橋梁樁基復合地層施工中的振動測試分析

摘要：本文著力于闡述橋梁樁基復合地層施工中振動測試的必要性以及復合地層橋梁樁基施工振動特性分析，結合某高速公路橋梁樁基施工的具體情況，對橋梁樁基沖擊鉆孔施工過程產(chǎn)生的振動進行了試驗分析，確保施工順利，為周圍建構筑物的破壞評估提供可靠的數(shù)據(jù)。

關鍵詞：橋梁樁基 復合地層 施工振動 測試分析

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)1(c)-0104-02

1 復合地層及橋梁樁基施工振動測試的作用

1.1 復合地層特性

復合地層由兩種或兩種以上不同地層組成，且這些地層的巖土力學、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特征相差懸殊的地層組合。復合地層的組合形式是非常復雜多樣的，但總的來說可分為三種：一種是在斷而垂直方向上不同地層的組合；一種是在縱向方向上不同地層的組合；第三種是上述兩者交叉出現(xiàn)。最典型的垂直方向上的復合地層就是所謂“上軟下硬”地層。及上部是松軟的土層，而下部是堅硬的巖石地層。本文的研究主要針對上軟下硬方式組合的復合地層。

1.2 橋梁樁基施工振動測試的作用

橋梁樁基沖擊鉆孔施工往往是一個強迫振動過程，振動波向四周輻射，形成了振動影響場，對鄰近建構筑物以及人們的正常工作、生活造成影響。因此，在橋梁樁基施工過程中，應加強對樁基施工振動進行綜合、系統(tǒng)的測試，為工程的順利進行保價護航。對橋梁樁基施工振動測試具有以下幾方面的作用：(1)依靠現(xiàn)場測試提供動態(tài)信息反饋來指導施工全過程；(2)對周圍建構筑物的破壞評估提供可靠的數(shù)據(jù)；(3)可及時發(fā)現(xiàn)和預報險情的發(fā)生及發(fā)展程度，為及時有效地采取安全補救措施充當耳目。(4)積累數(shù)據(jù)資料，為類似工程提供參考。

2 復合地層橋梁樁基施工振動特性分析

在橋梁樁基沖擊鉆孔時，地下某處會產(chǎn)生間隔較短的瞬間激振，地層中各質(zhì)點因受迫振動而以波動的形式從振源經(jīng)地層半空間向外傳播，在振源區(qū)以體波為主，到達一定的距離后而波變成了主導波。在各地層質(zhì)點受追振動時，土體單元承受蓿正應力應變和剪應力應變，實際體系可視為具有單位截面積高度的土柱所構成的離散體系。假定整個土體質(zhì)量集中于該層中自上而下的若干離敞點，當土體中某一單元激振時產(chǎn)生能量不同的振動，其地下振動的工程特性常以振動振幅、頻譜和持時來表示，它與地層結構、振源機制及介質(zhì)的動力特性有關。當振動超過某一限制時，地層土體所受的瞬間地振動荷載超過其本身的極限值，而使地基基礎失穩(wěn)，從而危及周圍建構物的安全，甚至直接危及生命和財產(chǎn)安全，因此，必須對橋梁樁基復合地層中施工產(chǎn)生的振動進行強有力的測試。

3 工程實例分析

3.1 工程概況及地質(zhì)條件

本文振動試驗選擇在地處復合地層的某高速公路一座主線橋進行。該橋梁基礎設計為鉆孔灌注樁基礎；設計樁長24m，樁直徑1.8m，采用CZ60沖擊鉆鉆孔施工。CZ60沖擊鉆鉆機，錘重5.3噸，震動影響半徑為7m。

該橋址場區(qū)屬河床階地區(qū)，地形略有起伏，河床堆積亞砂土，卵石土、漂石土，厚度9～24.5m。下伏燕山期花崗巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石較完整，場區(qū)內(nèi)無不良地質(zhì)現(xiàn)象。其地質(zhì)情況如表1所示。

