王志楠，何小飛，沈錦儒

(江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京 210036)

1 概述

AQ500 kV變電站站區(qū)地質(zhì)條件尚好，但部分地段水塘面積達3400 m2，填土厚度較大。對填土場地必須進行地基處理。

經(jīng)方案比較和專家評審決定采用分層碾壓和強夯相結(jié)合的方案。在工程實施前選擇了220 kV配電裝置區(qū)的一角場地進行試夯。以獲取必要的設(shè)計、施工參數(shù)，同時對強夯沖擊波引起不同距離的地面振幅、速度和加速度等重要參數(shù)進行必要的監(jiān)測和研究，評估其對環(huán)境的影響。

2 巖土工程條件與試夯工程

2.1 強夯區(qū)巖土工程條件

(1)場地設(shè)計高程為25.85 m，強夯區(qū)填土厚度為4～6.5 m。

(2)強夯區(qū)原狀土為③層粉質(zhì)粘土、④層粉質(zhì)粘土、⑤1層細砂巖、⑥1層泥巖。

(3)強夯區(qū)填土前將表層耕土和塘底軟土清除干凈后，分層填土。當填土達到標高后，用壓路機對土體表層進行碾壓，以使表層密實，防止雨水下滲。填土面標高需形成排水坡度，在強夯區(qū)南、北兩側(cè)各挖一條排水溝，將地表水引流至西側(cè)低洼的水塘內(nèi)。填土的土源盡量選擇透水性好的土，如表層開挖的全風化細砂巖及泥巖或爆破的石料(粒徑控制在300 mm以內(nèi))，摻合挖方區(qū)的粉質(zhì)粘土或粉煤灰，粉粒以下的含量宜小于10%。

2.2 試夯工程

2.2.1 試夯區(qū)的選擇

AQ500 kV變電站的強夯區(qū)位于站區(qū)的西南角(圖1)，強夯區(qū)內(nèi)的水塘，為強夯處理厚度最大處，試夯區(qū)就選在該水塘處。強夯場地鄰近的建筑物為居民民房，主要為2層樓房，少量為土坯房，強夯區(qū)邊界距最近的民房約130 m。

圖1 強夯區(qū)、試夯區(qū)的平面位置圖

2.2.2 試夯設(shè)計與施工

強夯需處理的土層厚度≤6.5 m，根據(jù)DL/T5024－2005式(8.1.4)估算，當影響系數(shù)α=0.6時，需要的夯擊能量為1174 kJ，設(shè)計采用的強夯參數(shù)見表1。

表1 強夯參數(shù)

3 地面振動監(jiān)測

3.1 振動監(jiān)測設(shè)備及方法

(1)儀器設(shè)備

主要的儀器設(shè)備見表2。傳感器有2類分別為垂直向、水平向(徑向和環(huán)向)。整套測振設(shè)備在試驗前均要進行標定，并以標定的數(shù)值進行計算。

表2 主要監(jiān)測設(shè)備

(2)測點的安置與測試方法

測振點不應(yīng)設(shè)在松軟的地層上，每測點處打一根長50 cm、 截面為10 cm×10 cm的木樁，拾振器就固定安裝在木樁頂端。拾振器放置方向應(yīng)根據(jù)需要而定，測鉛垂向的振動就垂直放置，測水平向振動的就水平放置。當夯錘提起后，儀器進入采集狀態(tài)，采集時間設(shè)置為15 s。強夯振動全過程可以被記錄下來。每夯擊一次作為一個文件儲存。

強夯試驗時對地面振動的監(jiān)測應(yīng)遵循的國家規(guī)范是：國家標準GB10071－88《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》。

3.2 監(jiān)測點的布置與分組

本次強夯振動監(jiān)測的重點是變電站周邊房屋所在地的振動。同時也對夯擊點附近的振動情況進行監(jiān)測。監(jiān)測點共計布置了6處(圖2)。夯點1～3在強夯試驗場地內(nèi)，監(jiān)測點A在1～3號夯點附近，監(jiān)測點4在變電站北墻外的2層房屋南墻外0.5 m處，監(jiān)測點5在變電站圍墻西側(cè)的1層臨建南墻外0.5 m處。

圖2 試夯時測點布置圖

夯點1～3與測點A配合為3組監(jiān)測項目，列為第1～3組。夯點1～3與監(jiān)測點4、5配合共計完成6組監(jiān)測項目。由于測點4、5與夯點1～3的距離相差不大，故按夯點1～3的平均距離考慮，列為第4組、第5組分析。各組測點與強夯點的距離按坐標值計算結(jié)果見表3。

