于0 . 2 5 c m / s 建筑物 不可能受损; 远小于中国地震烈度 表G B 1 7 7 4 2 - 1 9 9 9 规定的地震振动 速度3 c m / s 的建筑物破坏速度标准 因 此该次强夯振动不会对住宅楼造成 破坏 2 该次测试住宅楼的自振特性 固有周期与强夯振动的卓越周期不 相等因此该次强夯不会对房屋产生 共振破坏 3 由于平时强夯作业时夯击次 数多 间隔小 且由于住宅楼的自振特 性与强夯振动的卓越周期较接近为 防止多次夯击时产生的振动频率与楼 房的自振频率一致而产生共振建议 在强夯场地与楼房之间设置一空沟作 为隔振屏障 2 . 1 . 2 亭江泵站建筑群 3 22 0 0 6 1 2 在地面测得的强夯引起的房屋振 动结果见表3 表3 中列出值为该栋楼 多次测试中选出的各方向振动速度最 大值 测试结果说明在设置了隔振沟 后房屋的振动速度小于国际标准化 协会I S O 推荐的建筑物振动破坏标准: 振动速度小于0 . 2 5 c m / s 建筑物不会 受损 3 . 设置隔振沟防治振害 在不满足最小施工安全距离的条 件下设置隔振沟是工程实际中所经常 采用的一种有效方法由于瑞利波携 带了强夯冲击能量的6 7 % 且局限于地 基的表层附近对建构筑物的破坏力较 大 随着水平距离的增大 它的振幅衰 减速率亦较体波慢因此减少强夯对 周围工程环境的影响主要靠减少瑞利 波来实现图2 当建筑物不满足安全距离时选 用隔振沟作为隔振措施是比较可行的 其宽度可不做要求 深度应大于2 m隔 振沟设置的位置宜靠近被保护的建筑 4 . 工程效果 1 南宁市江南污水处理厂工程 对厂区范围填土至7 1 m 高程 再对填土 地基采用强夯处理 夯击能2 5 0 0 k N加 固深度H8 m 承载力达到1 8 0 k P a 以 上 最终压实系数不小于0 . 9 3并达到 国家施工验收规范的合格标准强夯 施工采用夯锤质量为1 6 t 夯锤提升高 度为1 5 . 8 m 每个夯点进行7 次夯击 2地基承载力检测 强夯施工结 束后隔一个月对地基强夯处理质量进 技术推广与应用 1 8 栋房屋振动速度测试结果 表 1 水平方向 1 c m / s 0 . 0 5 0 2 水平方向 2 c m / s 0 . 0 5 0 1 垂直地面 c m / s 0 . 0 5 0 0 最大值 c m / s 0 . 0 5 0 2 频率 H z 3 . 9 3 周期 s 0 . 2 5 4 房屋振动速度测试结果 表 3 水平方向 1 c m / s 0 . 1 5 0 4 水平方向 2 c m / s 0 . 1 5 0 1 垂直地面 c m / s 0 . 1 5 0 1 最大值 c m / s 0 . 1 5 0 4 频率 H z 6 . 9 6 周期 s 0 . 1 4 3 图2 隔振沟设置示意图 1 8栋房屋自振特性 表 2 楼层 1楼 4楼 7楼 自振频率 H z 4 . 3 5 4 . 1 5 4 . 0 5 自振周期 s 0 . 2 3 0 0 . 2 4 1 0 . 2 4 7 大压板荷载试验加载分级表 表 4 分级 压力( k P a ) 1 3 6 2 7 2 3 1 0 8 4 1 4 4 5 1 8 0 6 2 1 6 7 2 5 2 8 2 8 8 9 3 2 4 1 0 3 6 0 地基载荷试验记录 表 5 荷载 ( k N / m 2) 3 6 7 2 1 0 8 1 4 4 1 8 0 2 1 6 2 5 2 2 8 8 3 2 4 3 6 0 本级沉降 ( m m ) 1 . 0 2 0 . 9 4 0 . 9 3 0 . 8 3 1 . 1 0 1 . 1 8 1 . 2 5 1 . 2 6 1 . 9 6 2 . 0 5 累积沉降 ( m m ) 1 . 0 2 1 . 9 6 2 . 8 9 3 . 7 2 4 . 8 2 6 . 0 0 7 . 2 5 8 . 5 1 1 0 . 4 7 1 2 . 5 2 本级沉降 ( m m ) 0 . 8 7 0 . 7 5 0 . 8 9 0 . 7 1 0 . 9 7 1 . 0 2 1 . 2 2 1 . 1 8 1 . 4 5 1 . 7 8 累积沉降 ( m m ) 0 . 8 7 1 . 6 2 2 . 5 1 3 . 2 2 4 . 