强夯法，是一种施工方便、工期短效果好的地基处理方法，在国内外得到广泛应用.对强夯施工应进行振动测试以利于设计和监控分析.相关的振动测试、数据分析和振动影响评价工作，国内外学者已经开展了若干研究，如利用地脉动和地铁振动信号研究RC建筑结构响应(罗桂纯等，2011)；强夯加固地基土振动衰减规律(程祖锋等，2004；杨龙才和王炳龙，2007；邵慧等，2009；李润等，2011)及主频率变化(安惠泽等，2010)；采用震源扫描算法对振动波形进行研究(李文军等，2008)；振动倒谱分析研究(吴何珍等，2010)；海工防渗墙强夯施工振动影响试验(刘博等，2012)；采用自互功率谱法改进振动观测数据(郑鑫等，2013)；强夯振动峰值速度随振源距的变化(倪永军等，2008)；强夯处理地基瑞雷波检测(田爱苹等，2009)；隔振沟对强夯振动的阻隔作用(李福民和孙勇，2002)；不同夯能下构筑物的安全距离(方磊等，2001)，对周边房屋的影响(张喜荣等，2009)；等等.

利用夯锤夯击地基土体，使一定范围内的地基强度加固提高，但强夯作业特别是高能级强夯作业，其施工振动对周边构筑物的安全和耐久性以及周围环境产生不良影响，甚至导致纠纷停工.目前强夯振动影响开展的研究课题，强夯能级范围主要集中在2000～8000 kN·m，对高能级强夯如12000 kN·m以上的相关研究较少.本文结合某港口大型高能级强夯试验区振动测试，对12000 kN·m及15000 kN·m高能级强夯振动进行监测并分析评价其振动影响，以期提供一些认识与参考. 1 场地概况 1.1 试验区概况

某石化港口基地为填海造地区，拟采用强夯法处理地基加固，为确定高能级强夯振动对工房等厂区构筑物影响，先期选取12000 kN·m及15000 kN·m高能级强夯试验区对强夯施工设计参数进行实验测试.

高能级强夯试验区周边主要有一般民用砖房、钢筋混凝土结构厂房、架空钢质管线、埋地大直径砼管道、栈桥、大型油罐等构筑物设施. 1.2 地质概况

场地岩土在勘探深度内主要由元古代形成的混合花岗岩组成，上部由填海造地的素填土及第四系滨海堆积的砂类土组成.其中0层素填土，主要由粘土、临时堆放的矿粉堆积而成，松散；1层素填块石，主要由风化块石及残积土组成，块石粒径200～400 mm，局部有500 mm以上直径的风化块石存在，充填少量粘性土及粗砂.松散～稍密；2层细砂，均粒结构，级配差，含少量贝壳，充填少量粘性土，局部为粉土夹层，饱和，中密；3层混合花岗岩，块状构造，原岩已风化成砂、土状，碎块手掰易碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，全风化；4层混合花岗岩，块状构造，节理裂隙较发育，岩芯呈碎块状，块状岩芯用手掰易断，锤击易碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，强风化；5层混合花岗岩，块状构造，岩芯呈短柱状，坚硬，锤击不易碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级. 2 强夯振动测试 2.1 强夯工艺

选取相邻的两种单击夯能区域作为高能级强夯试验区，单击夯能12000 kN·m、15000 kN·m，采用履带式强夯机，锤重47T，吊高25 m、32 m.夯击遍数：主夯一遍，设计为17～18击.测试两种高能级试夯区的影响范围并进行相应评价，为强夯施工振动影响分析评价提供数据验证支持. 2.2 测点布置

根据高能级强夯试验区1#～6#夯点位置以及构筑物设施振动监测要求，由近及远共布设了15个强夯振动测试点，分别为1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、3-1、3-2、3-3、4-1、4-2、4-3、5-1、5-2、6-1、6-2、6-3，其中4-1、4-2、4-3布置在油罐区.各测试点均对打夯全部振动过程进行监测. 2.3 测试方法

正式测试之前进行了仪器自检与现场数据采集实验，每一个测点均按径向、切向、垂直向三个方向设置不同的拾震器，分别记录径向、切向、垂直向三个不同的振动分量.

