高層建筑打樁對(duì)建筑物的振動(dòng)影響

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1引言

近年來，我國城市建設(shè)不斷加快，為了緩解建設(shè)用地匱乏的問題，建筑工程在不斷向高層化方向發(fā)展。而高層建筑大多采用樁基結(jié)構(gòu)來控制地基沉降，以增強(qiáng)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力。鋼管樁、混凝土預(yù)制樁以及PHC管樁等是目前在高層建筑施工中比較常用的樁基形式，在預(yù)制樁的施工時(shí)大多需要通過機(jī)械振動(dòng)方式來進(jìn)行打樁施工。樁錘在作業(yè)過程中不僅會(huì)對(duì)樁體本身產(chǎn)生較大的沖擊，而且對(duì)土體所產(chǎn)生的振動(dòng)還會(huì)通過彈性波形式擴(kuò)散傳播到周圍建筑結(jié)構(gòu)上，影響周邊建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，帶來較大的安全隱患，因此在施工過程中要充分了解打樁對(duì)周邊建筑的具體影響，并采取有效的防治措施。

2高層建筑打樁對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響分析

目前，在高層建筑打樁施工中主要采用的是柴油打樁機(jī)等設(shè)備，此類設(shè)備的頻域一般在20~30Hz，這一頻域和大多數(shù)建筑物所具有的固有頻率間存在較大的差異，因此引起共振影響的概率較小。同時(shí)，打樁施工中的振動(dòng)能量基本在300kN/m以內(nèi)，由于與打樁施工時(shí)捶打間隔時(shí)間相比，振動(dòng)持續(xù)時(shí)長較短，這使得打樁施工中的振動(dòng)能量不能形成疊加效果。在實(shí)際打樁施工中，樁端是振動(dòng)波源比較集中的區(qū)域。而隨著樁尖入土的深度變化，振源深度也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變，同時(shí)振源頻率和振動(dòng)衰減等參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生一定的改變[1]。高層建筑打樁施工時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)作用對(duì)周圍建筑物的影響程度大小主要與打樁機(jī)樁錘的不同錘擊頻率、能量，施工現(xiàn)場的土體特點(diǎn)、建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及與打樁施工現(xiàn)場之間的間距等參數(shù)密切相關(guān)。通過對(duì)打樁施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)時(shí)間一般在0.4~1s，而隨著打樁點(diǎn)與建筑物之間距離的增加，加速度幅值以及影響程度會(huì)逐步減弱。同時(shí)，打樁振動(dòng)主要是在地表進(jìn)行傳遞擴(kuò)散，當(dāng)與打樁點(diǎn)之間的距離達(dá)到50m時(shí)，振動(dòng)影響已經(jīng)衰減到環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，而當(dāng)建筑物與打樁點(diǎn)之間的距離達(dá)到100m時(shí)，振動(dòng)影響往往已經(jīng)無法被目前的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)測(cè)量儀器所測(cè)得，對(duì)周圍建筑的影響可以忽略不計(jì)。當(dāng)振動(dòng)波通過土體進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí)，如果土體比較松散或者存在斷層時(shí)，振動(dòng)波會(huì)出現(xiàn)比較明顯的衰減，相反如果土體比較密實(shí)堅(jiān)硬且土質(zhì)均勻時(shí)，振動(dòng)波的衰減效果則相對(duì)較小。這主要是由于當(dāng)在飽和軟黏土地基上進(jìn)行打樁施工時(shí)，樁錘可以利用質(zhì)量以及樁體自重來將樁體壓入土體，即使需要進(jìn)行捶打，沖擊也相對(duì)較輕，因此，振動(dòng)波會(huì)產(chǎn)生明顯的衰減，對(duì)周圍建筑的影響程度也就相對(duì)較低。而當(dāng)對(duì)硬土層以及持力層進(jìn)行打樁施工時(shí)，由于土體比較堅(jiān)硬且密實(shí)度較高，難以將樁體打入，因此需要連續(xù)利用樁錘進(jìn)行重?fù)舸反?，此時(shí)振動(dòng)波的衰減不明顯，因此，會(huì)對(duì)周圍建筑產(chǎn)生較大的振動(dòng)影響，從而造成建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等安全隱患問題。此外，高層建筑打樁施工中所產(chǎn)生的振動(dòng)作用還會(huì)造成周邊土體出現(xiàn)沉降不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致周邊建筑基礎(chǔ)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，影響建筑結(jié)構(gòu)整體的安全性和穩(wěn)定性[2]。

