藍(lán)耀榮

[摘要]城市建設(shè)的建設(shè)過程中，特別是在舊城的改擴(kuò)建中，樁基施工已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但因為樁基施工通常是強(qiáng)迫振動的過程，所產(chǎn)生的工程激振可能會對周邊建筑物造成影響，危害居民的生命財產(chǎn)安全。隨著工程測振技術(shù)不斷的發(fā)展，也就提供了解決此類問題的辦法。但是因為地下振動的過程非常復(fù)雜性，優(yōu)化評價方法與測試手段以及確定合適計算模型是決定測振質(zhì)量的關(guān)鍵。本文介紹了樁基施工振動對建筑物影響的測試原理與方法，分析了具體的工程案例，以供參考。

[關(guān)鍵詞]樁基施工 振動 建筑物 測試

[中圖分類號] P2 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-372-3

1引言

樁基施工時引起相鄰地段地基土應(yīng)力重新分布、變形，由于振動能量的擴(kuò)散從而引起周圍建筑物、構(gòu)筑物變形產(chǎn)生危害，這一問題已引起建筑業(yè)內(nèi)人士的高度重視，國內(nèi)外均開展了此項測試工作，并得出了相關(guān)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)與結(jié)論。

例如，穩(wěn)態(tài)振動法、跨孔法、深標(biāo)點水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測以及磁環(huán)式沉降儀進(jìn)行觀測等等。

由于土體一般較為復(fù)雜性，進(jìn)行振動測試的目的也大都不一樣相，因此經(jīng)驗數(shù)值具有局限性。

利用各種監(jiān)測方法對周圍建筑物、構(gòu)筑物影響跟蹤測試，利用先進(jìn)的儀器設(shè)備將樁基施工振動的整個過程科學(xué)準(zhǔn)確的記錄下來，可以直觀的明確責(zé)任，緩和矛盾，確保城市建設(shè)工作的順利進(jìn)行，節(jié)約造價，加快進(jìn)度，保證鄰近的建筑物在施工的過程中能夠正常使用。

2測試的原理與方法

2.1振動特性分析

在進(jìn)行樁基施工的過程中，地下某個部位會在一段時間內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生瞬間激振，地層內(nèi)各個質(zhì)點因為受迫振動會通過波動的形式由振源通過地層半空間傳播到外處，為于振源區(qū)時主要是體波，當(dāng)傳播到一定距離之后就會變成主導(dǎo)波。

當(dāng)?shù)貙拥馁|(zhì)點受迫發(fā)生振動時，土體單元會受到剪應(yīng)力與正應(yīng)力的應(yīng)變作用，實際的體系可以看做是具有單位高度與橫截面積的土柱構(gòu)成的一種離形體系。

假設(shè)土體的質(zhì)量集中在該層中由上到下的幾個離散點，當(dāng)土中的某一個單元發(fā)生激振時就會產(chǎn)生相應(yīng)能量的振動，這種地下振動的特性通常用振動的頻率、持續(xù)時間以及振動幅度表示，除此之外它和地層結(jié)構(gòu)，振源機(jī)制及介質(zhì)的動力特性都有密切的關(guān)系。

當(dāng)振動超出某一個限定的數(shù)值之后，地層土體所受到的瞬間振動荷載將會大于其本身所能承受的最大值，這樣就會導(dǎo)致地基基礎(chǔ)以及建筑物上部的構(gòu)件失去穩(wěn)定性，對建筑物的耐用性造成威脅，嚴(yán)重的還會對居民的生命與財產(chǎn)安全造成威脅。

2.2計算模型

由打樁引起的振動，其傳播是一個非常復(fù)雜的過程，施工組織方案、樁基形式以及施工機(jī)械等都會對打樁時產(chǎn)生的地振動效應(yīng)造成影響，而巖土的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)是對地振動效應(yīng)造成影響的主要因素。

目前，工程界對因為爆破而造成振動的測試技術(shù)已經(jīng)非常成熟，通常都是先經(jīng)過多次的模擬試驗，然后在運用最小二乘法擬合出實驗的結(jié)果，這樣就會得到一個經(jīng)驗公式以及對振動進(jìn)行估算的主要參數(shù)。測試樁基造成振動的技術(shù)與測量爆破造成振動的公式相似。但最科學(xué)的方法就是將891-2型拾振器埋設(shè)在樁基影響面的測試點之上，測得影響面的振幅，帶入計算質(zhì)點的最大加速度或是振動速度，這樣就可以得出指點地震的烈度。質(zhì)點振動速度的公式為：V=A0/μm。

其中A0 代表的是某處質(zhì)點所測得振動幅值的最大值，單位是cm，μ表示所用測試儀器的靈敏度，m表示所用測試測試儀器系統(tǒng)的增益值。

2.3儀器標(biāo)定

使用靈敏度較高的VC63B測振儀器測試影響面上某個點的振動速度，并將該點質(zhì)點的振動速度隨振源強(qiáng)度以及時間的變化情況記錄下來，再通過上述的公式計算分析。在測量之前，還應(yīng)對測振儀器以及與之相配套的891-2型拾振器的靈敏度進(jìn)行標(biāo)定，如下圖圖1所示，其中1代表的是振動臺，2代表的是加速度傳感器，3代表的是速度傳感器，4代表的是電荷放大器，5代表的是測量放大器，6代表的是功率放大器，7代表的是信號發(fā)生器，8代表的是測振儀。

