多夯机强夯施工振动叠加理论与实践

强夯是一种广泛应用的地基处理技术，它通过自由落地的重锤夯击土体产生巨大的能量提高土体密实度，从而达到地基土体加固的效果，已在土木工程、道路工程等领域获得了广泛应用。强夯技术简单、适应性强、易于应用，是地基、公路、路堤施工中软弱土加固的主要解决方案之一。但是强夯地基加固过程中，重锤冲击加固土体的同时，也在地基土体中产生了强烈的振动，强夯振动以波动的方式在地基土体中扩散传播，对场地中和场地周边的环境造成不良影响，甚至导致建筑物的破坏。
随着我国基建行业的大发展，作为一种被广泛采用的地基处理技术，强夯是大部分后续建设项目的基础和前提，在工期要求和施工组织衔接要求日趋严格的情况下，越来越多的强夯项目开始选择用多台夯机近距离共同施工来加快进度，保证工期。而多台夯机共同施工的情况下，其强夯能量将发生多次叠加，对加固效果以及周围场地产生比单夯机施工复杂得多的影响，目前施工中通过单夯机施工经验总结出的各种设计参数、安全措施、安全距离等都无法保证其适用性，成为一大隐患，对项目的安全实施以及周围的建（构）筑物造成威胁。
因此，了解和掌握多夯机强夯加固过程中的强夯振动强度及其衰减规律，认识叠加的强夯振动对建（构）筑物产生的影响，确定多夯机强夯加固施工相对于建（构）筑物的安全距离，对于降低多夯机强夯振动对工程和环境的负面作用具有重要意义。
本书结合实际的多夯机强夯地基处理工程对多夯机共同施工情况下，场地强夯能量的叠加、衰减规律以及对周围建（构）筑物的影响进行了研究，探讨了施工设计参数如夯机排列形式、夯机间距、夯击时间间隔等影响因素的作用，得到的相关结论可以作为今后类似多夯机强夯项目的设计指导，也可作为同类项目现场施工人员、土木工程专业学生学习地基处理技术的参考书籍。
本书由山东交通学院葛颜慧和姜春林著，限于编者自身水平，书中缺点和错误之处在所难免，恳请广大读者和专家学者批评指正。

著 者
2021 年12 月

《多夯机强夯施工振动叠加理论与实践》通过数值模拟、现场监测等方法，对不同组合形式的多台夯机共同施工作用下、距离夯击点不同位置处的土体动力响应进行了详细的研究分析，明确了近场土体中土体动应力的叠加特性以及中远场土体地面振动的叠加规律、传播和衰减的过程，综合分析总结了夯机方位、数量、夯击参数、土体的自身特性如弹性模量、剪切强度指标等关键参数的影响，明确了多夯机强夯能量叠加效果的关键影响因素。在此基础上研究了多夯机施工叠加后的振动能量对早龄期混凝土的周期性作用，随后通过模拟分析了抑制强夯能量的各项减振措施的有效性及其关键参数的影响，并结合国内外相关规范、研究成果和现场实测数据，提出了控制多夯机施工地面振动的安全距离、组合形式、时间间隔等重要施工参数。
本书可供从事地基基础设计、软弱地基加固等项目的工程技术人员在类似多夯机强夯项目中的设计和施工工作提供参考，也可供土木工程、城市地下空间工程等专业学生学习参考。

第1 章 绪论 1
1.1 强夯法简介 1
1.2 强夯法的理论基础 3
1.3 多夯机强夯施工的研究 4
参考文献 5

第2 章 强夯加固地基理论 7
2.1 动力固结理论 7
2.2 动力固结原理 8
2.3 振动波压密理论 9
2.4 动力置换13
2.5 结构动力学理论13
2.6 强夯加固机理分析研究14
2.7 强夯振动机理研究15
2.7.1 点荷载振动波场17
2.7.2 夯锤的动力作用18
2.7.3 强夯振动波场 20
2.8 多夯机强夯叠加作用 22
参考文献 26

