桩基施工振动对建筑物影响的测试方法

蓝耀荣

[摘要]城市建设的建设过程中，特别是在旧城的改扩建中，桩基施工已经得到了广泛的应用。但因为桩基施工通常是强迫振动的过程，所产生的工程激振可能会对周边建筑物造成影响，危害居民的生命财产安全。随着工程测振技术不断的发展，也就提供了解决此类问题的办法。但是因为地下振动的过程非常复杂性，优化评价方法与测试手段以及确定合适计算模型是决定测振质量的关键。本文介绍了桩基施工振动对建筑物影响的测试原理与方法，分析了具体的工程案例，以供参考。

[关键词]桩基施工 振动 建筑物 测试

[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-372-3

1引言

桩基施工时引起相邻地段地基土应力重新分布、变形，由于振动能量的扩散从而引起周围建筑物、构筑物变形产生危害，这一问题已引起建筑业内人士的高度重视，国内外均开展了此项测试工作，并得出了相关的经验数据与结论。

例如，稳态振动法、跨孔法、深标点水准仪进行观测以及磁环式沉降仪进行观测等等。

由于土体一般较为复杂性，进行振动测试的目的也大都不一样相，因此经验数值具有局限性。

利用各种监测方法对周围建筑物、构筑物影响跟踪测试，利用先进的仪器设备将桩基施工振动的整个过程科学准确的记录下来，可以直观的明确责任，缓和矛盾，确保城市建设工作的顺利进行，节约造价，加快进度，保证邻近的建筑物在施工的过程中能够正常使用。

2测试的原理与方法

2.1振动特性分析

在进行桩基施工的过程中，地下某个部位会在一段时间内连续产生瞬间激振，地层内各个质点因为受迫振动会通过波动的形式由振源通过地层半空间传播到外处，为于振源区时主要是体波，当传播到一定距离之后就会变成主导波。

当地层的质点受迫发生振动时，土体单元会受到剪应力与正应力的应变作用，实际的体系可以看做是具有单位高度与横截面积的土柱构成的一种离形体系。

假设土体的质量集中在该层中由上到下的几个离散点，当土中的某一个单元发生激振时就会产生相应能量的振动，这种地下振动的特性通常用振动的频率、持续时间以及振动幅度表示，除此之外它和地层结构，振源机制及介质的动力特性都有密切的关系。

当振动超出某一个限定的数值之后，地层土体所受到的瞬间振动荷载将会大于其本身所能承受的最大值，这样就会导致地基基础以及建筑物上部的构件失去稳定性，对建筑物的耐用性造成威胁，严重的还会对居民的生命与财产安全造成威胁。

2.2计算模型

由打桩引起的振动，其传播是一个非常复杂的过程，施工组织方案、桩基形式以及施工机械等都会对打桩时产生的地振动效应造成影响，而岩土的性质与结构是对地振动效应造成影响的主要因素。

目前，工程界对因为爆破而造成振动的测试技术已经非常成熟，通常都是先经过多次的模拟试验，然后在运用最小二乘法拟合出实验的结果，这样就会得到一个经验公式以及对振动进行估算的主要参数。测试桩基造成振动的技术与测量爆破造成振动的公式相似。但最科学的方法就是将891-2型拾振器埋设在桩基影响面的测试点之上，测得影响面的振幅，带入计算质点的最大加速度或是振动速度，这样就可以得出指点地震的烈度。质点振动速度的公式为：V=A0/μm。

其中A0 代表的是某处质点所测得振动幅值的最大值，单位是cm，μ表示所用测试仪器的灵敏度，m表示所用测试测试仪器系统的增益值。

2.3仪器标定

使用灵敏度较高的VC63B测振仪器测试影响面上某个点的振动速度，并将该点质点的振动速度随振源强度以及时间的变化情况记录下来，再通过上述的公式计算分析。在测量之前，还应对测振仪器以及与之相配套的891-2型拾振器的灵敏度进行标定，如下图图1所示，其中1代表的是振动台，2代表的是加速度传感器，3代表的是速度传感器，4代表的是电荷放大器，5代表的是测量放大器，6代表的是功率放大器，7代表的是信号发生器，8代表的是测振仪。

