排樁隔振試驗分析★

陳大印 馮志平

(溫州大學建筑與土木工程學院，浙江溫州 325005)

1 概況

隨著經濟的快速發展，生活、生產中產生的振動日益嚴重起來，公路交通、重工業的振動機器和施工活動等引起的振動，可導致臨近振動敏感的精密儀表、設備和建筑物等產生擾動，對工程建設、精密測量和人們日常生活都有不可磨滅的影響，對環境的影響也不容小覷，國際上已經將振動列為七大公害之一，因此隔振減振研究意義重大。20世紀60年代以來，國內外很多研究人員對于屏障隔振做過一些研究。Klein及其他先驅通過三維頻域邊界單元法研究表明空溝深度是其隔振的主要影響因素。由于空溝僅適用于較小的波長，一般要取得好效果就要付出很大的經濟代價。Klein用有限元法對高架橋路沿線的隔振管樁進行了測試，測試結果表明在距離震源25 m的情況下，管樁可以減少地面上下振動水平5 dB。在Karlstrom的列車實驗中表明了空溝對低頻率振動波有一定的削弱作用。高廣運以SH波的三效應為出發點，運用了新的設計方法，突破了Woods等前輩的結論，成功證明了非連續屏障良好的隔振效果。而在Murillo的屏障隔振縮尺離心模型試驗中，可以看到屏障深度才是其隔振效果的主要影響因素，至于寬度的影響只局限于淺深度及低頻率，在與之對立的情況下，其影響可以忽略不計。

以上的研究主要考慮的是單向彈性土體中的屏障的隔振效果，但對于實際工程中遇到的軟土中排樁的隔振效果，本文是基于實體樁現場測試試驗基礎上，通過試驗測得的數據進行一系列的數據處理圖像分析，理論對比來得出一些結論，探討不同直徑的樁、不同頻率的振動波及實心、空心樁的不同組合的隔振效果。

2 模型試驗

本實驗室在尺寸為3.5 m×5.5 m×1.2 m的模型槽中進行，為了最大限度減少邊界效應，側壁由內而外分別由1層4 cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板、防水層、鋼筋混凝土外圍構成，底部墊有1層4 cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板。模型槽內還要填充一定高度的沙土，實驗所用沙土是溫州常見的河沙，經曬干、篩分后分層回填壓實，然后測定其物理力學指標。所需的模型樁尺寸為75 mm，樁的長度分別為1.2 m。試驗需要用到的主要儀器有VC2002函數信號發生器，JZ-5激振器，GF75W功率放大器，動態分析測試系統，動態信號分析測試儀，加速度傳感器。

自由場與單排樁的測試與分析。為了體現排樁的隔振效果，首先要對無任何屏障情況下的自由場進行振動影響的測試，而后進行不同直徑排樁的測試，本次對比試驗采用的是75 mm樁，測點布置如圖1所示。

圖1 測點分布簡圖

2.1 單排樁和雙排樁在三角波影響下的對比

單排樁和雙排樁情況下，三種頻率三角波影響的情況，從兩個方向作對比，來討論單排樁和雙排樁的隔振效果，根據圖像所統計的最大速度值(mm/s)分別以不同列測點畫三幅圖像，見圖2～圖4。

圖2 5 Hz下的最大速度值

圖3 50 Hz下的最大速度值

圖4 20 Hz下的最大速度值

從圖2～圖4中可以看出:測點9～16在20 Hz情況下，雙排樁的最大速度值低于單排樁的最大速度值，5 Hz時大部分低于單排樁，50 Hz時對比效果不明顯，故在三角波作用下，雙排樁Y方向的隔振效果優于單排樁;在Z方向不同頻率波的作用下，單排樁和雙排樁隔振效果對比不明顯，雙排樁的隔振效果沒有明顯的優于單排樁。

2.2 單排樁和雙排樁在正弦波影響下的對比

單排樁和雙排樁情況下，三種頻率正弦波影響的情況，從兩個方向作對比，來討論單排樁和雙排樁的隔振效果，根據圖像所統計的最大速度值(mm/s)分別以不同列測點畫三幅圖像，見圖5～圖7。

從圖5～圖7中可以看出:在三種不同頻率的正弦波的作用下，測點1～8，在頻率為20 Hz和50 Hz時，雙排樁各測點最大速度值均小于單排樁最大速度值，即雙排樁的隔振效果優于單排樁;在5 Hz時，測點1～8雙排樁和單排樁隔振效果對比不明顯。測點9～16在頻率為20 Hz和50 Hz時，雙排樁各測點最大速度值亦是均小于單排樁最大速度值，即雙排樁的隔振效果在此頻率下優于單排樁;在5 Hz時，測點9～16雙排樁和單排樁隔振效果對比不明顯。單排樁和雙排樁的最大速度值均是隨測點距離震源越遠而逐漸變小的，在測點2～7，最大速度值趨于穩定，變化很小;測點9～16也是如此。故在正弦波作用下，雙排樁Y，Z方向的隔振效果優于單排樁，不過效果不太明顯。

圖5 單排樁和雙排樁在5 Hz下的最大速度值

圖6 單排樁和雙排樁在20 Hz下的最大速度值

圖7 單排樁和雙排樁在50 Hz下的最大速度值

3 結語

排樁作為非連續屏障隔振中的一種，給工程實踐帶來便利同時也有較好的經濟效益。它通過干涉振動波能的傳遞來達到隔振的效果。排樁模型試驗研究的完善，將會使軌道交通、建筑物、施工場地等隔振減振方面有著重要的指導意義。本文通過室內試驗和數據分析得出了如下的結論:

1)通過設置排樁，可以減小場地振動的速度值，讓場地更趨于穩定，排樁可以有效地阻隔震源引起的震動。

2)如果振動場地多發生縱向震動時，宜采用雙排樁，雙排樁可以有效地阻隔縱向振動波的傳播，減小振動產生的危害。如果多發生豎向震動時，宜采用單排樁，單排樁經濟適用，并且其隔振效果相對于雙排樁相差不大，單排樁對豎向波的傳播有顯著地阻隔效果，總體來說，雙排樁對隔振效果沒有明顯的影響。

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