陳大印 陳李斌

(溫州大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，浙江溫州 325005)

0 引言

公路交通、重工業(yè)的振動(dòng)機(jī)器和施工活動(dòng)都要引起振動(dòng)，對(duì)臨近振動(dòng)敏感的精密儀表、設(shè)備和建筑物等有不可忽視的影響。由于振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)物破壞以及振動(dòng)超過(guò)界限值等可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)后果，危及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，對(duì)社會(huì)直接或間接影響較大，由交通、工業(yè)機(jī)器及施工活動(dòng)等造成的振動(dòng)已經(jīng)深深的影響著人們的生產(chǎn)、生活，對(duì)環(huán)境的影響也不容小覷，國(guó)際上已經(jīng)將振動(dòng)列為七大公害之一，因此，振動(dòng)防護(hù)已成為亟需解決的環(huán)境和工程問(wèn)題。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多研究人員對(duì)于屏障隔振做過(guò)一些研究。空溝作為一種屏障，具有一定的隔振效果，Lamb及其他先驅(qū)通過(guò)三維頻域邊界單元法研究表明空溝深度是其隔振的主要影響因素。由于空溝僅適用于較小的波長(zhǎng)，一般要取得好的效果就要付出很大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。邱暢根據(jù)Lamb問(wèn)題的基本解，并從相關(guān)積分方程方法(彈性波散射理論)著手，利用得出的積分方程表達(dá)式，在三維層次對(duì)兩種情況下的屏障(連續(xù)和非連續(xù))進(jìn)行了研究。在Karlstrom的列車實(shí)驗(yàn)中表明了空溝對(duì)低頻率振動(dòng)波有一定的削弱作用。高廣運(yùn)以SH波的三效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用了新的設(shè)計(jì)方法，突破了Woods等前輩的結(jié)論，成功證明了非連續(xù)屏障良好的隔振效果。申永剛的空心管樁實(shí)驗(yàn)方法證明了地形與行車速度對(duì)振動(dòng)有一定程度的影響，通過(guò)埋置適宜深度的隔振溝能有效的使路面振動(dòng)波以及中高頻率振動(dòng)波減弱。以上的研究主要考慮的是單向彈性土體中屏障的隔振效果，但是對(duì)于實(shí)際工程中可能遇到的軟土中排樁的隔振效果，本文是基于實(shí)體樁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理圖像分析，理論對(duì)比來(lái)得出一些結(jié)論，探討不同直徑的樁、不同頻率的振動(dòng)波的隔振效果。

1 模型試驗(yàn)方法與儀器

本實(shí)驗(yàn)室在尺寸為3.5 m×5.5 m×1.2 m的模型槽中進(jìn)行，為了最大限度減少邊界效應(yīng)，側(cè)壁由內(nèi)而外分別由聚苯乙烯泡沫塑料板、防水層、鋼筋混凝土外圍構(gòu)成，底部墊有一層聚苯乙烯泡沫塑料板。模型槽內(nèi)還要填充一定高度的砂土，實(shí)驗(yàn)所用砂土是溫州常見(jiàn)的河砂，經(jīng)曬干、篩分后分層回填壓實(shí)，然后測(cè)定其物理力學(xué)指標(biāo)。

本實(shí)驗(yàn)所需的模型樁尺寸為75 mm，樁的長(zhǎng)度分別為1.2 m。實(shí)芯樁所配混凝土中各種材料的重量比為水泥∶水∶干砂子∶石子=1∶0.42∶1.21∶2.83，混凝土強(qiáng)度由測(cè)試齡期為 28 d 的混凝土試塊強(qiáng)度而得。試驗(yàn)用到的儀器有VC2002函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，JZ-5激振器，GF75W功率放大器，動(dòng)態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析測(cè)試儀，加速度傳感器。

2 自由場(chǎng)與單排樁的測(cè)試與分析

為了體現(xiàn)排樁的隔振效果，首先要對(duì)無(wú)任何屏障情況下的自由場(chǎng)進(jìn)行振動(dòng)影響的測(cè)試，本次對(duì)比試驗(yàn)采用的是75 mm樁，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 測(cè)點(diǎn)分布簡(jiǎn)圖

2.1 VIBRA+振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀自導(dǎo)圖形的分析

將VIBRA+振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，畫(huà)出部分圖形，根據(jù)圖形對(duì)自由場(chǎng)和布單排樁、單排樁和泡沫板情況下的對(duì)比分析，得出抗震效果較好的一組。

