某房地產項目打樁施工的振動測試與分析

摘 要： 通過某項目打樁所產生的振動效應進行現場打樁檢測，在頻域中進行參數識別獲取結構的動力參數，并與理論計算結果進行比較分析，并根據我國現行有關規范和標準，判別打樁振動對附近建筑結構安全的影響。

關鍵詞：建筑結構；打樁施工；振動；振速

1工程概況及檢測點位布設基本情況

該項目建筑面積約236000㎡，樁基施工采用錘擊樁施工工藝（5T重錘，沖程高約2.2～2.5m），在施工過程中附近居民反映部分民居建筑受打樁施工振動影響，產生了開裂、傾斜等現象。為保障施工區域周邊民居建筑結構安全，區分打樁施工振動與民居開裂傾斜的因果關系，對該項目施工所產生的振動效應進行現場打樁檢測，并根據我國現行有關規范和標準，判別打樁振動對附近建筑結構安全的影響。

以其中的一條測線為例，現場檢測點及打樁位置分布見圖1。L30、L31、L32、L33、L34、L35和L36為測線，稱為L3測線，L30是振源位置，目的是測試或推斷在L30處用5T重鍾打樁時產生的振動對項目及周邊區域西北角方向上的影響。

每個檢測點均進行垂直向、水平徑向和水平切向三個分向振動速度量及振動頻率的檢測，檢測前分別使用手持GPS測量各振動源位置和各檢測點的經緯度，再用卷尺直接測量各檢測點與振動源的水平距離，得到了一臺HD50型打樁機施工作業時各點的實測經緯度和距離如下：

2 檢測儀器性能指標及檢測實施過程

本次檢測使用4850工程振動監測儀，該儀器系統由振動速度傳感器、4850采集記錄儀、筆記本電腦以及專用的分析處理軟件、供電系統及其它附屬設施組成，可同時測量多個分向的振動速度量及振動頻率。該型儀器性能優良，靈敏度高，是目前工程振動檢測領域使用最為廣泛的一型儀器，使用前已經過嚴格標定計量。儀器系統性能指標如下：

2.1 振動速度傳感器：

轉換靈敏度：270、600（mv/cm/s） 橫向靈敏度：10% 頻帶范圍：5-500Hz

最大位移：4mm 輸出阻抗：0.4/2.7 kΩ

2.2 4850-3型數據采集記錄儀：

放大倍數：±0.4v、±2.0v、±20v（可選） 頻帶范圍：0-40KHz

輸入阻抗：100 kΩ A/D轉換：16位 動態范圍：>90dB

采樣率：1K—200KSPS（九檔可選）

進行打樁振動檢測時，將儀器架設在預先布設好的檢測點上，打樁引起的振動由打樁點經過地下介質傳播到地面（見打樁檢測示意圖），振動傳感器檢測到振動信號后，將其轉換成電信號送入數據采集器中完成放大、采集等一系列工作。

3 打樁振動檢測數據處理及結果

由于本次測試的打樁施工工藝的特點是重錘反復擊打樁基，每次擊打都會有振動產生并向周圍傳播，所以測線上的每個檢測點均檢測到了若干組樁基施工振動數據。

現場記錄時使用的坐標系徑向（R向）是打樁點與測點連線方向；切向（T向） 是垂直于打樁點與測點連線方向；垂直向（Z向） 是垂直于地面方向。首先選用5k5s0.1cm/s的參數，若打完第一根樁較遠點沒有觸發記錄時，則從第二根樁開始較遠的檢測點選5k5s0.05cm/s的參數。

為便于分析且直觀形象，我們以每條測線開始打樁的時刻為時間零點按觸發的時間順序描繪各檢測點的速度時程曲線圖（以L31測點為例），如圖3所示。

圖3 L3測線上L31測點速度時程曲線[0.001m/s觸發值]

