高層建筑打樁對建筑物的振動影響
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1引言
近年來，我國城市建設不斷加快，為了緩解建設用地匱乏的問題，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，以增強建筑基礎結(jié)構(gòu)的承載能力。鋼管樁、混凝土預制樁以及PHC管樁等是目前在高層建筑施工中比較常用的樁基形式，在預制樁的施工時大多需要通過機械振動方式來進行打樁施工。樁錘在作業(yè)過程中不僅會對樁體本身產(chǎn)生較大的沖擊，而且對土體所產(chǎn)生的振動還會通過彈性波形式擴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周邊建筑的具體影響，并采取有效的防治措施。
目前，在高層建筑打樁施工中主要采用的是柴油打樁機等設備，此類設備的頻域一般在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，打樁施工中的振動能量基本在300kN/m以內(nèi)，由于與打樁施工時捶打間隔時間相比，振動持續(xù)時長較短，這使得打樁施工中的振動能量不能形成疊加效果。在實際打樁施工中，樁端是振動波源比較集中的區(qū)域。而隨著樁尖入土的深度變化，振源深度也會產(chǎn)生相應的改變，同時振源頻率和振動衰減等參數(shù)也會產(chǎn)生一定的改變[1]。高層建筑打樁施工時所產(chǎn)生的振動作用對周圍建筑物的影響程度大小主要與打樁機樁錘的不同錘擊頻率、能量，施工現(xiàn)場的土體特點、建筑物結(jié)構(gòu)特點以及與打樁施工現(xiàn)場之間的間距等參數(shù)密切相關(guān)。通過對打樁施工實踐經(jīng)驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，振動時間一般在0.4~1s，而隨著打樁點與建筑物之間距離的增加，加速度幅值以及影響程度會逐步減弱。同時，打樁振動主要是在地表進行傳遞擴散，當與打樁點之間的距離達到50m時，振動影響已經(jīng)衰減到環(huán)境振動標準允許的范圍內(nèi)，而當建筑物與打樁點之間的距離達到100m時，振動影響往往已經(jīng)無法被目前的標準振動測量儀器所測得，對周圍建筑的影響可以忽略不計。當振動波通過土體進行傳導時，如果土體比較松散或者存在斷層時，振動波會出現(xiàn)比較明顯的衰減，相反如果土體比較密實堅硬且土質(zhì)均勻時，振動波的衰減效果則相對較小。這主要是由于當在飽和軟黏土地基上進行打樁施工時，樁錘可以利用質(zhì)量以及樁體自重來將樁體壓入土體，即使需要進行捶打，沖擊也相對較輕，因此，振動波會產(chǎn)生明顯的衰減，對周圍建筑的影響程度也就相對較低。而當對硬土層以及持力層進行打樁施工時，由于土體比較堅硬且密實度較高，難以將樁體打入，因此需要連續(xù)利用樁錘進行重擊捶打，此時振動波的衰減不明顯，因此，會對周圍建筑產(chǎn)生較大的振動影響，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)生的振動作用還會造成周邊土體出現(xiàn)沉降不均勻的現(xiàn)象，導致周邊建筑基礎出現(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周圍建筑物振動影響的有效對策
3.1合理選擇防震隔震方式。目前，在防治高層建筑打樁對周圍建筑物的振動影響時，主要是通過設置隔震溝或樁屏蔽設施，以及優(yōu)化樁型結(jié)構(gòu)等方式來達到防治目的。施工單位對比較容易受到打樁振動影響的建筑可以采取設置防振溝的方式來進行防治，這種方式主要是通過阻斷打樁施工時振動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對建筑結(jié)構(gòu)的影響程度。同時，施工單位還應與相關(guān)建筑的管理部門加強溝通協(xié)調(diào)，對于建筑內(nèi)設有精密儀器儀表的，應協(xié)助對相關(guān)設備采取有效的隔振保護措施，并要及時向建筑管理部門通報打樁振動的主要頻域范圍，以便對保護對象采取頻率干擾措施，避免振動波與固有頻率產(chǎn)生共振現(xiàn)象。在打樁振動防治實踐中發(fā)現(xiàn)，鄰近隔震溝建筑的振動影響控制效果比較理想，而與隔震溝距離相對較遠建筑的振動影響控制效果則相對較差。同時，隔震溝主要適用于隔振高頻能量的傳播，對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周圍建筑物的振動影響時還可以采用樁屏蔽等方式。根據(jù)打樁施工的實際情況，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，還應合理控制樁間距、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，施工單位應根據(jù)施工現(xiàn)場的實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，應從中央位置開始，逐步向周圍推進，這樣可以提高打樁施工的效率，并減少打樁振動產(chǎn)生的擠土效應等問題，降低對周邊建筑結(jié)構(gòu)的振動影響。對于范圍較大的施工現(xiàn)場應采用跳打施工方式，以有效控制周圍建筑結(jié)構(gòu)的沉降不均勻的問題，從而達到避免建筑傾斜的目的。而對于面積較小的施工區(qū)域則應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。需要對打樁點兩側(cè)進行保護的施工區(qū)域則應采取兩邊跳打的施工工藝。此外，在打樁施工中應采用重錘輕擊的捶打方式，以降低打樁產(chǎn)生的振動影響[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，施工單位應嚴格控制打樁機的錘擊速率，打樁應保持勻速，防止出現(xiàn)突然加振變速的情況，以便土層有充分的時間來恢復強度，從而防止周圍土體在連續(xù)振動作用下出現(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對打樁振動要進行動態(tài)觀測監(jiān)督。施工單位在高層建筑打樁施工過程中應合理設置觀測點，加強對周邊建筑結(jié)構(gòu)的位移或變形情況的觀測控制。特別是當施工現(xiàn)場為軟土土層時，由于在打樁施工中會產(chǎn)生低頻振動，與振源間距較遠的位置會形成與建筑物固有頻率比較接近的小幅值振動，更加容易引發(fā)共振等問題，因此，要積極應用先進的信息化監(jiān)測設備，及時準確地掌握振動影響的實際情況。3.5優(yōu)化高層建筑樁型選擇。在高層建筑的基礎工程施工中，應根據(jù)工程的實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對周圍建筑物產(chǎn)生振動影響，而影響的實際程度與高層建筑施工現(xiàn)場的地質(zhì)特點、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，施工單位應對各種相關(guān)因素進行充分的考慮，合理確定樁基形式和打樁施工方案，科學確定打樁施工順序，并嚴格控制相關(guān)的工藝標準，同時在打樁施工過程中要加強對周邊建筑沉降或位移情況的監(jiān)測，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創(chuàng)造有利環(huán)境，促進我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。
【參考文獻】
【1】秦前波,王軍,莊詩鴻,等.在基坑內(nèi)打樁對周邊地面影響分析[J].廣東土木與建筑,2018,25(6):1-3.
【2】董軍鋒,張旻,雷波.打樁振動對相鄰建筑影響的測試與分析[J].武漢大學學報(工學版),2015,48(3):397-401.
【3】方華建,蔣軍.打樁振動對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:山東正元建設工程有限責任公司