河北 李树鹏 预制桩施工中振动现象分析与研究.doc

预制桩施工中振动现象分析与研究李树鹏 李永鹏 高庆余河北大宇城镇建设勘察技术有限公司 河北 石家庄 050000 摘 要：在建筑工程施工过程中，预制桩的应用日益广泛，预制桩在施工过程中产生地面质点振动，极易对周围的建筑物产生影响，甚至威胁建筑物安全，因此须加强重视。本文结合笔者实际工作经验，对预制桩施工中出现的振动现象进行分析，并提出相关建议。关键词：预制桩；动力贯入；振动现象；分析研究 随着社会经济的迅速发展，在推动我国社会进步的同时，也在一定程度推动了建筑行业的发展。预制桩是工程建筑中的重要组成部分，能否顺利施工不仅关系着工程下一步施工活动的顺利进行，同时还关系着建筑工程今后的投入使用，因而在工程施工中有着极其重要的作用。在其实际施工的过程中，预制桩地面质点的振动可能会对周边的地面及建筑造成影响，为了保证桩基施工的正常运行，在施工活动进行之前，需要相关人员对预制桩施工中产生的振动进行科学、准确的分析，在确定振动造成的影响前采取与之相适应的解决措施。在此，本文从预制桩施工振动现象、振动测试系统及测点布置以及测试结果分析等三个方面出发，针对预制桩施工中振动现象做以下分析：一预制桩施工振动现象 预制桩在施工的过程中，基于自身的施工特点，在桩尖进入地面时，必然会对周边的土体及建筑产生相应的影响。且通过分析得出以下几种结论：首先，动力打桩过程中，必然会对地面的质点产生影响，且这种影响多来源于桩尖。在产生振动幅度的过程中，多余桩尖以下的深度土质有关，土层强度及刚度越大，地面质点的振动速度越大。因此，可以根据静力触探结果合理调整施工参数，将地面振动控制在安全范围。其次，桩基施工时地面垂直和水平方向振动速度随测点与振源水平距离的增加由快到慢，其衰减规律可以用负幂函数较好地拟合。最后，对于振源较深的振动，在保护对象附近开挖减振沟是一种有效的减振方法。二振动测试系统及测点布置 振动测试系统是指在预制桩施工的过程中，对其施工中产生的振动进行有效的检测，并通过检测结果，确定是否会对周边的土体间建筑造成影响。在整个振动测试系统中，主要由891-传感器及放大器、WS_WSB数据采集、VIBSYS分析系统等多个部分，具体结构如下（图1）： 该系统能够对预制桩施工过程中产生的振动进行及时有效的观测，并通过检测结果得出振动衰减规律，施工人员则按照得出的规律采取与之相应的解决措施，在保护周边土层及建筑安全的同时，还能确保下一步施工活动的顺利进行。三测试结果分析 通过对某工程SZ1、M2、M3等3根桩的施工进程的监测，并结合着周边施工土层以及施工设备的施工效率，对其做出如下分析：（一）地面质点振动峰值速度与桩入土深度关系在整个预制桩施工的过程中，桩尖进入土层后，会对周围的土体造成一定的压迫，且随着入土的深度而影响周边的压迫力度。这种压迫力在一定程度上会造成周边土层变形，在影响周边土层安全性能的同时，还直接影响着施工周围建筑物的安全。若此时预制桩在施工是产生振动，则会以周边的土体为传播介质，将整个振动传播出去，影响最大的还是周围的建筑，这种振动在传播的过程中，会随着距离的渐远而降低、减退。 通过上图不难看出，越靠近桩尖，其地面振动的幅度越大，且桩尖以下一定程度范围在很大程度上对地面质点的振动有着一定的作用。当锥尖阻力出现大幅度增长时(入土深度O8m)，地面振动没有出现类似的现象图，相反，在深度为1011 m左右，地面测点振动速度急剧下降，应该是由于该处以下土层的锥尖阻力稳定在较低水平。（二）振动衰减规律 在整个预制桩施工的过程中，其产生振动的根本原因在于桩尖下沉时对周边的土质造成的影响，即我们所说的振源。在振源周边的土体，一般由其产生的体波控制，这些体波多以球形的传播方式将振感传播出去。在振源周围，体波中的P波(压缩波)和S波(剪切波)在半空间界面处相干涉，产生R波(面波)，在远场地面质点的振动主要为R波引起。弹性波在传播的过程中，基于自身的特性，衰减的越快，面波则衰减的慢，这是因为在振动衰减的过程中，除了振源这个影响因素外，还与测点到振源的距离有关。近场与远场地面质点在振动的过程中，基于自身的性质不同，在振动衰减的过程中也会存在一个由快到慢的过程。 桩尖在进入不同土层时，每个土层的质点振动垂直与水平速度衰减不同，具体表现如下： 通过上图可知，桩基施工时地面垂直和水平方向振动速度随测点与振源水平距离的增加呈现衰减趋势。当两者之间的水平距离小于60m时，振动的速度会随着水平距离的增加而衰减，且衰减速度比之前的要快很多；与此同时，在影响衰减幅度的过程中，速度的相对大小也对其造成极大影响，即相对速度越大，则减振速度越快。然而在实际施工过程中，当两者之间的水平距离超过了60m时，振动速度会随水平距离的增加而降慢。（三）减振沟的减震效果分析在预制桩施工的过程中，施工人员可以在振源于被保护对象之间设置相应的减振沟，通过切断土质与空气的阻抗差异，这种方式现常用于预制桩施工中。但对于来自桩尖上的振动，除了振源较深外，还在一定程度上存在着施工程序等问题，若在振源周边挖一条减振沟不仅无法缓解预制桩施工振动，同时还会对周边的土体进行破坏。相反，若在距离振源远一点的地方挖一条减振沟的话，将会取得事半功倍的效果。 预制桩在施工的过程中，减振沟两侧的测点在振动的过程中，其振动速度与预制桩的施工入土的深度有着极其密切的关系。如图所示，减振沟5#测点垂直和水平速度都在很大程度上明显小于4#测点垂直和水平速度。 对减振沟两侧测点的速度进行测量比较后，将其两侧的减振速度绘制成如下表格：M1M2SZ1垂直水平径向垂直水平径向垂直水平径向0.630.850.580.720.620.53通过对减振沟设置前后的数据对比发现，预制桩垂直方向速度的平均值为没有设置减振沟之间的0.580.63，而速度水平径向分量的平均值则为减振前的0.530.85，由此可见，在预制桩施工过程中，采取设置减振沟的方式来减小质点的振动速度，能够有效的降低施工中产生的振动现象，减少施工过程对周边建筑的负面影响。总 结： 综上所述，随着我国社会经济的迅速发展，预制桩施工作为建筑工程施工中的一个重要环节，其施工振动在影响周边土质结构的同时，还对工程周边的建筑物造成影响。由此就需要相关人员在施工的过程中，能够对预制桩周边的环境进行细致的勘查，结合工程的施工规模设置与之相应的减振沟，将预制桩施工过程中产生的振动降到最低。在确保周边土层的同时，还能确保预制桩的整体施工质量，为今后工程的顺利施工奠定坚实的基础。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，(02)2吴铁生.打桩振动效应观测及振动安全指标探讨J.高原地震.2004，(01) 3孙业志，吴爱祥，黎剑华，赵国彦.预制桩振动的原因及分析研究J.矿冶工程.2001，(02) 4许锡昌，徐海滨，陈善