为了充分保证振动测试的客观性及场区建筑物的安全，记录了1#～6#夯点的打夯全过程，取整个工作过程中的每一个测点的各分向振动的瞬时合成最大值作为计算依据，记录了所有强夯振动测试点的打夯全部振动过程. 3 数据处理、振动测试特征分析 3.1 振动速度测试结果

依强夯能级的不同，强夯振动测试点中，测点1-1、1-2、1-3、2-1、2-2为15000 kN·m夯能夯击振动测试衰减规律一般性测试点；测点6-1、6-2、6-3为12000 kN·m夯击能夯击振动测试衰减规律一般性测试点.

测点3-1、3-2、3-3分别为15000 kN·m夯能夯击振动测试位于场区南侧管线、公路、栈桥的测试点；测点4-1、4-2、4-3为15000 kN·m夯击能夯击振动测试油罐区的测试点；测点5-1、5-2分别为12000 kN·m夯击能夯击振动测试场区北侧管线、公路的测试点.

图 1

Fig. 1

图 1 试验区测点示意图Fig. 1 Plan of test site

目前，强夯振动影响评价尚未有统一的执行标准.对人工振动影响研究比较多的当属爆破振动，本试验区采用该类标准进行强夯振动影响评价，同时进行影响评价时也参考了《中国地震烈度表》GB/T 17742中的有关内容.

为了避免工程振动地震波对周围建筑物造成损害，《爆破安全规程》GB 6722-2011及《水电水利工程爆破安全监测规程》DL/T5333-2005均作了相关规定，主要以地面质点振动速度为监控物理量，明确规定了施工中不同建筑物、构筑物的安全振动值.例如《爆破安全规程》GB 6722规定，当主振频率<10 Hz时，工业和商业建筑物安全允许质点振动速度为2.5~3.5 cm/s；一般民用建筑物为1.5~2.0 cm/s. 3.3 振动速度与振动频率分析

强夯试验区共分单击夯能12000 kN·m、15000 kN·m两个区域，测试中各测试点通过振动速度传感器得到强夯施工引起的径向、切向、垂直向振动速度.根据表 1、表 2所列数据，对某一固定监测点而言，无论有无隔振沟设计，均以切向的最大振动速度数值较小，但在径向、垂直向最大振动速度的分布并无取向.

表 1(Table 1)

表 1 有隔振沟振动测试结果Table 1 Vibration test with vibration isolation trenches 测点 夯源距(m) 最大振动速度值(cm/s) 频率(Hz) 径向 切向 垂直向 瞬时合成值 3-1 31 1.51 0.37 2.54 2.97 6.55 3-2 41 1.00 0.24 1.29 1.35 5.02 3-3 61 0.63 0.28 0.40 0.66 4.17 4-1 413 0.04 0.03 0.05 0.06 4.57 4-2 438 0.03 0.02 0.05 0.05 4.17 4-3 490 0.03 0.02 0.03 0.04 2.94 5-1 23 3.75 0.96 2.40 3.88 4.55 5-2 37 1.18 0.19 1.30 1.31 3.85

表 1 有隔振沟振动测试结果Table 1 Vibration test with vibration isolation trenches

每个监测点分别记录径向、切向、垂直向三个不同的振动分量，最大振动速度反映强夯施工引起的振动能量强弱及其衰减变化.分析监测数据变化总的趋势，强夯振动衰减规律表现为近夯点位置衰减较快，夯源距较大时衰减缓慢.为了充分保证振动测试影响评价的客观性、可靠性以及确保构筑物的安全，对记录的1#～6#夯点打夯全过程数据，取整个工作过程中的每一个测点的各分量振动的瞬时合成最大值作为评价依据(见表 1、表 2).

表 2(Table 2)

表 2 无隔振沟振动测试结果 Table 2 Vibration test without vibration isolation trenches 测点 夯源距(m) 最大振动速度值(cm/s) 频率(Hz) 径向 切向 垂直向 瞬时合成值 1-1 20 12.19 5.06 9.55 14.84 7.14 1-2 30 10.45 2.81 5.06 10.56 6.33 1-3 40 2.81 0.75 1.73 2.87 5.56 2-1 55 1.08 0.50 0.90 1.10 4.55 2-2 75 0.84 0.49 0.46 0.88 3.85 6-1 20 6.10 5.96 9.31 11.40 6.25 6-2 40 2.76 1.77 1.31 3.15 5.56 6-3 75 0.64 0.42 0.16 0.79 3.85