測線上各檢測點在垂直向（Z）、徑向（R）、切向（T）上測得的振速、主頻見表2 。

注：垂直向（Z）：垂直于地面方向；徑向（R）：打樁點與測點連線方向；切向（T）：垂直于打樁點與測點連線方向。

從檢測結果可知：L3測線上距振動源最近的地面上的檢測點L31的振動速率分別是0.3105 cm/s、0.9969 cm/s和0.1317 cm/s，主頻為12.9534～18.7970 Hz，傳到距振動源最近的建筑物處L33檢測點的振動速率分別是0.0833cm/s、0.0400 cm/s和0.0489 cm/s，主頻在12.8205～13.2979 Hz間，傳到距振動源最遠的建筑物處L36檢測點的振動速率分別是0.0631cm/s、0.0232 cm/s和0.0205 cm/s，主頻在10.3734～17.1233 Hz間。打樁引起的振動頻率大概在2～20Hz范圍內，本次測試得到的主頻（5.2192～18.7970Hz）也在這個范圍內，這頻段與周邊的建筑物（或地基土）的自振特征頻率較近易產生共振。如：在L32測點的R向上測得比其較近的L31的R分向上的振幅高出了近2倍。

4 檢測結果分析評估

本次檢測結果評估依據國家標準《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2008）和《爆破安全規程》（GB6722-2003）中的相關規定執行。若檢測出的結果超過此標準，則說明打樁產生的振動對打樁區域周圍的建筑結構產生了影響；若檢測出的結果不超過此標準，則說明本次打樁產生的振動對打樁區域周圍的建筑結構不會產生影響。

此外，按經驗關系推測出的某條測線上，各方向的經驗值中的最大值不超過標準時，認為經驗上安全；各方向的經驗值中的最大值超過標準時認為經驗上不安全；介于經驗上安全與不安全的距離稱為安全距離（一般情況下，小于安全距離為不安全，大于安全距離為安全）。

表3：《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2008）部分內容摘要

《爆破安全規程》（GB6722-2003）要求一般建筑物和構筑物的爆破地震安全性應滿足安全振動速度，主要類型的建（構）筑物地面質點的安全振動速度規定如下：

本次需要進行檢測的打樁區域周圍的建筑結構有土坯建筑、有磚房和部分鋼筋混凝土框架等，按照“就低不就高”取安全允許振速的原則，選定《爆破安全規程》規定的1、2和3類（含準3類，即：高于2類但又略低于3類）結構作為控制標準，分別取0.7cm/s、2.3cm/s和3cm/s。但根據該工地的實際情況，還必對下列因素加以考慮：

4.1 樁基施工區域周圍的住宅建筑沒有經過詳細的安全抗震設計，多數民居建筑的地基采用天然基礎；

4.2 該施工場地的樁基施工是一個重復持續的過程，振動效應的累積疊加可能導致較小的振速產生較大的地震效應；

4.3 關于振動迭加的問題

打樁產生的振動可以看作是瞬態沖擊荷載造成的隨時間而衰減的地面振動。由于相鄰兩次錘擊的間隔時間與地面振動衰減時間相比較長，所以相鄰兩次單臺HD50型打樁機施工作業時一般不會產生明顯的振動能量迭加的現象。但是如果同時有數臺這樣的打樁機施工作業時，可能會有振動能量迭加的現象發生，這時根據振動傳播的特征，可按同時作業的打樁機臺數乘以單臺在測試點的最大振動速率來估計最壞情況下的最大振動速率。

5 結束語

根據控制標準的規定，結合本次檢測數據，對于該房地產項目在樁基施工而言，L3方向多數是3類或準3類（即高于2類但又略低于3類）建筑。各檢測點中的最大振速為1.15428cm/s，超過1類建筑的安全允許振速，但仍小于2類建筑的安全允許振速2.3cm/s；次最大振速為0.9969cm/s接近1類建筑的安全允許振速外。其它檢測點未檢測到2類和3類建筑結構產生影響的振動。據經驗關系演算顯示：該測線上單臺HD50型打樁機施工作業時，產生的振動傳到31m后，對不發生共振的1類建筑物經驗上安全；但若存在共振現象對1類建筑物75m后經驗上安全，對2類建筑47m后經驗上安全，對3類建筑45m后經驗上安全。

鑒于打樁振動受實際的施工參數、樁所處的地質環境、傳播途中的地質地貌環境和測試儀器所在處的地質環境等因素的影響，比較復雜，因此本文僅對該項目本次實際所測數據進行分析，且在對應測線上具有一定的參考價值，若在施工參數改變或是位置改變的情況下，與實際情形不一致時，應當與實際結果為準。

參考文獻：

[1] GB/T 17742-2008，中國地震烈度表[S].

[2] GB/T GB6722-2003， 爆破安全規程[S].

[3]吳小波.某框架結構辦公樓的動力特性測試與分析[J].福建建設科技，2005，5：29-30