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返回列表关于打桩振动对相邻建筑影响的测试与分析

  由于城镇化的发展不断推进,旧城区改造规模越来越大,许多工程施工场地狭小,与相邻建筑的距离很近,开挖基坑前必须采取护坡措施以免对相邻建筑造成不利影响.护坡施工不当,尤其是护坡桩成孔时产生的振动对相邻建筑产生干扰,对居民的生活产生干扰在所难免,因此,代写论文通过现场的振动测试,结合实际情况对数据进行综合处理、分析,科学公正地评价影响程度和范围,显得尤为重要.

  1建筑施工振动的常见类型

  1.1强夯施工

  强夯法是目前常用的软土地基处理技术,其原理是利用夯锤重力下落的冲击形成的地震波使深层土体发生位移,提高土体的承载力,消除湿陷性或液化因素.由于强夯是锤击运动,落锤激发的瑞利波对周围一定范围内的建筑物的安全造成不利影响.

  1.2打桩施工

  打桩能量主要通过桩尖冲击振动向土层传播,桩尖入土深度就是振源埋深.随着桩深度增加,桩尖土层的硬度变大从而土层的振动速度也增大.另外桩还会造成较突出的挤土效应.挤土会对周边土体直接产生挤压作用;而振动则会引起土体力学性质的变化.打桩引起振动的主频较低,远离振源振动幅值较小,但由于建筑物的自振频率也较小,所以要特别防止共振的产生.这是最常见的建筑施工振动形式.

  1.3爆破桩或开挖爆破施工

  爆破形成的地震波,激起建筑物的振动,如果这种振动激起建筑物最大质点速度时,建筑就会破坏.

  2打桩引起振动的特性

  由于打桩施工是最常见的建筑施工振动形式,所以我们重点论述.

  打桩振动是一种冲击型振动,由于振动波向四周辐射,代写论文形成了振动影响场,其等振线呈封闭环形,类似平静湖面投入一石子,形成的涟漪,逐渐散开.打桩振动主要有如下特点:

  1)在打桩过程中,锤击能量只有很小的一部分损失在锤垫和桩垫的压缩上及桩的弹性变形和桩与土的摩擦上,大部分能量在桩尖处以弹性波的应变能形式向桩周土体和地表传播,引起地表土及其上的物体的振动.打桩时,锤击能量的主要部分在桩尖处释放,形成点状振源,振动能量转化为土的波动,在土体中扩散.这种点状振源一般产生P波(纵波)、S波(横波)和表面波(瑞利波和拉夫波).当桩尖处释放的能量转化为不同的波型扩散于土体内,最终由于阻尼作用而消散了.

  2)打桩引起的振动是瞬间的锤击强迫振动,是一种脉冲衰减振动,每一锤击力波的时间为0.4~1s.一般常用柴油打桩机产生的打桩振动,其主频率域为20~30Hz,因此与周围既有建筑物的固有频率相差甚远,不会引起共振.打桩振动的能量也很小,一般不会超过300kN/m,与地震震动的能量相差甚远,不在一个量级上,且每次打桩的间隔时间,大于振动的持续时间,因而每次打桩产生的振动能量是不可叠加的.用地震烈度类比法来评价打桩振动的影响是不科学的.

  3)打桩引起的振动与桩的尺寸及桩型有一定的关系,但并不很明显,主要与土体的特征有关.土体坚硬匀质密实时衰减较小,松散或断层中衰减大,例如在岩层中,土体愈密实坚硬,桩愈难打,引起的振动愈大,衰减愈小,在松散的砂土中,振动衰减大.

  3打桩振害与地震震害的联系与区别

  众所周知,打桩振害与地震震害的共同点表现在,两者都是以波动方式使建筑物产生振动位移造成破坏.两者振害的程度都与振(震)动的特征参数、地基土性状及结构物的振动特性有关.

  对平面尺度不太大的建筑物而言,地震地面加速度场或速度场可看作是一个均匀场,而打桩时由于振动加速度(速度)的迅速衰减,传到建筑物地表的应当是一个不均匀场.从能量观点看,打桩引起的振动传递给建筑结构的能量比具有同样加速度(速度)峰值的地震小得多,打桩是一个点振源,但是同一个场地由于多根桩重复大量次数的振动,其造成的振害往往比较大(有孔压膨胀的因素).

  地震震害主要是由于水平向振动引起的,砂土地区液化问题也是震害的不利因素.

  打桩振害由于震源是点源,代写论文且随不同打桩深度和打桩桩数等而变,所以它既有水平向振动,亦有垂直向振动,且振害特点是孔压膨胀,地面局部隆起.地震震害很难控制,预先一般无法知道,因此预报和防治难度大且效益不高.

  打桩振害可以控制,通过监测研究振害的发展规律,可以预防和采用对策减轻震害,所以研究打桩振害很有实用价值.