利用关系式对仪器以及891-2型拾振器在某一个振动速度下，频率的改变引起系统输出幅频变化的特性：μ=A/V，其中μ表示仪器系统的灵敏度，A表示不同频率下的振幅，单位是毫米，V表示的是输入振动的速度。在求得仪器的灵敏度后，在实际工程振动测试时，只要将仪器和传感器置于待测的某一处，并固定其放大倍数，再测得在振动的某一瞬间的最大振幅值，就可以按上式直接计算出由于锤击等强迫振动而引起的该质点的振动速度V。

2.4影响振动测试的因素

因为桩基的施工机理比相对复杂，这就导致振动测试的工作也会受到诸多不确定因素的影响，因此，不同资料上所显示影响范围的数值并不一样，通过实验可以知道桩基施工对附近建筑构建的影响程度，主要与被影响建筑物自振的频率、使用功能以及抗御能力、锤的能量与锤击频率、施工地距建筑物的距离、桩基工作原理与类型、四周土层物理力学的性质、以及施工的速度与顺序等因素密切相关。

2.5实验方法的选择

在实际的测量中，根据实际情况以及测试要求的不同，目前通常采用Endevco 压电加速度传感器、R3765BH信号分析仪、ADBZ2101型电荷放大器、891-2型测振仪以及 Agilent的53181A型频率计等测试仪器测出需要的数据，记录下来之后进一步进行分析和记录。

实际测试的过程中，如果受到影响的建筑结构易于靠近，对测试工作的开展非常有利，这样可一采取单点进行测试；如果被影响的建筑结构所处区域较为狭窄，不方便测试工作，可运用多点的方法进行测试，依照各测试点振动记录的波形图与数值，按照同间距的比例标绘，参考地面振动波的衰减规律就能够得到衰减曲线。根据曲线可以得到影响界面实际的衰减规律，由此能够计算出建筑物在地表的振幅、速度、加速度等振动特性参数。

2.6计算结果评价方法

在进行桩基施工的过程中对附近建筑物振动造成的影响，能够通过特性参数的加速度、振幅、地面质点振动的速度以经济频率来确定。

因对桩基施工振动效应的评价目前尚没有一定的规范，所以在计算出测点最大振动速度，从表l中查得相对应的振动地震烈度值后，还需参考有关规范并作适当的比较，才能为房屋的安全性能作出科学的综合评价。

建议同时参照国家标准《爆破安全规程》、《中国地震烈度表》以及及有关工程实践经验。

2.7振动测试的注意事项

在实际的操作中要注意以下几点：

第一就是检测仪器必须系统标定。

第二就是单点测试通常用于检测离开振源一定距离的结构物的情况，测出幅值即可，所以测点较少。

第三就是多点测试主要用于研究场地的衰减特性，测点布置与振源成直线排列，测点间隔根据地质、地形条件而定。

第四就是用加速度计测试时，在测点处需预设桩头以便固定加速度计。 软土地基上桩基设计的探讨。

3工程实例

3.1方案确定

测试在A市某房地产开发公司拟建住宅小区的工地上进行，工地周围是某村两层砖混结构的住宅区。

该工程采用中377振动沉管灌注桩基础，桩长力伪1，桩端持力层为粉质粘上。

为了检测打桩过程中的振动对周围民房产生的影响程度，于2014年7月3日和7月1 9日分别对其中的1 2户住房进行振动侧试，以确定房屋的安全度。

为测定房屋的最大振动量，然后进一步布置振源和测点，其中测点分别布置在房屋的一层地面及二层顶面，振源为两次试验所在位置。

试验时，按设计采用单打法施工。

沉管过程中，增加配重来提高沉管的效率，另经探测，未发现管内有地下水或泥浆渗入。

当桩管下沉至桩尖设计标高时，就停止灌注混凝土的振动，当混凝土灌满之后，先振动8秒，然后振动边拔管，桩管里要超过2米的混凝土，在拨的过程中要注意每拔0.5米，就要停下1 0 秒钟，但此时要继续振动，按照这个顺序直到整根桩管都拔出。

