打桩振动分析及防治措施

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打桩振动分析及防治措施

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打桩振动分析及防治措施

摘要通过分析研究打桩振动机理、打桩振动对周围建筑物产生的不良影响，提出施工中应采取的防治措施，以期有效地预防和减轻打桩振动影响。

关键词打桩振动振动影响防治措施 1 引言

桩基础是常见的基础形式，它解决了建筑物软土地基容易产生过大沉降和不均匀沉降等问题。预制桩因施工快速方便、质量容易保证、适宜于极软弱地基等优点经常被采用，常用的预制桩有混凝土方桩、PHC管桩及钢管桩等。桩基础的施工通常都离不开振动型机械，桩锤对桩身的冲击不但产生噪声，而且引起桩身及桩周围附近土体的强烈振动，这种振动以弹性波的形式向更远范围的土体扩散传播，造成打桩区及其邻近土体的水平位移和竖向位移，对周围建筑物产生损伤，影响建筑物的安全和正常使用，对地下管线的正常使用和安全造成影响，对人们的正常工作、生活造成严重影响。

2 打桩振动机理分析

打桩振动是一种脉冲衰减的瞬间锤击强迫振动，振动波向四周辐射，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，形成涟漪，逐渐散开、消失。打桩时，锤击能量只有很小的一部分损失在锤垫和桩垫的压缩及桩的弹性变形和桩与土的摩擦上，大部分打桩能量通过桩尖和桩侧向外扩散、传递振动,能量转化为体波(压缩波、剪切波)和面波(瑞利波)传到土里，首先压缩波到达，剪切波次之，瑞利波后到，振动能量压缩波占7%，剪切波占26%，瑞利波占67%，且体波衰减比面波快。面波是影响振动程度的主导波，并且随着距离的增加

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而影响增大。在离振源一定距离以外，对于位于或接近于地面的建筑物及其基础，面波在振动中起主导作用。随着桩入土深度的增加，打桩振动在地面的影响范围也增大。由于打桩是连续施加的，具有一定振幅的振波叠加使土体孔压增加，总应力增大，应变能累积加大，从而引起地面建筑物的振动烈度增大，出现地面隆起、变形和位移等现象。

3 打桩引起的振动影响

一般常用柴油打桩机产生的打桩振动，其主频率域约为20Hz～30Hz，与周围既有建筑物的固有频率相差甚远，不会引起共振。打桩振动的能量很小，一般不会超过300kN/m，每次打桩的间隔时间大于振动的持续时间，每次打桩产生的振动能量是不可叠加的。打桩产生的振动波源，主要集中在桩端处一定范围，该长度大约为1/10桩长。随着桩尖入土深度的不同，振源的深度发生变化，引起振源的频率及振动衰减特性也发生变化。

打桩振动对周围建筑物的振动影响主要与桩锤的能量、桩锤的锤击频率、离打桩区的距离、打桩区的土体特征、周围建筑物的结构有关。打桩引起的振动时间约为0.4s～1s，对周围建筑物的影响随离打桩点距离的增大而减少，加速度幅值随离桩位距离增加而衰减。打桩振动沿地表传递，在50m左右地方的振动达到环境振动标准的要求，100m左右地方的振动已经小于一般环境振动测量仪器的最小量程，完全符合环境振动标准的要求。土体作为振动波的传导介质，坚硬匀质密实时衰减较小，松散或断层中衰减大。当桩打入饱和软粘土时，基本上靠桩自重及桩锤重量压入，或轻击打入，振动衰减大，振动影响较小;当桩进入硬土层，特别是进入持力层时，土体密实坚硬，桩愈难打，桩锤连续重击，振动衰减小，振动影响就大。打桩振动影响除了可能使周围建筑产生裂隙破

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坏之外，还可能使周围场地产生不均匀沉降，并导致建筑的地基土失效。4 打桩振动的防治措施

当打桩点与周围房屋的距离较小且房屋的抗震能力较低时，为了安全施工，人们必须在编制施工计划的同时编制施工振动预防计划，按照工程设计规模和工地周围环境实际，提出施工振动预防措施，主要从振源上降低振动、从振动传播途径上降低振动以及建筑物的监控三个环节进行考虑，以便有效地把打桩振动影响控制在允许范围之内。

打桩振害防治主要有隔振沟、桩屏蔽、改进桩型设计、改进打桩技术等减振措施。根据已有工程实践，隔振沟对沟边测点效果显著，远离沟效果不佳；隔振沟对高频能量隔振效果优于低频;屏蔽区大小与隔振沟深度和长度成正比，与沟至振源距离有关，与沟宽影响不大。隔振沟充填物应选择两种介质波阻抗差异尽量大的材料，如空隙、砂、粉煤灰等。桩屏蔽有单排、多排布桩、板桩等形式，桩屏蔽效果与桩长、桩距、波长、入射角等有关。打桩要确定合理的施工顺序和打桩速率，应保持桩机匀速钻进，避免操作不当突然变速或加振，使土层强度有足够的恢复时间，以减少持续振动引起软土地基的不均匀沉降或避免结构产生疲劳效应;应由近向远处打桩，在空旷场地应按先中央后周围，由里及外的顺序打桩。区域大，用跳打可使邻近建筑物变形趋于均衡，减少差异变形，减少建筑物的倾斜;区域小采用间隔打桩，减少土体侧向挤压力。打桩应尽可能重锤轻击，这样可以减轻打桩振害。同时应对可能受影响的建筑基础进行定期定点的沉降变形观测(水准点应从打桩场址影响范围以外引入)，以便及时了解和控制建筑基础及建筑物的变形情况。软土地区打桩引起振动的主频较低，远离振源振动幅值较小，振动主频更接近建筑物自振频率，易产生共振，应引起监测重视。

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5 结语

预制桩有着工期短、质量可靠等优点，但打桩振害影响了预制桩在城区建设中的应用，因此，研究、预测和控制打桩振害有着相当重要的社会意义和现实意义。通过对振动机理、振动破坏和防治措施的分析，为减轻施工振动对周围建筑物、构筑物和需保护工程设施及周围居民点的影响提供参考依据。

参考文献

[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[2]DBJ/T15-22-2008,锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程[S]. [3]张忠苗.打桩振害机理与监测防治[J].物探与化探，1993(1):57-71．

[4]胡钧.打桩对环境振动影响的评价与分析[J].大坝观测与土工测试，2001(3):34-37.

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