3.2 測試方案及測點布置

本次試驗采用的儀器為中科院成都中科測控公司生產(chǎn)的TC-4850型測振儀和與之相配套的傳感器，并經(jīng)過我國計量部門標定驗證。

根據(jù)現(xiàn)場情況，在離樁基同一水平位置布置6個傳感器，測試豎直方向的振動速度。布置時，將地表的浮土清除，形成一個體積約為0.05m(深)×0.1m×0.1m的正方體形土坑，然后打入約80cm的鋼筋，再灌注水泥使之結合牢固，最后用石膏布置好傳感器。測點實際現(xiàn)場布置如圖I所示，振動測點布置示意圖如圖2所示。

圖2中坐標原點為樁基中心，測點沿樁基同一水平布置，沿x正向測點編號為1，2，3，4，5，6，測點間距離為2m。

3.3 測試結果分析

(1)地層結構對地面質(zhì)點振動速度影響分析

影響橋梁樁基沖擊鉆孔振動的因素很多，諸如沖擊錘提升高度，樁基掘進深度，地面環(huán)境，地層結構等。本文主要分析對振動速度產(chǎn)生影響的兩個關鍵因素，即地層結構、沖擊錘提升高度。在試驗中，對橋梁樁基不同深度處巖渣進行了取樣。如下圖3，圖4所示。

結合該橋梁場區(qū)地質(zhì)結構情況以及對巖土試樣進行分析可知，橋梁樁基掘進深度為8.5m時聽處地層為卵石土地層，厚度約5.3～7.9m；14.0m時為強風化花崗巖地層，厚度約1.3～5.7m；17.7m時為弱風化花崗巖地層，厚度約5.6～7.0m；22.5m時為微風化花崗巖地層，厚度約3.1～6.8m。

在上述四種不同地層中進行振動試驗時，樁基沖擊鉆孔施工參數(shù)控制如下：沖擊錘提升高度約0.5m，沖擊鉆錘擊頻率約15～20次／min。測得各測點振動速度隨樁基掘進深度變化曲線如圖5所示，測點1實測波形如圖6、圖7，圖8，圖9所示。

從圖5可以看出，樁基掘進深度不同，即樁基所處的地層不同時，地面質(zhì)點振動速度由近及遠的衰減規(guī)律相似，都是在10m范圍之內(nèi)衰減較快，10m之外衰減相對較慢，但在卵石土、強風化花崗巖地層中整個振動速度均比在弱風化花崗巖、微風化花崗巖地層中衰減快。當樁基從強風化花崗巖地層(H=14.0m)掘進到弱風化花崗巖地層(H=17.7m)中時。測點的振動速度出現(xiàn)了明顯波動，產(chǎn)生了較大衰減。

(2)沖擊能量對地面質(zhì)點振動影響分析

通過在四種不同地層中沖擊施工時，改變沖擊錘提升高度來獲得不同的沖擊能量，分析沖擊能量的變化對測點振動速度的影響。由于在四種地層中，不同沖擊能量施工時，測點振動速度變化規(guī)律均相似，本文選擇在強風化花崗巖地層中即樁基掘進深度14.0m時進行試驗，分析不同沖擊能量下，測點振動速度變化規(guī)律，在試驗中每組試驗分別測試了5-8組數(shù)據(jù)，取其平均值，得到各測點振動速度如表2所示，振動速度隨沖擊錘提升高度變化曲線如圖10所示。

從上圖可以看出，沖擊錘提升高度不同，即沖擊能量不同時，同一測點振動速度隨沖擊能量的增加而增加，整個衰減規(guī)律相似，在近距離范圍內(nèi)測點的振動速度衰減較快，到10m左右，振動速度衰減變緩。

4 結語

(1)橋梁樁基沖擊鉆孔施工往往是一個強迫振動過程，振動波向四周輻射，形成振動影響場，對周圍環(huán)境易造成影響，通過現(xiàn)場測試可以為周圍建構筑物的破壞評估提供可靠的數(shù)據(jù)。(2)影響橋梁樁基沖擊鉆孔振動的因素眾多，其中地層結構的影響較突出，通過地層結構對地面質(zhì)點振動影響分析可知，樁基從強風化花崗巖地層掘進到弱風化花崗巖地層時，地面質(zhì)點的振動速度出現(xiàn)了明顯波動，產(chǎn)生了較大衰減。(3)復合地層中橋梁樁基沖擊施工時，不同沖擊能量下，地面質(zhì)點振動速度近距離范圍內(nèi)衰減較快，同一質(zhì)點豎直振動速度隨沖擊能量的增加而增加。