樁基施工對周邊房屋振動影響分析與研究

唐成

（湖南云天工程檢測有限公司，湖南 長沙410000）

隨著經濟的高速發展，工程建設的數量和規模日益增長，作為工程的基礎形式之一，樁基的應用也越來越頻繁。同時，由于樁基施工在土體中產生彈性波而引起周邊房建結構的振動，特別是在建筑物密集區域、深基坑及周邊老舊房屋等多重因素的影響下，樁基施工對周邊房屋振動成為一個尤其需要重視和解決的問題。

現階段，對樁基施工時引起周邊房屋振動的監測是采用科學的實施方案現場采集振動數據，并對實測數據進行分析和判斷，實現數據的具象化、直觀化，是化解建設方和周邊房屋住戶矛盾的重要科學方法，因此，研究樁基施工對周邊房屋的振動，對保證樁基施工過程中周邊房屋的安全性將具有十分重要意義。

鑒于此，本文以國家級重點工程湖南中醫藥大學第一附屬醫院中醫藥傳承創新工程建設項目為研究對象，在結合樁基施工方案的基礎上，編制符合實際的振動監測方案，建立現場監測布點，在樁基施工過程中周邊房屋振動對結構動態響應進行分析研究，以得出有益的結論，為后續該類型的設計、監測及管理提供參考和借鑒。

1 工程簡介

湖南中醫藥大學第一附屬醫院中醫藥傳承創新工程位于長沙市雨花區韶山中路95 號湖南中醫藥大學第一附屬醫院內，項目建筑高度99.8 米，地下26 層，地下3 層，框架結構，總建筑面積65618.84 平方米。樁基采用長螺旋鉆孔灌注樁，樁端持力層為中風化泥質粉砂巖⑦，樁端承載力特征值為3500kPa，基坑大體呈矩形，長約100m，寬約40m，基坑深度為12.35～13.20m，該工程現場情況如圖1 所示。

圖1 樁基施工現場概貌圖

根據勘察報告，在基坑深度范圍內，基坑影響范圍內地層特性自上而下分述如下：

雜填土①厚度：0.50～5.3m，平均2.09m；粉質黏土②，厚度：2.10～7.00m，平均5.13m；礫砂③，厚度：3.40～7.30m，平均5.19m；卵石④，厚度：2.90～6.70m，平均4.69m；粉質粘土⑤，厚度：1.00～3.50m，平均1.87m；強風化泥質粉砂巖⑥，厚度：2.50～6.80m，平均4.84m；以下土層為中風化泥質粉砂巖⑦（未鉆穿）。

圖2 樁基施工周邊現場平面圖

基坑西距中醫臨床科研大樓（26F，3 層地下室，人工挖孔樁基礎）約16～19m，北側距醫技樓（6～7F，整板基礎）最小距離約7.8m；東南側行政樓場地（7F，獨立柱基）高于擬建場地約4m，擬采用擋土墻支護該部分高差，基坑與行政樓最小距離約8.6m，基坑與距擋土墻最小距離2.9m；東側距磚房（2～3F，條形基礎）最小約4m。

本次監測樁基施工振動對周邊房屋的影響監測時間節點為樁基長螺旋旋挖施工過程中，具體工作內容為各監測點振動頻率、振動波速等動力參數采集。

2 振動監測原理、方法及設備

樁基施工對周圍建筑物振動的影響可通過對周邊房屋的動態響應特性參數（如振幅、波速、頻率等）來確定影響等級和影響范圍，并以此來評價該過程對周圍建筑物的影響大小。在實際操作中，根據我們測試對象及測試目的，一般采用磁電速度傳感器、壓電加速度傳感器、測振儀、電荷放大器、示波器、信號分析儀、頻率計等測試儀器測量對應的數據，并對數據進行記錄、分析。在實際測試現場，若被影響建筑物能夠進入不知測點，可采取單點直接在相應位置測試；若被影響建筑物場地不方便進入布置測點，可采用多點測試法，根據各測點的振動記錄波形圖、數值等，按照同間距比例進行標繪，依據地面振動波衰減規律可得到一條衰減曲線。根據曲線可得到場地的實際衰減規律，由此可計算推斷毗鄰建筑物在地表的速度、振幅、加速度等振動特性參數。操作中要注意以下幾點：