利用關(guān)系式對儀器以及891-2型拾振器在某一個振動速度下，頻率的改變引起系統(tǒng)輸出幅頻變化的特性：μ=A/V，其中μ表示儀器系統(tǒng)的靈敏度，A表示不同頻率下的振幅，單位是毫米，V表示的是輸入振動的速度。在求得儀器的靈敏度后，在實際工程振動測試時，只要將儀器和傳感器置于待測的某一處，并固定其放大倍數(shù)，再測得在振動的某一瞬間的最大振幅值，就可以按上式直接計算出由于錘擊等強(qiáng)迫振動而引起的該質(zhì)點的振動速度V。

2.4影響振動測試的因素

因為樁基的施工機(jī)理比相對復(fù)雜，這就導(dǎo)致振動測試的工作也會受到諸多不確定因素的影響，因此，不同資料上所顯示影響范圍的數(shù)值并不一樣，通過實驗可以知道樁基施工對附近建筑構(gòu)建的影響程度，主要與被影響建筑物自振的頻率、使用功能以及抗御能力、錘的能量與錘擊頻率、施工地距建筑物的距離、樁基工作原理與類型、四周土層物理力學(xué)的性質(zhì)、以及施工的速度與順序等因素密切相關(guān)。

2.5實驗方法的選擇

在實際的測量中，根據(jù)實際情況以及測試要求的不同，目前通常采用Endevco 壓電加速度傳感器、R3765BH信號分析儀、ADBZ2101型電荷放大器、891-2型測振儀以及 Agilent的53181A型頻率計等測試儀器測出需要的數(shù)據(jù)，記錄下來之后進(jìn)一步進(jìn)行分析和記錄。

實際測試的過程中，如果受到影響的建筑結(jié)構(gòu)易于靠近，對測試工作的開展非常有利，這樣可一采取單點進(jìn)行測試；如果被影響的建筑結(jié)構(gòu)所處區(qū)域較為狹窄，不方便測試工作，可運用多點的方法進(jìn)行測試，依照各測試點振動記錄的波形圖與數(shù)值，按照同間距的比例標(biāo)繪，參考地面振動波的衰減規(guī)律就能夠得到衰減曲線。根據(jù)曲線可以得到影響界面實際的衰減規(guī)律，由此能夠計算出建筑物在地表的振幅、速度、加速度等振動特性參數(shù)。

2.6計算結(jié)果評價方法

在進(jìn)行樁基施工的過程中對附近建筑物振動造成的影響，能夠通過特性參數(shù)的加速度、振幅、地面質(zhì)點振動的速度以經(jīng)濟(jì)頻率來確定。

因?qū)痘┕ふ駝有?yīng)的評價目前尚沒有一定的規(guī)范，所以在計算出測點最大振動速度，從表l中查得相對應(yīng)的振動地震烈度值后，還需參考有關(guān)規(guī)范并作適當(dāng)?shù)谋容^，才能為房屋的安全性能作出科學(xué)的綜合評價。

建議同時參照國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》、《中國地震烈度表》以及及有關(guān)工程實踐經(jīng)驗。

2.7振動測試的注意事項

在實際的操作中要注意以下幾點：

第一就是檢測儀器必須系統(tǒng)標(biāo)定。

第二就是單點測試通常用于檢測離開振源一定距離的結(jié)構(gòu)物的情況，測出幅值即可，所以測點較少。

第三就是多點測試主要用于研究場地的衰減特性，測點布置與振源成直線排列，測點間隔根據(jù)地質(zhì)、地形條件而定。

第四就是用加速度計測試時，在測點處需預(yù)設(shè)樁頭以便固定加速度計。 軟土地基上樁基設(shè)計的探討。

3工程實例

3.1方案確定

測試在A市某房地產(chǎn)開發(fā)公司擬建住宅小區(qū)的工地上進(jìn)行，工地周圍是某村兩層磚混結(jié)構(gòu)的住宅區(qū)。

該工程采用中377振動沉管灌注樁基礎(chǔ)，樁長力偽1，樁端持力層為粉質(zhì)粘上。

為了檢測打樁過程中的振動對周圍民房產(chǎn)生的影響程度，于2014年7月3日和7月1 9日分別對其中的1 2戶住房進(jìn)行振動側(cè)試，以確定房屋的安全度。