  4打桩振动对建筑物的影响形式

  对打桩振动的控制要综合考虑桩锤的能量及其系统特性、施工场地的地形、场地土的成层构造及其物理力学性质、邻近建(构)筑物的结构形式及其规模大小和安全现状,以及离打桩区的距离等因素.在实际工程中,由打桩引起的地基振动对邻近建(构)筑物所产生的危害可以分为3种形式:1)直接引起建筑物的破损.2)加速建筑物破损.对大多数建在软弱地基上的建筑物结构,在使用期内或多或少地因某种原因,如差异沉降、温度变化受过损伤,而振动引起的附加动应力加速了这种损伤的发展.3)间接地引起建筑物破损.对完好且无异常应力变化的建筑结构其破损是由于振动导致较大的地基位移或失稳(如饱和土软化或液化、边坡崩塌)所造成的.

  5建筑施工振动容许振动值

  5.1打桩、地基处理等建筑施工振动

  《建筑工程容许振动标准》GB50868-2013适用于民用与工业建筑,不包括古建筑,不适于建筑工程在地震及风振作用下的振动控制及振动影响评价.岩土爆破施工对建筑结构的振动影响评价应符合国家标准《爆破安全规程》GB6722的要求.

  建筑施工振动对建筑物影响评价的频率范围应为1~100Hz;建筑结构基础和顶层楼面的振动时域信号测试应取竖向和水平两个主轴方向,评价指标应取三者峰值的最大值V 及其对应的振动频率.当采用锤击和振动法打桩、振冲法处理地基时,打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值,宜按1的规定确定.当采用强夯处理地基时,强夯施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值,宜按2的规定确定.

  对振动敏感、具有保护价值、

  当打桩根数少于10根时,建筑物容许振动值,可在表1中规定值的基础上适当提高,但不应超过表2中的相应数据.对于非正规设计自行建造的房屋,或混凝土、砂浆强度明显低于设计值的建筑,容许振动值不宜超过表1或表2中数值的70%.

  5.2岩土爆破施工

  岩土爆破施工对建筑结构的振动影响评价应符合国家标准《爆破安全规程》GB6722-2011的要求.振动测试影响评价采用现场爆破振动测试结果与实际情况相结合的方法,确定振动安全允许距离.依据国家标准《爆破安全规程》(GB6722-2011)爆破振动安全允许标准中的规定,其允许标准见表3.根据《爆破安全规程》(GB6722-2011)中爆破振动安全允许距离计算公式为:

  R=(K/V )1/αQ1/3

  式中:R 为爆破振动安全允许距离,m;Q 为延时爆破最大单段药量,kg;V 为保护对象所在地安全允许质点振速,cm/s;K、α为岩性的地质系数和衰减指数.

  5.3地震烈度评定(参考)

  按国家标准《中国地震烈度表》GB/T17742-2008划分的地震烈度等级,当地震烈度为Ⅴ度时,当水平向地面运动峰值速度为0.02~0.04m/s(2.0~4.0cm/s)时,室内外多数人有感觉,房屋门窗、屋顶、屋架颤动作响,灰土掉落,个别房屋墙体抹灰出现细微裂缝,个别屋顶烟囱掉砖,悬挂物大幅晃动,不稳定起舞摇动或翻倒.

  5.4《民用建筑可靠性鉴定标准》中的规定

  《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292报批稿(2014年)中提到,当进行振动对上部承重结构影响的安全性等级评定时,宜采用现场测量方法获取结构振动强度的幅值、频率等相关参数;当已有建筑结构的振动作用大于表4的限值时,应根据实际严重程度将振动影响涉及的整个结构或其中某种构件的安全性等级评为Cu级或Du级.

  6工程实例

  6.1工程概况

  某棚户区改造项目基坑南侧局部边坡支护施工采用护坡桩,护坡桩为钢筋混凝土灌注桩,基坑底相对标高为-7.500m,护坡桩孔径800mm、孔深15m,桩成孔采用机械冲击空心锤.钻机高度约5.5m,钻头长度3.5m.护坡桩距离围墙3.85m,围墙内1.8m为纵向平行的6层砖混旧房.2014年3月进行了现场的振动测试.

  6.2测试原理

  采用891型拾振器将三分向振动信号转化成为电信号后,经过891型放大器放大、积分、滤波和阻抗变换后,送至G01通用数据采集仪.数据采集仪将多路振动信号进行连续采集,并将采集的振动数据及时间参数通过USB串口送至笔记本电脑.笔记本电脑对实时接收与处理系统的运行状态进行监视,并通过人机交互的方式设定各通道拾振器的振动标定值,以连续或触发方式将各测点振动数据及采集系统的设定参数通过数据文件形式保存.振动数据分析软件的主要功能是把已存盘的振动数据文件调出回放,并依据采集参数及计量数据对各点振动信号进行频域、时域、幅值域的分析处理,其分析处理结果为数字和图形方式的数据文件.

