劉晶磊 楊 爍 魏寶川 吳 浩 李春雨 張 政

(1.河北省土木工程診斷、改造與抗災重點實驗室，河北 張家口 075000；2.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

0 引 言

隨著科技水平的進步，人們的生活水平逐漸提高，對科技的依賴性也越來越大，但是科學技術帶來的副作用也越來越明顯.例如，從原來的馬車，自行車到現(xiàn)在的汽車和火車，從原來的竹筏到現(xiàn)在的輪船.人們的出行效率比原來高了許多，但是在高效率的出行方式面前，交通系統(tǒng)產(chǎn)生的震動也無時無刻不影響著人們的生活.這些震動不只是體現(xiàn)在交通系統(tǒng)中，還體現(xiàn)在生活中的各個方面.為了緩解生活中產(chǎn)生的這些震動，國內外許多學者做了大量研究.趙世俊等[1]采用現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬相結合的方法探究了混凝土排樁對隔振體系的影響，研究了樁長和樁間距以及振源位置等因素對隔振效果的影響.得出了增大樁長，減小樁間距對隔振效果的影響越明顯、振源位置對隔振效果有影響的結論；郭炳川等[2]建立有限元模型研究樁長，樁間距，樁身材料對隔振效果的影響，得出了增大樁長，減小樁間距對隔振效果的影響越明顯、樁身材料對隔振效果影響不大的結論；劉晶磊等[3]通過室外試驗研究了幾種非連續(xù)隔振屏障的隔振效果，得出了混凝土樁隔振效果的優(yōu)劣：混凝土實心樁>混凝土空心樁>PVC空井>碎石填充井>橡膠填充井；孫立強等[4]通過大比例尺試驗，研究了空溝、碎石填充溝和排樁的隔振效果，研究結果表明排樁可以起到良好的隔振效果，空溝可以起到良好的隔振作用，空溝深度越大，隔振效果越好；碎石填充溝的隔振效果不明顯；Turan等[5]通過有限元和邊界元法研究了微型斜交樁作為被動隔振屏障中樁長、樁徑、振動頻率、振源距離、樁間距等因素對其隔振效果的影響作用，并表明樁傾角在90°～120°時，相對于主動隔離情況下的垂直屏障，隔振性能提高了44%；Ulgen等[6]針對激發(fā)頻率、土壤分層、溝的尺寸、填充材料類型等影響因素在野外試驗場地進行了一系列全面的實地試驗，并指出了各影響因素的作用大小.

綜上所述的隔振措施中，多采用混凝土樁和空溝作為隔振屏障.但是若采用空溝作為隔振措施，就會面臨穩(wěn)定性、路面受損、地下水位變高、安全性等問題，故空溝在某些條件下并不適合被用于做隔振屏障.相較于空溝來講，混凝土樁具有簡單穩(wěn)定，取材廣泛，施工簡單，保護路面等優(yōu)點，且能夠起到很好的隔振效果.

1 試驗概況

為了更好的與實際結果相結合，本次試驗采取了室外模擬試驗.即在戶外建立了一個試驗場地，這個試驗場地是在一塊平整的場地上取一個長4m，寬4m，高1.4m的長方體土坑.將粒徑均勻的砂土填入此長方體土坑中，分多層夯實，直到與地面整平為止.此次先填土后夯實過程中，砂土的含水率應該控制在8%-12%之間.試驗使用WZ-Z30型振動臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括信號發(fā)生器、電荷放大器、功率放大器、加速度放大器等，均放置在矩形鐵箱中，并在其底部布置兩條鋼制軌道使之與地面隔離，方便采取試驗數(shù)據(jù)并防止鐵箱對振動波產(chǎn)生發(fā)射而影響試驗結果.

如圖1所示，試驗中共使用了11個加速度控制點，等間距的布置在一條軸線上，激振器的中心和第一個控制點之間的距離為300mm，其余的控制點間距為100mm.故最遠處的控制點距振源的距離為1300mm.此外，激振器中心與布置排樁區(qū)域的中心重合，且此軸線在布置排樁區(qū)域中心的正上方.采用4根樁長400mm的樁，橫截面為邊長為10cm的正方形樁，樁間距為10cm.樁的埋置深度分別為50mm、100mm、150mm，振源頻率40Hz，采樣頻率為5000次/s，采樣時間為3s.