1 9 5 . 2 1 6 . 4 3 7 . 6 1 9 . 0 6 1 0 . 8 4 本级沉降 ( m m ) 0 . 6 2 0 . 6 7 0 . 7 7 0 . 6 8 0 . 8 1 0 . 8 7 1 . 0 7 1 . 2 6 1 . 5 6 1 . 1 5 累积沉降 ( m m ) 0 . 6 2 1 . 2 9 2 . 0 6 2 . 7 4 3 . 5 5 4 . 4 2 5 . 4 9 6 . 7 5 8 . 3 1 9 . 4 6 1号点2号点3号点 万方数据 3 32 0 0 6 1 2 技术推广与应用 行检测设计地基承载力要求f u 1 8 0 k P a 大压板荷载试验检测 大压板 荷载试验是利用由重物钢梁组成的 重物平台置于地面作为反力荷载系 统 由放置于直径8 0 0 m m 压板面中心上 的一台5 0 0 t 油压千斤顶型号C W 5 0 0 与电动油泵型号C Z B 6 3 0 2 联接组成 压力系统通过反力荷载系统对试点 进行加载采用圆形刚性压板面积 0 . 5 m 2 压板底面设厚度约2 0 m m 中粗砂 找平整试点受荷载作用产生的沉降 量由基准系统在压板四角位置竖向安 装4 个百分表人工直接进行测读加 载分级见表4 总加载量为设计要求承 载力1 8 0 k P a 的两倍 在强夯场地选择3个具有代表性 的点进行荷载试验 试验数据如表5 所 示 将荷载试验绘制成荷载沉降 量曲线如图3 所示从各试验点的荷 载沉降量关系可见3 个试验点的 荷载沉降量关系均呈现缓变 型在最大试验荷载3 6 0 k P a 的作用 下地基沉降仍然保持稳定而未发现 破坏 试验结果分析图3: 试点从加载至最大荷载3 6 0 k P a 各级荷载下的沉降变化比较稳定沉 降量呈缓慢递增p s 曲线没有明显 陡降段总加载量已达到设计要求值 2 . 0 倍 压板周围未发现土被侧向挤出 裂缝试验正常根据规范规定 该试 点地基承载力基本值按相对变形值确 定取s / b = 0 . 0 1 b 为压板直径5 6 4 m m 按s = 5 . 6 m m 所对应的荷载值作为地基承 载力由表5 中数据可知3 个测试点 的地基载力均大于1 8 0 k P a 满足设计 要求 5 . 结语 实践表明强夯法的设计程序简 单施工方便效果较理想 其不利之 处在于强夯将导致地基产生振动对 附近的建筑物有一定的影响但是在 经过深入分析和计算后通过合理地 布置隔振沟可以有效消除强夯振动 导致的不利影响 由于强夯是通过对地基的动力作 用加固地基的因此其振动对环境的 危害也随着强夯能量的增大而日趋严 重导致该技术在应用中受到很大的 限制本文结合南宁市江南污水处理 厂地基处理工程针对强夯加固技术 的应用及强夯作用下地基振害的防治 展开研究笔者认为: 1 巨大的冲击波在加固土体的 同时 也沿着地基向周围传播 其中瑞 利波携带了6 7 % 的能量沿着地表向四 周扩散地基的振动将使其附近建筑 物振动这种振动可导致建筑物的损 坏 人体的不适以及其他的环境问题 对强夯引起的振害必须加以评估和防 图3 荷载试验压力( P ) 沉降( s ) 曲线图 治 2 强夯导致的地基振动是一个 融几何 材料 边界等诸多非线性为一 体的高度非线性动力学问题 采用M a r c 有限元程序对强夯法加固地基所产生的 振动进行了计算 为防止强夯产生的振 动危害建筑物 一般要求建构筑物距离 施工场地的最小施工安全距离应大于 1 5 m 当建筑物不满足安全距离时可 选用隔振沟作为隔振措施 隔振沟的隔 振效果对于沟前土体几乎没有任何影 响对于沟后土体的影响则非常显著 而且隔振沟越深隔振效果越好 一般应 超过2 m 深 3 对于地基处理面积大 地表不 平导致回填土厚度大而不均匀的场 地 采用强夯法这种经济实用的地基处 理方法 本文应用强夯法对南宁市江南 污水处理厂回填土和原地基进行了加固 处理: 首先对强夯加固的方法进行了设 计 然后对强夯施工中对附近建筑物产 生的振害进行了测试 并提出了防止振 害的措施 最后对强夯法加固地基的效 果进行了检测 检测结果表明 强夯法 加固地基成功应用在该工程中 参考文献 1 叶书麟. 地基处理 M . 北京: 中 国建筑工业出版社, 1 9 8 8 : 2 - 3 . 2 王仁钟. 强夯加固软土地基的 动