唐明淵，康 強，余紅兵

(1.貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司， 貴州 貴陽 550002；2.貴州貴安新聯(lián)爆破工程有限公司， 貴州 貴陽 550025)

沖孔樁施工振動與爆破振動比較研究

唐明淵1,2，康 強1，余紅兵1

(1.貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司， 貴州 貴陽 550002；2.貴州貴安新聯(lián)爆破工程有限公司， 貴州 貴陽 550025)

在某房建工程樁基施工作業(yè)中，為了確定沖孔樁作業(yè)的振動強度及影響范圍，進行了多次現(xiàn)場振動監(jiān)測。通過對比沖孔振動實測數(shù)據(jù)與典型的爆破振動實測數(shù)據(jù)兩者之間的異同，分析了沖孔樁施工振動在振動強度、主頻、衰減速度等方面的特點，并結合現(xiàn)場鄰近建筑物調查，對沖孔振動的影響進行了分析，研究所得成果有助于指導工程施工，減小振動危害效應。

沖孔樁；振動監(jiān)測；實測數(shù)據(jù)；比較研究

在建設工程領域，除了最主要的工地震動來源爆破振動外，也有其它一些方面的施工會產生振動影響及危害效應，比如沖孔灌注樁的施工。沖孔灌注樁施工時沖孔錘沖擊地面在周邊的小范圍內可以產生明顯可感的振動[1-2]。不論是震源類型、地震波特性、影響因素等各方面，沖孔灌注樁施工產生的振動都不同于爆破振動。目前來說，由于振動監(jiān)測絕大部分是針對爆破振動進行的，因此無論在國家規(guī)范還是專業(yè)研究等方面，都是主要集中于爆破振動的預測、監(jiān)測、分析、控制、危害評估，對于沖孔振動的影響十分有限而且尚未深入。因此，本文結合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析比較兩種震動間的異同，并借鑒爆破振動領域研究成果，對于沖孔灌注樁施工振動的特點及防護等進行了分析探討。

1 現(xiàn)場概況

該振動監(jiān)測對象為貴州省六盤水市的某房屋建設工程，監(jiān)測進行時工程正處于樁基施工階段。由于沖孔振動引起了周邊居民的較強烈反應，振動可能導致了墻面涂層裂縫，工程方為了確定沖孔振動強度及影響范圍而決定進行監(jiān)測。從圖1中可以看到施工區(qū)域西、北側鄰近有一般磚混居民自建房，東側為框架結構商品住宅樓，在西側工地靠圍墻修有一條1.5 m深的排水溝可充當減震溝。以西、北側居民住宅為主要對象，進行了數(shù)次現(xiàn)場監(jiān)測。

2 測試原則及實測數(shù)據(jù)

本次監(jiān)測采用儀器為tc-4850爆破振動測速儀，該儀器可以測得振動的三矢量數(shù)據(jù)，具有靈敏性好、精度高、記錄容量大、工作時間長等優(yōu)點，儀器的拾振器通過石膏固定。

由于沖孔施工在沖孔錘重量等參數(shù)固定的條件下每次作業(yè)產生的振動穩(wěn)定在一定范圍內，一段時間內監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)即可反映出在一定的參數(shù)及施工條件下的沖孔振動強度[3-4]。同時，由于沖孔灌注樁施工持續(xù)時間長，進行全程監(jiān)測會產生很大數(shù)量的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，而且沖孔深度等條件的變化也會影響振動強度，因此對于沖孔振動也不適合進行全程監(jiān)控?；谝陨显?，監(jiān)測針對不同條件，每次持續(xù)1 h，取得數(shù)據(jù)約360個左右。

由于監(jiān)測數(shù)據(jù)量大，本文中不可能列出所有數(shù)據(jù)，因此僅列出其中個別典型數(shù)據(jù)(見表1)。

圖1 現(xiàn)場簡單示意圖

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)比較分析

與爆破振動相比，由于振動產生方式、地震波特性、影響因素、作業(yè)特點等方面都不同，沖孔灌注樁施工振動與爆破振動之間的差異是多方面的，下面結合實測數(shù)據(jù)對兩者間的異同進行分析：

(1) 由于兩者都是短時間內對于巖體施加沖擊作用，沖孔振動地震波波形與爆破振動很相似。圖2所示為中深孔單孔爆破及本次監(jiān)測沖孔振動的典型地震波波形，可以看到兩者波形十分接近。

表1 沖孔振動部分實測數(shù)據(jù)

圖2 典型實測爆破振動波形

(2) 一般情況，爆破作用下介質在垂直方向的振動是最主要的，實測爆破振動數(shù)據(jù)的三矢量速度峰值最大值也基本出現(xiàn)在垂直方向，但是從本次監(jiān)測實測數(shù)據(jù)來看，沖孔振動沒有顯示出這種規(guī)律。本次實測數(shù)據(jù)表明沖孔振動速度峰值最大值既可能出現(xiàn)在垂向也可能出現(xiàn)在水平徑向，而且同測點有關系。同次監(jiān)測同一測點測得的不同數(shù)據(jù)，雖然在數(shù)值上不同但是測得的三矢量數(shù)據(jù)之間的比值基本是穩(wěn)定的。