為測定房屋的最大振動量，然后進(jìn)一步布置振源和測點，其中測點分別布置在房屋的一層地面及二層頂面，振源為兩次試驗所在位置。

試驗時，按設(shè)計采用單打法施工。

沉管過程中，增加配重來提高沉管的效率，另經(jīng)探測，未發(fā)現(xiàn)管內(nèi)有地下水或泥漿滲入。

當(dāng)樁管下沉至樁尖設(shè)計標(biāo)高時，就停止灌注混凝土的振動，當(dāng)混凝土灌滿之后，先振動8秒，然后振動邊拔管，樁管里要超過2米的混凝土，在撥的過程中要注意每拔0.5米，就要停下1 0 秒鐘，但此時要繼續(xù)振動，按照這個順序直到整根樁管都拔出。

在這個過程里，測試系統(tǒng)應(yīng)與振撥保持同步。

之后繪制靈敏度頻響曲線，其中測試時主機(jī)記錄長度的設(shè)置最大記錄時間為2小時，數(shù)據(jù)顯示每屏1024點，分析系統(tǒng)采樣1 0ms，最后選取振幅最大的波形并且求得振動速度，對振動烈度進(jìn)行分析。

3.2振動效應(yīng)評價

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定、對一般磚房，由爆破引起的地面質(zhì)點安全振動速度應(yīng)處于20mm/s以內(nèi)，與爆破相比，臨近房屋在打樁機(jī)的影響下的受振次數(shù)明顯偏多，所以由打樁機(jī)造成的地面安全振動速度要低于上述規(guī)范所要求的數(shù)值。

查閱《中國地震烈度表》，當(dāng)一般房屋的最大振動的速度在1.5到3.0厘米每秒的時候，地震的烈度就等于V度，門窗、屋頂以及屋架會發(fā)生顫動，出現(xiàn)聲響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細(xì)裂縫。因為地震烈度表是群房來設(shè)定的，所以用它來對一間房屋的振動效應(yīng)作出評價，難免會存在一定的偏差，根據(jù)上文的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可已知道周邊民房在打樁機(jī)振動影響下的振動的速度在1.0厘米每秒的，一般來說是安全的。

受試驗民房在打樁機(jī)振動影響下，相應(yīng)的地震烈度最大為三度，考慮到振動在建筑物因固有振蕩頻率附近的增強(qiáng)特性，加上振動的長期積累效應(yīng)，對建筑物的影響最大定為四度。

因此，該試驗房屋在打樁機(jī)振動的影響下處于安全范圍。

4減輕樁基施工振動對建筑物影響的主要方法

為最大程度降低樁基施工振動對建筑物影響，在施工過程中可以使用新型的樁基，例如螺旋鉆裝置并用壓入法該工法在砂礫、卵石層或巖層等堅硬地層中，利用技研獨創(chuàng)的“除芯理論”在壓入的同時通過螺旋鉆鉆掘來降低貫入阻力，從而實現(xiàn)壓入作業(yè)。與靜壓植樁機(jī)主體聯(lián)動的“螺旋鉆裝置”最小限度地鉆掘樁前端正下方的地層，在抑制壓力球根發(fā)生的同時，將樁貫入地中。由于排土量少，所以不會破壞周邊地層，能夠迅速地構(gòu)筑具有強(qiáng)大支持力的完成樁。此工法可適用于泥巖、砂巖、花崗巖等的軟巖Ⅰ、軟巖Ⅱ以及中硬巖層。旋轉(zhuǎn)切削壓入法該工法不僅可以克服卵石層或巖層等堅硬地質(zhì)，還可以在有漂石或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物等地下障礙物的條件下實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)切削壓入施工。該壓入技術(shù)極大地拓寬了壓入工法的適用范圍。使用“旋入式靜壓植樁機(jī)”旋轉(zhuǎn)前端裝有鉆齒的鋼管樁，切削貫通地中障礙物進(jìn)行壓入。該工法除具有壓入原理的無振動、無噪音等施工優(yōu)點之外，通過使用樁端的特殊鉆齒，實現(xiàn)了最小限度的切削，有效地控制了排土量，對環(huán)境的影響控制到最小范圍。在實現(xiàn)了環(huán)保施工的同時還抑制了樁的偏芯和變形，構(gòu)筑成為高可靠性、高精度的完成樁。

5小結(jié)

根據(jù)以上試驗和測試分析，在不改變測試條件下開始施工，整個工程進(jìn)展順利，四周的房屋安全也沒有受到樁基的影響。這說明上文中所提到的振動測試分析與監(jiān)測的方法和理論與工程建設(shè)是完全適應(yīng)的。除了這些之外在測振的過程中要對場地的形態(tài)繼續(xù)擰全面的考慮，為安全施工提供保障。

Test method for effect of pile foundation

construction vibration to buildings

[Abstract] the construction process of city construction， especially in the old city reconstruction， construction of pile foundation has been widely used. But because of the pile foundation construction is usually forced vibration， engineering excitation generated may impact on the surrounding buildings， endanger the life and property safety of residents. With the development of engineering measurement technology continuously， also provides a way to solve the problem is. But because the process of underground vibration is very complexity， the optimization of evaluation methods and testing means and determine the appropriate calculation model is the key to decide the quality of vibration. This paper introduces the testing principle and method of influence of pile foundation construction vibration to buildings， analyses the specific project case， for reference.