3防治高層建筑打樁對(duì)周圍建筑物振動(dòng)影響的有效對(duì)策

3.1合理選擇防震隔震方式。目前，在防治高層建筑打樁對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響時(shí)，主要是通過設(shè)置隔震溝或樁屏蔽設(shè)施，以及優(yōu)化樁型結(jié)構(gòu)等方式來達(dá)到防治目的。施工單位對(duì)比較容易受到打樁振動(dòng)影響的建筑可以采取設(shè)置防振溝的方式來進(jìn)行防治，這種方式主要是通過阻斷打樁施工時(shí)振動(dòng)波傳播路徑的方式來有效控制建筑周圍土體出現(xiàn)的位移問題，從而降低了打樁振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響程度。同時(shí)，施工單位還應(yīng)與相關(guān)建筑的管理部門加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，對(duì)于建筑內(nèi)設(shè)有精密儀器儀表的，應(yīng)協(xié)助對(duì)相關(guān)設(shè)備采取有效的隔振保護(hù)措施，并要及時(shí)向建筑管理部門通報(bào)打樁振動(dòng)的主要頻域范圍，以便對(duì)保護(hù)對(duì)象采取頻率干擾措施，避免振動(dòng)波與固有頻率產(chǎn)生共振現(xiàn)象。在打樁振動(dòng)防治實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，鄰近隔震溝建筑的振動(dòng)影響控制效果比較理想，而與隔震溝距離相對(duì)較遠(yuǎn)建筑的振動(dòng)影響控制效果則相對(duì)較差。同時(shí)，隔震溝主要適用于隔振高頻能量的傳播，對(duì)于低頻能量傳播的隔振效果也比較有效。隔震溝的長度、深度以及其與振源之間的間距等參數(shù)將直接關(guān)系到有效屏蔽區(qū)域的范圍。此外，在隔震溝施工中應(yīng)選擇換填粉煤灰或者砂礫等波阻抗差異比較明顯的不同介質(zhì)材料。防治高層建筑打樁對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響時(shí)還可以采用樁屏蔽等方式。根據(jù)打樁施工的實(shí)際情況，施工單位可以選擇板樁、單排樁以及多排布樁等樁屏蔽形式，同時(shí)，還應(yīng)合理控制樁間距、樁長、入射角以及波長等參數(shù)，以提高振動(dòng)屏蔽的效果。3.2在打樁施工中要合理選擇打樁施工方式。在高層建筑打樁時(shí)，施工單位應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定施工的順序。例如，在比較空曠的施工現(xiàn)場打樁時(shí)，應(yīng)從中央位置開始，逐步向周圍推進(jìn)，這樣可以提高打樁施工的效率，并減少打樁振動(dòng)產(chǎn)生的擠土效應(yīng)等問題，降低對(duì)周邊建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響。對(duì)于范圍較大的施工現(xiàn)場應(yīng)采用跳打施工方式，以有效控制周圍建筑結(jié)構(gòu)的沉降不均勻的問題，從而達(dá)到避免建筑傾斜的目的。而對(duì)于面積較小的施工區(qū)域則應(yīng)采取間隔打樁的施工方式，以防止土體所產(chǎn)生側(cè)向擠壓力而影響周圍建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。需要對(duì)打樁點(diǎn)兩側(cè)進(jìn)行保護(hù)的施工區(qū)域則應(yīng)采取兩邊跳打的施工工藝。此外，在打樁施工中應(yīng)采用重錘輕擊的捶打方式，以降低打樁產(chǎn)生的振動(dòng)影響[3]。3.3在打樁施工中要合理控制打樁速率。在高層建筑打樁時(shí)，施工單位應(yīng)嚴(yán)格控制打樁機(jī)的錘擊速率，打樁應(yīng)保持勻速，防止出現(xiàn)突然加振變速的情況，以便土層有充分的時(shí)間來恢復(fù)強(qiáng)度，從而防止周圍土體在連續(xù)振動(dòng)作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疲勞或者沉降不均勻的問題，影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性。3.4對(duì)打樁振動(dòng)要進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)監(jiān)督。施工單位在高層建筑打樁施工過程中應(yīng)合理設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)周邊建筑結(jié)構(gòu)的位移或變形情況的觀測(cè)控制。特別是當(dāng)施工現(xiàn)場為軟土土層時(shí)，由于在打樁施工中會(huì)產(chǎn)生低頻振動(dòng)，與振源間距較遠(yuǎn)的位置會(huì)形成與建筑物固有頻率比較接近的小幅值振動(dòng)，更加容易引發(fā)共振等問題，因此，要積極應(yīng)用先進(jìn)的信息化監(jiān)測(cè)設(shè)備，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握振動(dòng)影響的實(shí)際情況。3.5優(yōu)化高層建筑樁型選擇。在高層建筑的基礎(chǔ)工程施工中，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇鉆孔灌注樁、靜力壓樁以及內(nèi)擊沉管樁等施工工藝，減少樁基施工所產(chǎn)生的振動(dòng)影響，以確保周圍建筑物的安全。

4結(jié)語

在高層建筑打樁施工中會(huì)對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生振動(dòng)影響，而影響的實(shí)際程度與高層建筑施工現(xiàn)場的地質(zhì)特點(diǎn)、周邊既有建筑與施工現(xiàn)場之間的距離、打樁數(shù)量以及樁間距離等因素密切相關(guān)。為了有效降低打樁施工的不利影響，施工單位應(yīng)對(duì)各種相關(guān)因素進(jìn)行充分的考慮，合理確定樁基形式和打樁施工方案，科學(xué)確定打樁施工順序，并嚴(yán)格控制相關(guān)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在打樁施工過程中要加強(qiáng)對(duì)周邊建筑沉降或位移情況的監(jiān)測(cè)，從而保證周邊建筑的結(jié)構(gòu)安全，為高層建筑的施工建設(shè)創(chuàng)造有利環(huán)境，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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【2】董軍鋒,張旻,雷波.打樁振動(dòng)對(duì)相鄰建筑影響的測(cè)試與分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2015,48(3):397-401.

【3】方華建,蔣軍.打樁振動(dòng)對(duì)周圍建筑物位移影響研究[J].低溫建筑技術(shù),2012,34(5):100-102.

作者:楊守斌 單位:山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司