(3) 沖孔振動的單次持續(xù)時間一般比爆破振動短，但是對于周邊建(構)筑物總的作用時間更長。由監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，每次沖孔錘沖擊地面產生的震動持續(xù)時間很短，絕大部分不到1 s。但是為了完成一個數(shù)米深的樁孔，需要持續(xù)進行沖孔作業(yè)數(shù)十小時，每小時的作業(yè)次數(shù)在360次左右，完成單個孔樁沖孔錘沖擊地面的次數(shù)在1萬次以上，對周邊建(構)筑物總的作用時間可達數(shù)千秒。由于持續(xù)時間長，沖孔振動對于建(構)筑物的影響研究顯然有必要涉及到振動累積破壞效應。

(4) 沖孔振動總能量小，地震波衰減快，影響范圍小。沖孔振動的強度與沖孔錘重量及沖孔作業(yè)的高差有關，但是即使是采用最大參數(shù)，單次沖孔作業(yè)的振動能量也不及一次普通的中深孔爆破。沖孔振動地震波的衰減十分迅速，影響范圍遠小于爆破振動。從本次監(jiān)測結果看，建筑物的距離超過10 m，沖孔振動的強度就減弱到1 cm/s以下，40 m外對于沖孔振動人就可能無法感知了。

(5) 沖孔振動的強度小，主頻較低、較穩(wěn)定。沖孔振動強度低、衰減快，本次監(jiān)測在近距離測得數(shù)據(jù)最大值也不到0.7 cm/s，遠不到國家規(guī)定的安全允許振速標準[5]。所有實測數(shù)據(jù)的沖孔振動主頻基本穩(wěn)定在7～14 Hz上下的區(qū)間范圍，主頻接近建(構)筑物的固有頻率。從監(jiān)測得到的大量實測數(shù)據(jù)來看，同次監(jiān)測同一測點每次測得的主頻十分接近，數(shù)值穩(wěn)定。相比之下，爆破振動的主頻變化范圍較大。采用現(xiàn)在最為普遍的微差爆破方式進行爆破，爆破地震波主頻基本處在10～60 Hz范圍，基本上不接近建筑物的固有頻率。

(6) 沖孔振動強度受到作業(yè)對象介質條件的較大影響。采用重錘自由落體沖擊地面的沖孔錘機械作用過程和瞬間反應的爆破作用不同，沖孔施工本身的作業(yè)效果和振動強度都受到地面介質特性的顯著影響。本次的實測數(shù)據(jù)也反映出當沖孔錘沖擊土層時產生的振動強度要小于沖擊巖層的強度。實測中也發(fā)現(xiàn)當樁孔內有水時，由于水對于沖孔錘的緩沖作用會影響作業(yè)，同時顯著降低沖孔振動強度。

4 沖孔振動的影響及控制措施

沖孔振動由于振動強度小、衰減快，對于大部分建(構)筑物都基本不會導致結構性破壞。但是由于沖孔振動的主頻較低而且施工作業(yè)總的振動作用時間長，依然可能造成一定的破壞效應[6-7]。在本次振動監(jiān)測中對于周邊鄰近民居的調查就發(fā)現(xiàn)了由于沖孔振動導致的墻壁涂層裂紋。因此對于像木結構古建筑文物、油氣管道等重要保護對象，如果非常接近還是有必要進行防護處理的。由于沖孔振動具有持續(xù)時間短、主頻低的穩(wěn)定特點，其最主要的評價與控制對象都應著眼于振動強度。

由于作用原理上的差異，沖孔灌注樁施工在振動控制上的手段不可能像爆破工程那么豐富，但是依然可以從主動與被動控制兩個方面著手。在主動控制手段方面，可以改用更小重量的沖孔錘進行施工或者減小沖孔錘自由落體高度，能夠有效減小沖孔振動，但是顯而易見這樣的主動控制措施也會延長施工作業(yè)時間。在被動控制手段方面，本次振動實測數(shù)據(jù)表明，減震溝、減震孔等適用于爆破震動控制的措施同樣適用于沖孔灌注樁施工，而且監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，減震溝的減震率可達50%，但是在減震效果上同樣要考慮到深度的影響?？紤]到一般情況下的樁孔深度，在工程中實際應用時當施工到樁孔深處時減震溝的效果會很有限。

5 結 論

本文基于沖孔灌注樁施工的現(xiàn)場振動監(jiān)測實測數(shù)據(jù)對于沖孔振動的特性進行了分析探討，并得出了以下結論：

(1) 基于大量沖孔振動實測數(shù)據(jù)，結合爆破震動實測數(shù)據(jù)與爆破振動波形進行對比分析，比較了兩者間的異同，從波形、振動強度、持續(xù)時間、主頻、影響范圍等多方面分析探討了沖孔振動所具有的特性。

(2) 基于沖孔振動特性的分析結論，結合沖孔灌注樁施工實際，參考爆破施工技術對于沖孔振動控制措施進行了探討。

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[2]方華建，蔣 軍.打樁振動對周圍建筑物位移影響研究[J].低溫建筑技術，2012(5)：100-101.

[3]高彥斌，費涵昌.打樁引起的地面振動的測試與分析[J].地下空間，2004,24(2)：190-193.

[4]劉超英，秦厚慈.打樁振動對毗鄰建筑物影響的監(jiān)測及分析[J].安徽建筑，1994(1)：8-11.

[5]GB6722-2014.爆破安全規(guī)程[S].

[6]朱德才.打樁地面震動對房屋結構影響的評價[J].山西建筑，2008,34(32)：128-129.

[7]潘 英，陳 健.打樁振動分析及防治措施[J].山西建筑，2011,37(12)：87-88.

2017-02-17)

唐明淵(1970-)，男，貴州長順人，高級工程師，主要從事爆破技術管理工作， Email：602574716@qq.com。