在这个过程里，测试系统应与振拨保持同步。

之后绘制灵敏度频响曲线，其中测试时主机记录长度的设置最大记录时间为2小时，数据显示每屏1024点，分析系统采样1 0ms，最后选取振幅最大的波形并且求得振动速度，对振动烈度进行分析。

3.2振动效应评价

根据国家标准《爆破安全规程》规定、对一般砖房，由爆破引起的地面质点安全振动速度应处于20mm/s以内，与爆破相比，临近房屋在打桩机的影响下的受振次数明显偏多，所以由打桩机造成的地面安全振动速度要低于上述规范所要求的数值。

查阅《中国地震烈度表》，当一般房屋的最大振动的速度在1.5到3.0厘米每秒的时候，地震的烈度就等于V度，门窗、屋顶以及屋架会发生颤动，出现声响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝。因为地震烈度表是群房来设定的，所以用它来对一间房屋的振动效应作出评价，难免会存在一定的偏差，根据上文的技术标准，可已知道周边民房在打桩机振动影响下的振动的速度在1.0厘米每秒的，一般来说是安全的。

受试验民房在打桩机振动影响下，相应的地震烈度最大为三度，考虑到振动在建筑物因固有振荡频率附近的增强特性，加上振动的长期积累效应，对建筑物的影响最大定为四度。

因此，该试验房屋在打桩机振动的影响下处于安全范围。

4减轻桩基施工振动对建筑物影响的主要方法

为最大程度降低桩基施工振动对建筑物影响，在施工过程中可以使用新型的桩基，例如螺旋钻装置并用压入法该工法在砂砾、卵石层或岩层等坚硬地层中，利用技研独创的“除芯理论”在压入的同时通过螺旋钻钻掘来降低贯入阻力，从而实现压入作业。与静压植桩机主体联动的“螺旋钻装置”最小限度地钻掘桩前端正下方的地层，在抑制压力球根发生的同时，将桩贯入地中。由于排土量少，所以不会破坏周边地层，能够迅速地构筑具有强大支持力的完成桩。此工法可适用于泥岩、砂岩、花岗岩等的软岩Ⅰ、软岩Ⅱ以及中硬岩层。旋转切削压入法该工法不仅可以克服卵石层或岩层等坚硬地质，还可以在有漂石或钢筋混凝土结构物等地下障碍物的条件下实现旋转切削压入施工。该压入技术极大地拓宽了压入工法的适用范围。使用“旋入式静压植桩机”旋转前端装有钻齿的钢管桩，切削贯通地中障碍物进行压入。该工法除具有压入原理的无振动、无噪音等施工优点之外，通过使用桩端的特殊钻齿，实现了最小限度的切削，有效地控制了排土量，对环境的影响控制到最小范围。在实现了环保施工的同时还抑制了桩的偏芯和变形，构筑成为高可靠性、高精度的完成桩。

5小结

根据以上试验和测试分析，在不改变测试条件下开始施工，整个工程进展顺利，四周的房屋安全也没有受到桩基的影响。这说明上文中所提到的振动测试分析与监测的方法和理论与工程建设是完全适应的。除了这些之外在测振的过程中要对场地的形态继续拧全面的考虑，为安全施工提供保障。

Test method for effect of pile foundation

construction vibration to buildings

[Abstract] the construction process of city construction， especially in the old city reconstruction， construction of pile foundation has been widely used. But because of the pile foundation construction is usually forced vibration， engineering excitation generated may impact on the surrounding buildings， endanger the life and property safety of residents. With the development of engineering measurement technology continuously， also provides a way to solve the problem is. But because the process of underground vibration is very complexity， the optimization of evaluation methods and testing means and determine the appropriate calculation model is the key to decide the quality of vibration. This paper introduces the testing principle and method of influence of pile foundation construction vibration to buildings， analyses the specific project case， for reference.