表3 各組監(jiān)測點與夯點間的距離

3.3 強夯振動監(jiān)測的成果

強夯振動監(jiān)測的成果見表4、表5。

表4 鉛垂向振動成果

表5 水平向振動成果

由表4、5中可以看出，振動加速度a在夯擊點的附近是鉛垂向為最大，水平徑向次之，水平環(huán)向最?。辉陔x夯擊點24 m以外時，經(jīng)過衰減后，則以水平徑向為最大，鉛垂向次之，水平環(huán)向依然最?。划敱O(jiān)測點在200 m以外的遠處，強夯引起的地面振動已衰減得十分微弱。

圖3表示100 m內(nèi)監(jiān)測點3個方向的地面振動加速度a隨距離r變化的曲線圖。從圖中可見3條曲線互有交叉，顯示了它們的數(shù)值大小發(fā)生多次變化的情況。

圖3 三個方向地面振動加速度a隨距離r變化曲線圖

圖4 三個方向地面振動位移d隨距離r變化曲線圖

圖4表示100 m內(nèi)監(jiān)測點3個方向的地面振動位移d隨距離r變化的曲線圖。圖中水平環(huán)向的位移曲線始終在上面，鉛垂向的位移曲線在最下方。顯示了水平環(huán)向的地面振動位移總是大于另外兩個方向，而鉛垂向的地面振動位移始終是最小的。

4 振動監(jiān)測成果的環(huán)境安全評估

4.1 強夯振動監(jiān)測成果的整理

現(xiàn)將水平向合成的振動加速度a、三向合成的振動速度v、三向合成的振動位移d及鉛垂向的振動加速度級VAL見表6。

表6 整理后的振動監(jiān)測成果

4.2 安全評估

4.2.1 對振動速度的安全評估

將實測各組振動速度三向合成的數(shù)據(jù)及其擬合曲線示于圖5。由擬合曲線可見振源近處衰減很快，遠處衰減很慢。圖中擬合曲線的方程式為：

圖5 三向合成的地面振動速度v與離夯點距離r關(guān)系曲線圖

由式(1)可知，地面振動速度v由兩部分組成，一部分以r－2.16的形式傳播，直至遠處，另一部分以e－0.2r的形式傳播，傳到60 m處已趨消失。由計算數(shù)據(jù)可知振源附近15 m范圍以前，式(1)中兩部分的比例約為10∶6，以遠則前者的比例逐漸增大，直至60 m處變?yōu)?0∶ 0.01。

將實測值與方程(1)的計算值見表7，可見兩者較接近。

表7 各組三向合成的速度v及擬合曲線的計算值

一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物安全允許振動速度v(cm/s)如下：

“＜10 Hz，2.0～2.5；10～50 Hz，2.3～2.8，50～ 100 Hz，2.7～3.0”。

從表7可見r=24.52 m處的地面振動速度已經(jīng)在安全允許標準以下了。

4.2.2 對鉛垂向Z振級的安全評估

對照國家標準GB10070－88規(guī)定的城市各類區(qū)域鉛垂向的Z振級標準值。本工程屬于居民、文教區(qū)，其鉛垂向的Z振級標準值為：晝間70 dB，夜間67 dB。

距離夯擊點24.5 m處監(jiān)測到的鉛垂向的Z振級VAL為95.2 dB，高于安全允許標準值70 dB。距離夯擊點213.28 m監(jiān)測到鉛垂向的Z振級VAL為59.7 dB，低于安全允許標準值。從24.5 ～213.28 m，究竟距離r為何值時才能達到安全標準呢？

將各組實測的鉛錘向Z振級VAL數(shù)據(jù)與擬合曲線繪于圖6。圖6中擬合曲線的方程式為：

圖6 鉛錘向Z振級VAL與離夯點距離r關(guān)系曲線圖

擬合曲線是以對數(shù)曲線的形式衰減，近處衰減略快，遠處衰減略慢。在半對數(shù)坐標系內(nèi)呈直線狀。將實測值與方程(2)的計算值列于表8，兩者比較接近。

表8 鉛錘向Z振級VAL實測值及擬合曲線的計算值

上表顯示：當距夯擊點125.0 m時，VAL=66.4 dB，低于國家規(guī)范規(guī)定的標準值，而居民點離強夯施工區(qū)的邊緣在125 m以上，可見本工程強夯施工時振動加速度鉛錘向Z振級都能控制在國家規(guī)定的允許值以下。

