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返回列表關于打樁振動對相鄰建筑影響的測試與分析

  由于城鎮化的發展不斷推進,舊城區改造規模越來越大,許多工程施工場地狹小,與相鄰建筑的距離很近,開挖基坑前必須采取護坡措施以免對相鄰建筑造成不利影響.護坡施工不當,尤其是護坡樁成孔時產生的振動對相鄰建筑產生干擾,對居民的生活產生干擾在所難免,因此,代寫論文通過現場的振動測試,結合實際情況對數據進行綜合處理、分析,科學公正地評價影響程度和范圍,顯得尤為重要.

  1建筑施工振動的常見類型

  1.1強夯施工

  強夯法是目前常用的軟土地基處理技術,其原理是利用夯錘重力下落的沖擊形成的地震波使深層土體發生位移,提高土體的承載力,消除濕陷性或液化因素.由于強夯是錘擊運動,落錘激發的瑞利波對周圍一定范圍內的建筑物的安全造成不利影響.

  1.2打樁施工

  打樁能量主要通過樁尖沖擊振動向土層傳播,樁尖入土深度就是振源埋深.隨著樁深度增加,樁尖土層的硬度變大從而土層的振動速度也增大.另外樁還會造成較突出的擠土效應.擠土會對周邊土體直接產生擠壓作用;而振動則會引起土體力學性質的變化.打樁引起振動的主頻較低,遠離振源振動幅值較小,但由于建筑物的自振頻率也較小,所以要特別防止共振的產生.這是最常見的建筑施工振動形式.

  1.3爆破樁或開挖爆破施工

  爆破形成的地震波,激起建筑物的振動,如果這種振動激起建筑物最大質點速度時,建筑就會破壞.

  2打樁引起振動的特性

  由于打樁施工是最常見的建筑施工振動形式,所以我們重點論述.

  打樁振動是一種沖擊型振動,由于振動波向四周輻射,代寫論文形成了振動影響場,其等振線呈封閉環形,類似平靜湖面投入一石子,形成的漣漪,逐漸散開.打樁振動主要有如下特點:

  1)在打樁過程中,錘擊能量只有很小的一部分損失在錘墊和樁墊的壓縮上及樁的彈性變形和樁與土的摩擦上,大部分能量在樁尖處以彈性波的應變能形式向樁周土體和地表傳播,引起地表土及其上的物體的振動.打樁時,錘擊能量的主要部分在樁尖處釋放,形成點狀振源,振動能量轉化為土的波動,在土體中擴散.這種點狀振源一般產生P波(縱波)、S波(橫波)和表面波(瑞利波和拉夫波).當樁尖處釋放的能量轉化為不同的波型擴散于土體內,最終由于阻尼作用而消散了.

  2)打樁引起的振動是瞬間的錘擊強迫振動,是一種脈沖衰減振動,每一錘擊力波的時間為0.4~1s.一般常用柴油打樁機產生的打樁振動,其主頻率域為20~30Hz,因此與周圍既有建筑物的固有頻率相差甚遠,不會引起共振.打樁振動的能量也很小,一般不會超過300kN/m,與地震震動的能量相差甚遠,不在一個量級上,且每次打樁的間隔時間,大于振動的持續時間,因而每次打樁產生的振動能量是不可疊加的.用地震烈度類比法來評價打樁振動的影響是不科學的.

  3)打樁引起的振動與樁的尺寸及樁型有一定的關系,但并不很明顯,主要與土體的特征有關.土體堅硬勻質密實時衰減較小,松散或斷層中衰減大,例如在巖層中,土體愈密實堅硬,樁愈難打,引起的振動愈大,衰減愈小,在松散的砂土中,振動衰減大.

  3打樁振害與地震震害的聯系與區別

  眾所周知,打樁振害與地震震害的共同點表現在,兩者都是以波動方式使建筑物產生振動位移造成破壞.兩者振害的程度都與振(震)動的特征參數、地基土性狀及結構物的振動特性有關.

  對平面尺度不太大的建筑物而言,地震地面加速度場或速度場可看作是一個均勻場,而打樁時由于振動加速度(速度)的迅速衰減,傳到建筑物地表的應當是一個不均勻場.從能量觀點看,打樁引起的振動傳遞給建筑結構的能量比具有同樣加速度(速度)峰值的地震小得多,打樁是一個點振源,但是同一個場地由于多根樁重復大量次數的振動,其造成的振害往往比較大(有孔壓膨脹的因素).

  地震震害主要是由于水平向振動引起的,砂土地區液化問題也是震害的不利因素.

  打樁振害由于震源是點源,代寫論文且隨不同打樁深度和打樁樁數等而變,所以它既有水平向振動,亦有垂直向振動,且振害特點是孔壓膨脹,地面局部隆起.地震震害很難控制,預先一般無法知道,因此預報和防治難度大且效益不高.

  打樁振害可以控制,通過監測研究振害的發展規律,可以預防和采用對策減輕震害,所以研究打樁振害很有實用價值.