（1）測試儀器位移檢定期間內。

（2）單點測試通常測點直接布置于被測構筑物表面，測出相應幅值，方便快捷。

（3）多點測試主要用于研究周邊結構物的衰減特性，測點布置成直線排列，測點間隔根據地質、結構物、地形條件而定。

圖3 振動監測現場

在對地基土振動特性參數測試的同時，可現場記錄人在房屋結構內的感覺，包括振動量、噪音、有無掉灰等，來判別保護對象在樁基施工過程中的受影響程度，也可對房屋結構原有裂縫進行實時觀測，查看長度、寬度值是否有增加等。以上方法均可做為振動影響分析的一種輔助判定方法。

3 振動監測評價標準

3.1 峰值速度法

根據《爆破安全規程》(GB6722-2014)規定：“地面建筑物的爆破振動判據，采用保護對象所在地質點峰值振動速度和主振頻率”，安全允許標準見表1。

表1 震（振）動安全允許標準

根據《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)第8.0.2 條規定：“當采用錘擊和振動法打樁、振沖法處理地基時，打樁、振沖等基礎施工對建筑結構影響在時域范圍內的容許振動值，宜按表8.0.2-1 的規定確定”，該表即表2。

表2 打樁、振沖等基礎施工對建筑結構影響在時域范圍內的容許振動值

3.2 烈度法

根據《中國地震烈度表》(GB/T 17742-2008)規定，在實測保護對象所在地質點峰值振動速度和主振頻率的基礎上，然后結合現場測試人員的自身感受與房屋震動程度定性地按地震烈度表確定房屋震動烈度，將此烈度與房屋結構的設防烈度作對比，如果房屋震動烈度比房屋結構的設防烈度小，可預估振動樁施工對鄰近房屋結構的安全性影響較小；但當房屋震動烈度大于設防烈度時，則應采用進一步的方法如反應譜法分析其影響。

4 監測點布置

布置在距振動源（樁基）最近處房屋屋面板樓頂上，水平距離51m，采用耦合劑聯接，采用三向拾振器，水平向拾震器方向與水平振動波方向一致，量取與振源距離。

5 監測成果及評價

本樁基工程采用長螺旋鉆孔壓灌法施工，通過長螺旋對土層產生沖擊從而形成激勵，測試震動源的振動響應。現振動監測階段施工過程為旋挖施工階段。

房屋振動監測結果與分析：監測點時域波形分析圖如圖4所示，監測幅度值分析圖如圖5 所示，監測相位譜分析圖如圖6所示，矢量合成分析圖如圖7 所示，結果統計表見表3 所示。

圖7 金科園6#棟測點矢量合成分析圖

圖6 金科園6#棟測點監測相位譜分析圖

圖5 金科園6#棟測點監測幅度譜分析圖

從表3 所知，震源監測點土層質點的垂直向振動速度最大為0.164mm/s，水平向振動速度最大為0.155mm/s，振動頻率豎向為96.6Hz，水平為68.3Hz。

根據《爆破安全規程》（GB6722-2014），各震源監測點的最大振動速度小于規定的安全允許標準值2.5～3.0cm/s。

根據《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)，各震源監測點的最大振動速度小于規定的安全允許標準值6.0mm/s。

6 結論

本次監測階段施工過程為長螺旋旋挖施工階段，監測位置為房屋頂層樓面，分析結果表明：

（1）震源振動頻率比附近房屋結構的自振頻率高，故附近房屋不會出現共振現象。

（2）房屋頂層樓面監測最大振動速度均小于《爆破安全規程》(GB6722-2014)和《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013) 規定的安全允許標準值。

（3） 根據《中國地震烈度表》(GB/T 17742-2008)規定，結合人在監測房屋內的感覺評估：金科園6#棟房屋的震動烈度為II 度，小于Ⅴ度。

建議在樁基施工期間加強對該批房屋的動態監測，同時采取必要的減震措施，具體建議如下：

（1）樁基施工時應嚴格按照設計施工工藝和工序進行，如欲更改，應經設計單位論證后再實施，減少施工帶來的風險。

（2）本次監測階段施工過程為長螺旋旋挖施工階段，后續鋼筋籠安置和砼澆灌施工過程中，也應采取必要的減震措施。

（3）針對有嚴重缺陷的房屋，尤其是仍住有居民的房屋，應在樁基施工的時候對該類型房屋進行全程不間斷監測（裂縫、沉降和位移等），如有必要，應采取相應的防范措施，確保房屋安全。