圖1 控制點布置圖

如表1所示，此次試驗采用控制變量法，共對應三種工況，各個工況的埋深不同，其余參數(shù)如樁長、樁間距、樁徑、振源頻率等均相同，分析埋置深度對隔振效果的影響.

表1 工況明細表

2 試驗結果分析

為研究樁的不同埋置深度對樁的隔振效果的影響，本次試驗共進行了埋置深度不同的三個工況進行探究，即除了埋置深度不同，樁長和樁間距以及振源頻率等因素均相同.各種屏障的作用效果以加隔振措施前后各點加速度的比值Ar進行表示.

上式中Max(D)表示有隔振時各控制點處采集的豎向加速度極大值，Max(Dwout)表示無隔振時各控制點處采集的豎向加速度極大值.

由圖2～圖4的橫坐標表示各控制點距振源的距離，縱坐標表示的是對應控制點的Ar值.由圖2～圖4可知，取點處與振源之間的距離為300-700mm時，1號檢測線上各點Ar值隨其與振源中心距離的增大而減小，但隨著距離的增大，1號檢測線上相鄰兩個點Ar值的差值隨其與振源中心距離的增大而降低.但取點處與振源中心的距離增大到700mm以后，Ar值隨著距離的增大而增大，但其值小于1，隔振效果減弱.由圖2～圖4可知，隔振最優(yōu)區(qū)域在600mm～800mm之間；埋深50mm時，隔振最優(yōu)區(qū)域的Ar值分布在0.612～0.64之間；埋深100mm時，隔振最優(yōu)區(qū)域的Ar值分布在0.736～0.769之間；埋深150mm時，隔振最優(yōu)區(qū)域的Ar值分布在0.822～0.834之間.圖2即埋置深度為50mm的樁的Ar值分布在0.64～0.723之間，圖3即埋置深度為100mm的樁的Ar值分布在0.736～0.934之間，圖4即埋置深度為150mm的樁的Ar值分布在0.822～0.954之間.埋深從150mm減小到100mm，Ar值減小10%，即隔振效果提高了10%；埋深從100mm減小到50mm，Ar值減小20%，隔振效果提高了20%.

圖2 埋深5cm時各控制點Ar值分布曲線 圖3 埋深10cm時各控制點Ar值分布曲線

圖4 埋深15cm時各控制點Ar值分布曲線

為了進一步研究埋深對隔振效果的影響，對不同埋深下最優(yōu)隔振區(qū)域進行分析，并繪制圖5.

圖5 不同埋深下最優(yōu)隔振區(qū)域Ar最小值

如圖5所示，圖5的橫坐標表示埋深的大小，縱坐標表示最優(yōu)隔振區(qū)域Ar最小值.變量僅控制在樁的埋深，其他影響因素相同.樁的埋深由150mm減小到100mm，Ar最小值由0.822減小到0.736，即表示樁的隔振效果提高了11.7%左右.樁的埋深由100mm減小到50mm時，Ar最小值由0.736減小到0.612，即樁的隔振效果提高了20.3%左右.由此可知樁的埋深對樁的隔振作用有影響，隨著埋深的減小，其隔振效果也會提升.由圖2、圖3、圖4也可以知道，在相同的埋深情況下，隨著距離振源的距離增大，其Ar值逐漸減小，但距離增大到一定值后，Ar值逐漸增大.說明距離的遠近也影響Ar值，對隔振也有影響.

3 結 論

根據(jù)本次試驗數(shù)據(jù)，本文分析了混凝土樁埋深對隔振效果的影響，在本試驗條件下得出以下結論：

(1)混凝土的樁能夠有效的隔離振動波，隨著振源距的增大，其Ar值逐漸減小，隔振效果顯著，但距離增大到一定值后，隔振效果減弱.不同埋深的隔振最優(yōu)區(qū)域在600mm～800mm之間；埋深50mm時，隔振最優(yōu)區(qū)域的Ar值分布在0.612～0.64之間；埋深100mm時，隔振最優(yōu)區(qū)域的Ar值分布在0.736～0.769之間；埋深150mm時，隔振最優(yōu)區(qū)域的Ar值分布在0.822～0.834之間，隨著埋深的增大，最優(yōu)隔振區(qū)域的Ar值增大，隔振效果減弱.

(2)樁的埋深對混凝土樁的隔振性能影響顯著，主要表現(xiàn)在隨著樁的埋深的減小，其隔振效果明顯增加，增加效果在30%～40%.