第3 章 多夯机强夯加固叠加特性的研究方法 28
3.1 材料本构模型的选取 29
3.2 求解器的选择 31
3.3 强夯动力接触问题 34
3.4 场地土边界的模拟 39
3.5 强夯振动衰减分析 41

第4 章 多夯机强夯能量近场叠加特性 44
4.1 强夯施工冲击特性 45
4.1.1 强夯模型初始参数 46
4.1.2 土体夯击变形特性 46
4.2 多夯机施工的近场能量叠加 50
4.3 两台夯机冲击能量的叠加 50
4.4 三台夯机冲击能量的叠加 56
4.4.1 梅花式排列 56
4.4.2 行列式排列 61
4.5 四台夯机冲击能量的叠加 67

第5 章 近场能量叠加的主要影响因素 73
5.1 夯击次数的影响 73
5.2 夯锤直径的影响 77
5.3 土体物理力学参数的影响 82
5.3.1 黏聚力c 值的影响 82
5.3.2 内摩擦角的影响 86
5.3.3 弹性模量的影响 90
5.3.4 上下土层弹性模量比的影响 94
5.3.5 夯机间距的影响 96

第6 章 多夯机强夯能量远场叠加特性 99
6.1 两台夯机远场能量叠加 99
6.2 三台夯机远场能量叠加 102
6.3 四台夯机远场能量叠加109

第7 章 远场能量叠加的主要影响因素 113
7.1 夯击次数的影响 113
7.2 夯锤直径的影响 116
7.3 土体物理力学参数的影响 118
7.3.1 黏聚力c 值的影响 118
7.3.2 土体内摩擦角的影响 122
7.3.3 弹性模量的影响 126
7.3.4 上下土层弹性模量比的影响130
7.4 夯机间距的影响 133

第8 章 强夯振动能量衰减规律及隔振措施 142
8.1 强夯振动对建（构）筑物及环境的影响 142
8.1.1 强夯振动对建（构）筑物的影响 142
8.1.2 强夯振动对人员与仪器设备的影响 143
8.2 强夯振动控制评价指标 144
8.3 多夯机强夯施工隔振技术 146
8.3.1 隔振沟技术 146
8.3.2 模型相关参数 149
8.3.3 多夯机强夯能量经隔振沟阻断后的变化 151
8.3.4 多夯机能量衰减特征 153
8.4 多夯机施工隔振沟设计 155
8.5 强夯振动能量衰减规律 159
8.5.1 模型相关参数设置 159
8.5.2 不同夯击能振动衰减规律 159
8.5.3 多夯机振动叠加衰减规律分析 162
参考文献 179

第9 章 多夯机强夯振动对早龄期混凝土构筑物的影响 181
9.1 混凝土早龄期弹性模量的确定 183
9.2 不同龄期预制U 形梁振动强度分析 185
9.3 U 形梁峰值振速演变规律 188
9.4 强夯振动能量造成的塑性损伤 190
9.4.1 连续介质塑性损伤模型 190
9.4.2 损伤演化法则 192
9.5 塑性损伤模型仿真分析 193
9.5.1 场地模型参数 193
9.5.2 早龄期混凝土参数 194
9.5.3 损伤因子计算196
9.6 强夯能量对早龄期U 形梁塑性损伤影响197
9.6.1 横向冲击197
9.6.2 纵向冲击 202
9.7 多夯机强夯振动对早龄期U 形梁疲劳破坏的影响 208
9.7.1 模拟参数设置 209
9.7.2 早龄期U 形梁低周疲劳断裂特性 210
参考文献218

第10 章 施工参数优化及现场监测 220
10.1 夯锤参数对场地振动的影响 220
10.2 强夯施工最小安全距离 222
10.3 现场振动监测实例 223
10.3.1 未采取措施时监测数据 224
10.3.2 采取相关措施后监测数据 227