2.2 自由場(chǎng)、布單排樁在不同頻率三角波的情況下的對(duì)比

自由場(chǎng)和單排樁的情況下，由于所測(cè)數(shù)值較多，本實(shí)驗(yàn)采取具有代表性的頻率波做出對(duì)比，即采用5 Hz，20 Hz和50 Hz的波，根據(jù)圖形所統(tǒng)計(jì)的最大豎向速度值(mm/s)分別以不同列測(cè)點(diǎn)畫(huà)三幅圖形，見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 自由場(chǎng)、單排樁5 Hz下的最大速度值

圖3 自由場(chǎng)、單排樁20 Hz下的最大速度值

從以上三個(gè)圖可以看出:自由場(chǎng)情況下的各測(cè)點(diǎn)測(cè)值總是大于布樁情況下的測(cè)值;并且，距離振源越遠(yuǎn)的點(diǎn)，最大速度值呈下降趨勢(shì)，故距離振源越遠(yuǎn)，所受影響越小。

由以上可以得出結(jié)論:在不同頻率三角波的影響下，布樁情況下的隔振效果優(yōu)于自由場(chǎng)情況下的效果。

圖4 自由場(chǎng)、單排樁在50 Hz頻率下的最大速度值

3 單排樁與泡沫板情況下的比較

單排樁和泡沫板情況下，從三個(gè)方向作對(duì)比，來(lái)討論單排樁和泡沫板的隔振效果，根據(jù)圖形所統(tǒng)計(jì)的最大速度值(mm/s)分別以不同列測(cè)點(diǎn)畫(huà)六幅圖形，見(jiàn)圖5～圖10。

圖5 單排樁和泡沫板在5 Hz下Y，Z方向的最大速度值

圖6 5 Hz下X方向的最大速度值

圖7 20 Hz下Y，Z方向的最大速度值

圖8 20 Hz下X方向的最大速度值

圖9 50 Hz下Y，Z方向的最大速度值

圖10 50 Hz下X方向的最大速度值

從以上六個(gè)圖可以看出:在5 Hz和20 Hz情況下，單排樁和泡沫板Y，Z方向的最大速度值相差不太大，總體來(lái)說(shuō)泡沫板的速度值大于單排樁的(除了在測(cè)點(diǎn)13處發(fā)生的突變)，不過(guò)隔振效果差別不太明顯;頻率為50 Hz時(shí)，泡沫板和單排樁在Y，Z兩個(gè)方向上最大速度值泡沫板低于單排樁，即泡沫板在50 Hz時(shí)，Y，Z方向隔振效果優(yōu)于單排樁，不過(guò)在X方向泡沫板最大速度值大于排樁的最大速度值，在X方向的隔振效果排樁好一些。

4 結(jié)語(yǔ)

排樁作為非連續(xù)屏障隔振中的一種，給工程實(shí)踐帶來(lái)便利的同時(shí)也有較好的經(jīng)濟(jì)效益。它通過(guò)干涉振動(dòng)波能的傳遞來(lái)達(dá)到隔振的效果。排樁模型試驗(yàn)研究的完善，對(duì)軌道交通、建筑物、施工場(chǎng)地等隔振減振方面有著重要的指導(dǎo)意義。本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出了如下的結(jié)論:

1)通過(guò)設(shè)置排樁，可以減小場(chǎng)地振動(dòng)的速度值，讓場(chǎng)地更趨于穩(wěn)定，排樁可以有效的阻隔振源引起的振動(dòng)。

2)對(duì)于縱向和豎向隔振，在頻率較大時(shí)，泡沫板的隔振效果優(yōu)于單排樁，頻率較小時(shí)，隔振效果低于排樁;在橫向隔振，泡沫板隔振效果明顯低于排樁隔振。

［1］邱 暢.連續(xù)屏障和非連續(xù)屏障遠(yuǎn)場(chǎng)被動(dòng)隔振三維分析［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文，2003.

［2］高廣運(yùn)，李志毅，邱 暢.填充溝屏障遠(yuǎn)場(chǎng)被動(dòng)隔振三維分析［J］.巖土力學(xué)，2005，26(8):1184-1188.

［3］Karlstrom A，Bostrom A.Efficiency of trenches along railways for trains moving at sub-orsupersonic speeds［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2007，27(7):625-641.

［4］申永剛，項(xiàng)貽強(qiáng).行駛車輛引起復(fù)雜場(chǎng)地及結(jié)構(gòu)振動(dòng)的試驗(yàn)研究［J］.振動(dòng)與沖擊，2008，27(5):89-94.

［5］蔡袁強(qiáng).飽和土中單排彈性樁對(duì)平面S波的屏蔽［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30(7):964-969.