  6.3测试仪器

  1)拾振器

  采用891-2型拾振器.

  2)放大器

  输入阻抗:1000kω;输出负荷:≥1kω;输入噪声:直流供电时,≤1μV,交流供电时,≤10μV;通频带(Hz,-3dB):0.15~200(参数选择档1和2),0.35~50(参数选择档3),0.2~50(参数选择档1和2).

  3)数据采集仪和分析系统

  本系统包括采集仪和软件两个部分.G01通用数据采集仪为16位、USB总线、最高采样率可达到400kHz的16通道的数据采集仪器.软件有数据采集、数据触发采集、时域滤波、波形编辑、数据微分、积分和统计、频域分析、自动判断结构固有频率、结构振型分析、多通道信号失真度测量、虚拟电压表和示波器共11个模块组成.提供了多种采集方式、丰富的数据时域分析、频率分析等功能.可用于地脉动、结构脉动、爆破、桥梁、大坝和结构等建筑物的健康诊断和分析、环境振动影响分析、结构振型分析等.

  6.4振动测试方案

  场地测点应根据试验目的布设,要了解不同地形、地物对打桩振动的响应情况时,应将测点布设在其附近,要了解振动强度随距离的衰减规律,则布置一条多测点构成的测线,并满足一定的布置原则,沿打桩桩心的方向布置.

  经建设单位及原施工单位的打桩操作人员确认,代写论文打桩设备仍采用原设备进行模拟:冲击锤重1.5~2.0t、卷扬机功率22~30kW.在原基坑护坡桩处打桩,并进行振动测试.测试共布置4个测点(每个测点有X、Y、Z 三个分向),测点1位于桩位与建筑物之间、距桩2.35m处,测点2位于距离桩最近的建筑物外墙地面基础位置、距桩5.9m处,测点3位于距离桩最近的建筑物3层楼面处,测点4位于距离桩最近的建筑物6层(顶层)楼面处.打桩过程中,还将重锤提升至井架最高处即落距最大进行测试.振动测试自打桩开始至打桩深度10m结束,深度10m以下振动幅度明显变小.测试中采集各点位相应于打桩成孔深度的波形图及自功率谱图.原始记录波形示意图的横坐标为时间秒,纵坐标为幅值数;自功率谱图的横坐标为频率Hz,纵坐标为幅值数.

  6.5数据处理与分析

  数据处理的主要目的是计算测点的最大振动速度值.根据国家标准《地基动力特性测试规范》(GB/T50269-97)的要求以及本次测试仪器的标定参数进行数据处理.根据实测数据和测试系统的标定结果,将截取各时段的包含水平向最大振幅的事件记录数据分别经过处理,得到各测点的最大速度分量(X、Y、Z).表5为打桩施工振动的不同时段(深度)下测点的三方向最大速度统计结果.

  通过对振动各测点速度分析,各测点最大速度基本上出现在打桩深度为5m左右的砂石土层.随着打桩深度增加,其振源与各测点斜距增加,各测点的振动速度也相应减小.打桩深度超过10m后各测点的振动速度小于之前各测点的振动速度.

  6.6振动测试影响评价

  通过对测试数据进行自功率谱分析可知,测点处的振动频带较宽,一般在4~50Hz之间.按最不利因素考虑其容许振速,居住建筑基础处容许振动速度峰值为3.0mm/s,顶层楼面处容许振动速度峰值为6.0mm/s.

  实际测试结果为:距桩水平距离2.35m最大速度峰值为2.707mm/s(<3.0mm/s),距桩水平距离5.9m该房屋基础处最大速度峰值为0.915mm/s(<3.0mm/s),该房屋顶层楼面最大速度峰值为2.279mm/s(<6.0mm/s).因此,打桩过程中的各测点的三分向的速度峰值均小于GB50868-2013规定的容许振动值,且远小于GB/T17742-2008中个别房屋抹灰出现细微裂缝的速度值(20mm/s)Z因此,打桩施工振动不会对邻近建筑物造成损坏.

  7总结

  通过现场的振动测试,我们可以发现如下规律:打桩产生的振动速度向远处逐渐衰减.代写论文距桩水平距离2.35m最大速度峰值为2.707mm/s,距桩水平距离5.9m 该房屋基础处最大速度峰值为0.915mm/s,衰减很明显.

  房屋结构受打桩振动影响沿高度存在振动放大效应,所以屋面楼层的振动测试不可忽视.本工程实例表明,该房屋基础处最大速度峰值为0.915mm/s,该房屋顶层楼面最大速度峰值为2.279mm/s,放大了2.49倍,放大效应非常显著.

  由于打桩振动产生的振动能量相对较小,而且水平衰减很明显,即使顶层楼面存在振动放大效应,仍然未超过规定的容许振动值(基础处<3.0mm/s,顶层楼面<6.0mm/s),所以房屋结构受打桩振动的影响总体很小.