  4打樁振動對建筑物的影響形式

  對打樁振動的控制要綜合考慮樁錘的能量及其系統特性、施工場地的地形、場地土的成層構造及其物理力學性質、鄰近建(構)筑物的結構形式及其規模大小和安全現狀,以及離打樁區的距離等因素.在實際工程中,由打樁引起的地基振動對鄰近建(構)筑物所產生的危害可以分為3種形式:1)直接引起建筑物的破損.2)加速建筑物破損.對大多數建在軟弱地基上的建筑物結構,在使用期內或多或少地因某種原因,如差異沉降、溫度變化受過損傷,而振動引起的附加動應力加速了這種損傷的發展.3)間接地引起建筑物破損.對完好且無異常應力變化的建筑結構其破損是由于振動導致較大的地基位移或失穩(如飽和土軟化或液化、邊坡崩塌)所造成的.

  5建筑施工振動容許振動值

  5.1打樁、地基處理等建筑施工振動

  《建筑工程容許振動標準》GB50868-2013適用于民用與工業建筑,不包括古建筑,不適于建筑工程在地震及風振作用下的振動控制及振動影響評價.巖土爆破施工對建筑結構的振動影響評價應符合國家標準《爆破安全規程》GB6722的要求.

  建筑施工振動對建筑物影響評價的頻率范圍應為1~100Hz;建筑結構基礎和頂層樓面的振動時域信號測試應取豎向和水平兩個主軸方向,評價指標應取三者峰值的最大值V 及其對應的振動頻率.當采用錘擊和振動法打樁、振沖法處理地基時,打樁、振沖等基礎施工對建筑結構影響在時域范圍內的容許振動值,宜按1的規定確定.當采用強夯處理地基時,強夯施工對建筑結構影響在時域范圍內的容許振動值,宜按2的規定確定.

  對振動敏感、具有保護價值、

  當打樁根數少于10根時,建筑物容許振動值,可在表1中規定值的基礎上適當提高,但不應超過表2中的相應數據.對于非正規設計自行建造的房屋,或混凝土、砂漿強度明顯低于設計值的建筑,容許振動值不宜超過表1或表2中數值的70%.

  5.2巖土爆破施工

  巖土爆破施工對建筑結構的振動影響評價應符合國家標準《爆破安全規程》GB6722-2011的要求.振動測試影響評價采用現場爆破振動測試結果與實際情況相結合的方法,確定振動安全允許距離.依據國家標準《爆破安全規程》(GB6722-2011)爆破振動安全允許標準中的規定,其允許標準見表3.根據《爆破安全規程》(GB6722-2011)中爆破振動安全允許距離計算公式為:

  R=(K/V )1/αQ1/3

  式中:R 為爆破振動安全允許距離,m;Q 為延時爆破最大單段藥量,kg;V 為保護對象所在地安全允許質點振速,cm/s;K、α為巖性的地質系數和衰減指數.

  5.3地震烈度評定(參考)

  按國家標準《中國地震烈度表》GB/T17742-2008劃分的地震烈度等級,當地震烈度為Ⅴ度時,當水平向地面運動峰值速度為0.02~0.04m/s(2.0~4.0cm/s)時,室內外多數人有感覺,房屋門窗、屋頂、屋架顫動作響,灰土掉落,個別房屋墻體抹灰出現細微裂縫,個別屋頂煙囪掉磚,懸掛物大幅晃動,不穩定起舞搖動或翻倒.

  5.4《民用建筑可靠性鑒定標準》中的規定

  《民用建筑可靠性鑒定標準》GB50292報批稿(2014年)中提到,當進行振動對上部承重結構影響的安全性等級評定時,宜采用現場測量方法獲取結構振動強度的幅值、頻率等相關參數;當已有建筑結構的振動作用大于表4的限值時,應根據實際嚴重程度將振動影響涉及的整個結構或其中某種構件的安全性等級評為Cu級或Du級.

  6工程實例

  6.1工程概況

  某棚戶區改造項目基坑南側局部邊坡支護施工采用護坡樁,護坡樁為鋼筋混凝土灌注樁,基坑底相對標高為-7.500m,護坡樁孔徑800mm、孔深15m,樁成孔采用機械沖擊空心錘.鉆機高度約5.5m,鉆頭長度3.5m.護坡樁距離圍墻3.85m,圍墻內1.8m為縱向平行的6層磚混舊房.2014年3月進行了現場的振動測試.

  6.2測試原理

  采用891型拾振器將三分向振動信號轉化成為電信號后,經過891型放大器放大、積分、濾波和阻抗變換后,送至G01通用數據采集儀.數據采集儀將多路振動信號進行連續采集,并將采集的振動數據及時間參數通過USB串口送至筆記本電腦.筆記本電腦對實時接收與處理系統的運行狀態進行監視,并通過人機交互的方式設定各通道拾振器的振動標定值,以連續或觸發方式將各測點振動數據及采集系統的設定參數通過數據文件形式保存.振動數據分析軟件的主要功能是把已存盤的振動數據文件調出回放,并依據采集參數及計量數據對各點振動信號進行頻域、時域、幅值域的分析處理,其分析處理結果為數字和圖形方式的數據文件.

