打桩振害机理与检测防治

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇打桩振害机理与检测防治范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】桩基础在高层建筑中占据举足轻重的地位，施工过程中也存在或大或小的隐患，本文通过对打桩振动对周围建筑产生的不良影响和对打桩振害机理的分析，提出相应的检测防治的措施，为降低施工中打桩振动的危害提供参考。

【关键词】打桩振动；振害机理；检测防治

中图分类号：U443.15+5文献标识码： A

一、前言

随着城市化进程的快速发展，伴随而来的是高层建筑在各地的蓬勃发展。桩基础，这一常见的建筑基础形式，能有效解决软土地基容易产生过量沉降和不均匀沉降问题，混凝土方桩、PHC管桩及钢管桩因快速方便，质量有保证等优点在施工中经常采用。然而，这些预制桩在打桩时会造成较大的振动，将对建筑物本身和周围建筑安全物造成不容忽视的影响。

二、打桩引起的振动影响

一般常用柴油打桩机产生的打桩振动，其主频率域约为20Hz～30Hz，与周围既有建筑物的固有频率相差甚远，不会引起共振。打桩振动的能量很小，一般不会超过300kN/m，每次打桩的间隔时间大于振动的持续时间，每次打桩产生的振动能量是不可叠加的。打桩产生的振动波源，主要集中在桩端处一定范围，该长度大约为1/10桩长。随着桩尖入土深度的不同，振源的深度发生变化，引起振源的频率及振动衰减特性也发生变化。

打桩振动对周围建筑物的振动影响主要与桩锤的能量、桩锤的锤击频率、离打桩区的距离、打桩区的土体特征、周围建筑物的结构有关。打桩引起的振动时间约为0．4s～1s，对周围建筑物的影响随离打桩点距离的增大而减少，加速度幅值随离桩位距增加而衰减。打桩振动沿地表传递，在50m左右地方的振动达到环境振动标准的要求，100m左右地方的振动已经小于一般环境振动测量仪器的最小量程，完全符合环境振动标准的要求。土体作为振动波的传导介质，坚硬匀质密实时衰减较小，松散或断层中衰减大。当桩打入饱和软粘土时，基本上靠桩自重及桩锤重量压入，或轻击打入，振动衰减大，振动影响较小；当桩进入硬土层，特别是进入持力层时，土体密实坚硬，桩愈难打，桩锤连续重击，振动衰减小，振动影响就大。打桩振动影响除了可能使周围建筑产生裂隙破坏之外，还可能使周围场地产生不均匀沉降，并导致建筑的地基土失效。

三、打桩振害机理分析

打桩过程中，桩锤的冲击荷载是一个动荷载，它在桩底处形成点振源，在桩身处形成线振源。整个过程是桩—地基—基础组成的结构体系在冲击荷载下的整体动力响应，三者之间是复杂的动力接触关系。在这个振动体系中，土体作为振动传播的复杂介质，是一种弹塑性、各向异性的三相构成体，本身的应力历史也会约束其受荷和传递振动能量的性能。振动产生的能量在土体传递过程中，由于其阻尼作用以及参振质量的不断扩大，使得地面振动分量随着地面质点与打桩点距离的增加而减小。一般来说近距离衰减快，远距离衰减慢，呈负指数曲线。

打桩引起的地面振动的传递是一个复杂的振动波运动的过程。振动在桩的周围土体中会产生压缩波和剪切波以及面波，其中振动能量压缩波占7%，剪切波占26%，瑞利波占67%。面波成为影响振动程度的主导波，而且随着距离的增加而影响增大。在同一测点上，由于振动能量的不同分配导致水平径向振动最大，垂直向次之，水平切向最小。

打桩能量主要由桩尖冲击振动引起，桩尖入土深度也就是点振源的埋深，桩尖入土深度不同同时伴随着地层特性的不同。同一测点随着打桩深度增加，打桩引起的振动速度也增大，这是因为锤击能量的大部分在桩尖处以弹性波的应变能形式向桩周土体和地表传播，引起地表及其上部建筑物的振动，随着桩入土深度增大，桩端土层性质较硬，桩端阻力增大，释放能量的速率增大，从而导致地面振动速度增大。桩身与桩周土作为线振源伴随入土深度的增加而影响效应相应增加。这样在桩打入过程中因为两者共同作用，产生比较复杂的振动源。