4.2.3 對地面振動加速度a的安全評估

“當有自由場地強震動記錄時，水平向地震動峰值加速度可作為綜合評定地震烈度的參考指標”。

從表6中的數(shù)據(jù)可以看出，距離振源24.52 m處，水平地面運動峰值加速度a為0.58 m/s2，相當于0.06 g，對應(yīng)于《中國地震烈度表》中的烈度為Ⅵ度。根據(jù)圖3推算，距離振源125 m處的地面運動峰值加速度a約為0.07 m/s2，表6顯示的地面振動速度v =0.037 cm/s，所以當r =125 m時，強夯所引起的水平地面運動微弱。

4.2.4 對地面振動位移d的安全評估

從圖4中可見，3個方向的地面振動位移d隨離夯點的距離r的增大均急劇地衰減，當r達到50 m時，3條曲線幾乎都與橫坐標接近了。表6中的三向合成的位移值，當r =24.52 m和213.28 m時，位移值d分別為0.60 mm和0.004 mm。經(jīng)推算，當r =125 m時，d＜0.1 mm，此振幅值除對精密儀器設(shè)備有一定影響外，對一般建筑物不會造成損壞?？梢姳竟こ虖姾皇┕ひ鸬牡孛嬲駝樱粫斐芍苓吤窬雍团R建發(fā)生損壞。

4.3 振動影響場地的分區(qū)

根據(jù)本次實測數(shù)據(jù)和擬合曲線，參考有關(guān)國內(nèi)外資料，以振動加速度作為判據(jù)，按建(構(gòu))筑物破壞標準或人體對振動的允許標準，可將振動影響場地劃分為4區(qū)。

(1)振動破壞區(qū)：離夯點小于15 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動加速度大于4.0 m/s2，速度大于5 cm/s，振幅大于1.0 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值大于100 dB。振動將對該區(qū)域內(nèi)一般建筑物造成破壞。

(2)振動損壞區(qū)：離夯點15～30 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動加速度為0.2～4.0 m/s2，速度為1～5 cm/s，振幅0.4～2.6 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值為90～100 dB。振動將對該區(qū)域內(nèi)一般建筑物造成一定程度損壞。

(3)相對安全區(qū)：離夯點30～125 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動加速度小于0.2 m/s2，速度小于1 cm/s，振幅小于0.4 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值大于67 dB，未達標。振動對該區(qū)域內(nèi)除精密儀器設(shè)備有一定影響和使部分居民感到煩躁外，對一般建筑物不會造成損壞。

(4) 安全區(qū)：離夯點125 m以外。r=125 m處的振動加速度已小于0.1 m/s2，振動速度小于0.11 cm/s，振幅小于0.1 mm，鉛錘向振動加速度Z振級值為66.4 dB，各項指標均達標，振動對該區(qū)域內(nèi)的一切都沒有不安全的影響。

5 結(jié)語

(1)距夯擊點24.52 m處監(jiān)測到的地面振動速度僅13.8 mm/s，已小于國家規(guī)定的允許值，距夯擊點125 m處的地面振動速度的推算值為0.37 mm/s，遠小于國家規(guī)定的允許值。

(2)距夯擊點24.52 m處的地面水平加速度值為0.58 m/s2，相當于我國地震烈度表中的Ⅵ度，距離夯擊點125 m處的地面水平加速度值為0.07 m/s2，強夯引起的水平地面運動微弱。

(3)距夯擊點125 m處的振動加速度Z振級值為66.4 dB，其余評估指標均小于國家規(guī)定的允許值。

(4)本工程強夯施工期間，距離夯點15 m以內(nèi)屬振動破壞區(qū)；15～30 m間的區(qū)域是振動損壞區(qū)；30～125 m間為相對安全區(qū)；125 m以遠為安全區(qū)。變電站圍墻外的房屋均在安全區(qū)內(nèi)，強夯施工對它們不會產(chǎn)生任何影響。

[1]地基處理手冊編寫委員會．地基處理手冊(第二版)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000．

[2]DL/T5024－2005，電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S]．

[3]監(jiān)測組．AQ500kV變電站強夯振動環(huán)境影響評估報告[R]．南京：南京安正軟件工程有限責任公司，2009．

[4]GB10070－88，城市區(qū)域環(huán)境振動標準[S]．

[5]GB10071－88，城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法[S]．

[6]GB6722－2003，爆破安全規(guī)程[S]．

[7]GB/T17742－2008，中國地震烈度表[S]．

[8]胡鈞，李昊．強夯振動監(jiān)測與分析[J]．工程勘察，2000，(6)．