  6.3測試儀器

  1)拾振器

  采用891-2型拾振器.

  2)放大器

  輸入阻抗:1000kω;輸出負荷:≥1kω;輸入噪聲:直流供電時,≤1μV,交流供電時,≤10μV;通頻帶(Hz,-3dB):0.15~200(參數選擇檔1和2),0.35~50(參數選擇檔3),0.2~50(參數選擇檔1和2).

  3)數據采集儀和分析系統

  本系統包括采集儀和軟件兩個部分.G01通用數據采集儀為16位、USB總線、最高采樣率可達到400kHz的16通道的數據采集儀器.軟件有數據采集、數據觸發采集、時域濾波、波形編輯、數據微分、積分和統計、頻域分析、自動判斷結構固有頻率、結構振型分析、多通道信號失真度測量、虛擬電壓表和示波器共11個模塊組成.提供了多種采集方式、豐富的數據時域分析、頻率分析等功能.可用于地脈動、結構脈動、爆破、橋梁、大壩和結構等建筑物的健康診斷和分析、環境振動影響分析、結構振型分析等.

  6.4振動測試方案

  場地測點應根據試驗目的布設,要了解不同地形、地物對打樁振動的響應情況時,應將測點布設在其附近,要了解振動強度隨距離的衰減規律,則布置一條多測點構成的測線,并滿足一定的布置原則,沿打樁樁心的方向布置.

  經建設單位及原施工單位的打樁操作人員確認,代寫論文打樁設備仍采用原設備進行模擬:沖擊錘重1.5~2.0t、卷揚機功率22~30kW.在原基坑護坡樁處打樁,并進行振動測試.測試共布置4個測點(每個測點有X、Y、Z 三個分向),測點1位于樁位與建筑物之間、距樁2.35m處,測點2位于距離樁最近的建筑物外墻地面基礎位置、距樁5.9m處,測點3位于距離樁最近的建筑物3層樓面處,測點4位于距離樁最近的建筑物6層(頂層)樓面處.打樁過程中,還將重錘提升至井架最高處即落距最大進行測試.振動測試自打樁開始至打樁深度10m結束,深度10m以下振動幅度明顯變小.測試中采集各點位相應于打樁成孔深度的波形圖及自功率譜圖.原始記錄波形示意圖的橫坐標為時間秒,縱坐標為幅值數;自功率譜圖的橫坐標為頻率Hz,縱坐標為幅值數.

  6.5數據處理與分析

  數據處理的主要目的是計算測點的最大振動速度值.根據國家標準《地基動力特性測試規范》(GB/T50269-97)的要求以及本次測試儀器的標定參數進行數據處理.根據實測數據和測試系統的標定結果,將截取各時段的包含水平向最大振幅的事件記錄數據分別經過處理,得到各測點的最大速度分量(X、Y、Z).表5為打樁施工振動的不同時段(深度)下測點的三方向最大速度統計結果.

  通過對振動各測點速度分析,各測點最大速度基本上出現在打樁深度為5m左右的砂石土層.隨著打樁深度增加,其振源與各測點斜距增加,各測點的振動速度也相應減小.打樁深度超過10m后各測點的振動速度小于之前各測點的振動速度.

  6.6振動測試影響評價

  通過對測試數據進行自功率譜分析可知,測點處的振動頻帶較寬,一般在4~50Hz之間.按最不利因素考慮其容許振速,居住建筑基礎處容許振動速度峰值為3.0mm/s,頂層樓面處容許振動速度峰值為6.0mm/s.

  實際測試結果為:距樁水平距離2.35m最大速度峰值為2.707mm/s(<3.0mm/s),距樁水平距離5.9m該房屋基礎處最大速度峰值為0.915mm/s(<3.0mm/s),該房屋頂層樓面最大速度峰值為2.279mm/s(<6.0mm/s).因此,打樁過程中的各測點的三分向的速度峰值均小于GB50868-2013規定的容許振動值,且遠小于GB/T17742-2008中個別房屋抹灰出現細微裂縫的速度值(20mm/s)Z因此,打樁施工振動不會對鄰近建筑物造成損壞.

  7總結

  通過現場的振動測試,我們可以發現如下規律:打樁產生的振動速度向遠處逐漸衰減.代寫論文距樁水平距離2.35m最大速度峰值為2.707mm/s,距樁水平距離5.9m 該房屋基礎處最大速度峰值為0.915mm/s,衰減很明顯.

  房屋結構受打樁振動影響沿高度存在振動放大效應,所以屋面樓層的振動測試不可忽視.本工程實例表明,該房屋基礎處最大速度峰值為0.915mm/s,該房屋頂層樓面最大速度峰值為2.279mm/s,放大了2.49倍,放大效應非常顯著.

  由于打樁振動產生的振動能量相對較小,而且水平衰減很明顯,即使頂層樓面存在振動放大效應,仍然未超過規定的容許振動值(基礎處<3.0mm/s,頂層樓面<6.0mm/s),所以房屋結構受打樁振動的影響總體很小.

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