打桩振动的频率对建筑物也会造成不同程度的影响。随着桩尖入土深度增大，某点实测主频逐步减小，同一打桩深度振动主频随距离减小。同一打桩深度地面振动速度、主频都随着距离而呈负指数衰减。虽然远距离振动幅值减弱，但由于接近软弱松散的砂土地基的低主频，所以在这样一个桩－地基－基础振动体系中，低频共振其危害性更大。

四、打桩振害监测与防治

1.打桩监测设备及技术方法

测振系统由拾振器、放大器、测振仪(含放大、滤波功能)、计算机、打印机及电缆组成。拾振器可采用扬州无线电二厂生产的CA一YD一190型加速传感器或CS一YD一020型速度传感器。放大器可选择B东K2635。为了掌握整套系统的整体灵敏度、频率特性、仪器间线性动态特性，保证测试结果准确、可靠，整套测振设备在试验前均要进行标定，并以标定的数值进行计算。测振仪要求至少有四通道以上。

每测点处打一根长50cm、60x60mm2木桩，拾振器固定安装在木桩顶端。拾振器放置根据需要，测垂直振动衰减就垂直放置，测水平振动衰减时就水平放置，拾振器摆的振动方向始终与量测波的传播方向一致。测线沿振动衰减的方向进行布置。由于近距离衰减快，远距离衰减慢，一般20m以内每隔5m布一测点，20一50m范围内，每隔10m布置一测点。并仔细检查整个系统按测试仪器布置图连接各线有无短路、开路或接头松动等迹象，保证连接正确。通电前检查工作电压，同时检查各仪器开关档位置是否正确。当锤举起后，仪器进人采集状态，采集时间设置为51秒，采样频率要大于500Hz，打桩振动全过程可以被记录下来。每锤击一次作为一个文件储存，同时作好原始记录。

2．打桩振害判断依据

国外对振动的评价标准有多种，常见的有振动强度法、质点振动功率法和时程曲线反应谱法等，但目前通用振动对人体的影响是国际标准化组织中的机械振动和冲击技术委员会研制的5102631标准。

3．打桩振害防治

打桩隔振目的是尽量减少波动的能量，减低打桩引起的孔压膨胀。打桩振害防治主要有隔振沟、桩屏蔽、改进打桩技术等减振措施。打桩振害防治首先要查阅有关资料了解并确定振动对结构物和机器设备的允许值。打桩隔振不同于动力机器基础隔振。基础振动是长期的，隔振设计必须针对长期效果；打桩隔振是短期的，是被动隔振。机器振动振害表现多为振陷，而打桩易引起地表位移、隆起和变形。

隔振沟效果与振源至沟中心距离、沟长、沟宽、波长及沟充填物的性质有关。隔振沟长度可借鉴Wods等按日角的取值法，具体的沟位置、沟深、沟宽设计应按测试情况决定。隔振沟的效果很少见到详细的文献报导，根据已有工程实践分析，隔振沟对沟边测点效果显著，远离沟效果不佳；隔振沟对高频能量隔振效果优于低频；屏蔽区大小与隔振沟深度和长度成正比，与沟至振源距离有关，但与沟宽影响不大。隔振沟充填物应选择两种介质波阻抗差异尽量大的材料，如空隙、砂、粉煤灰等。

桩屏蔽有单排、多排布桩、板桩等形式，桩屏蔽效果与桩长、桩距、波长、人射角等有关。打桩要确定合理的施工顺序和打桩速率，打桩尽可能重锤轻击，这样可以减轻打桩振害。

五、结束语

虽然，预制桩有着质量可靠、工期较短等优点，但是建筑施工中打桩振害造成邻近土体水平位移和对周围建筑群产生的安全和使用影响是不可忽视的，研究打桩振害机理有其必要的社会意义，有助于在以后的施工中，科学化、理性化处理打桩振害的问题，将其产生的危害尽量降低到最小化。

参考文献：

[1]高彦斌，费涵昌.打桩引起的地面振动的测试与分析[J].地下空间，2004，24(2)：190-193.

[2]杨光健.打桩引起的环境振动与对策[J].城市改造中的岩土工程间题文集，2009