表 2 无隔振沟振动测试结果 Table 2 Vibration test without vibration isolation trenches

某一能级下振动速度衰减公式可表示为

可以用回归数理统计方法，导出强夯施工时，振动速度与距离的关系.例如对于本试验区15000 kN·m夯能，振动速度与距离有如下关系：

强夯振动主振频率也是评价振动对建筑物影响的一个重要参数.不同于一般的人工振源，如列车振源振动频谱在0.05～20 Hz范围内，平坦且信号频带较宽(李丽等，2004)；强夯振动频率明显集中.此外，通过频谱分析发现高能级强夯振动频率与一般中低能级强夯相比，主振频率更低，本试验区主振频率范围在2.9～7.1 Hz，下限已低于3 Hz.值得注意的是普通建筑物的固有频率一般为10 Hz以下(陆伟东等，2002)，因此高能级强夯振动可能引起更强烈的建筑物破坏. 3.4 隔振沟作用分析

隔振沟是减少强夯施工影响到有效措施.隔振沟对强夯振动地震波的大部分水平分量可以起到极好的衰减作用，对垂直分量也有良好的减震效果.

图 2给出了固定监测点在有无隔振沟两种不同的工程施工处理措施下，最大振动速度分布情况.一定范围内，在夯源距近似时，无隔振沟监测点最大振动速度瞬时合成值较之有隔振沟监测点最大振动速度瞬时合成值的大的多，特别是夯源距较小时，差异可以达到数倍.由此可说明隔振沟对高能级强夯振动影响阻隔作用效果显著.

图 2

Fig. 2

图 2 振动速度瞬时合成值与隔振沟的关系 Fig. 2 Relation between vibration isolation trenches and synthetic instantaneous valuesof vibration velocity

高能级强夯振动频率较低.尽管随着夯源距增大，主振频率趋于减小，但对比有隔振沟监测点和无隔振沟监测点的测试数据(表 1和表 2)，表明隔振沟对主振频率无明显阻隔影响作用. 3.5 安全振动速度取值

标准中规定的安全振动速度值，也是在统计试验的基础上，通过考察大量相同类型房屋的震害情况制订的.事实上，由于同一类型房屋其施工质量、建筑材料、地基情况及使用年代不尽相同，又不可能对各种各样的情况分别制订判定标准，因此，按照结构类型制订的安全振动速度标准是偏于安全的.如果实际的振动速度值小于标准规定的安全振动速度值，属于该类型的一般房屋不会因此损坏.

鉴于本次工程建筑物的重要性，考虑类似情况一般工程上对建筑物的安全系数取值为2.0，经过讨论研究，本次高能级强夯测试临界振动速度值取标准规定的安全振动速度值的1/2，也就是说实际的振动速度值小于标准规定的安全振动速度值1/2，认为建筑物是安全的. 3.6 振动影响区域分类

依据试验区获得的数据、工程要求的强夯作业夯点与建筑物安全距离以及考虑建筑物的基础结构情况，对场区内各构筑物受强夯振动的影响进行了综合评价(表 3)，并经受了后期工程实践，评价有效可靠.

表 3(Table 3)

表 3 各构筑物受强夯振动影响评价 Table 3 Comprehensive Evaluation of structures by vibration

表 3 各构筑物受强夯振动影响评价 Table 3 Comprehensive Evaluation of structures by vibration

对试验区高能级强夯振动影响分析评价，形成如下认识：

(1)高能级强夯作业振动影响，监测点数据整体上以切向的最大振动速度数值较小，但在径向、垂直向最大振动速度的分布并无特征取向.

(2)数据对比表明，设置隔振沟对高能级强夯振动速度衰减作用显著，但对主振频率无明显影响作用.

(3)强夯振动影响评价中，与一般中低能级强夯相比，高能级强夯振动其主振频率更低，因此需注意调查分析各构筑物的固有振动频率.必要时可改变强夯工艺参数和施工顺序以减少对建筑物安全的影响.

(4)综合本次工作试验区强夯影响范围分析，大部分构筑物处于安全允许范围内，部分临舍处于受强夯振动影响危险区，部分砼制管线处于受强夯振动影响安全允许临界值.对处于危险区和安全允许临界值的管线等构筑物在强夯时应加强现场巡视，发现问题及时处理.