振動打樁機(jī)施工對房屋結(jié)構(gòu)的影響分析

摘 要：通過對施工時打樁機(jī)工作原理的分析，結(jié)合地面土層的振動分析結(jié)果，總結(jié)出了在施工時房屋結(jié)構(gòu)受到影響的幾方面的因素；在結(jié)合實(shí)例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的概括出施工振動對房屋結(jié)構(gòu)安全的影響的原則，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用實(shí)例得出施工振動對于臨近房屋結(jié)構(gòu)安全性影響原則的可行性。

關(guān)鍵詞：打樁機(jī)；振動；施工安全性；房屋

打樁機(jī)在一般的施工過程中有著重要的作用，不僅因?yàn)樗挠梅ê啽?，而且在施工過程中打樁機(jī)的貫徹效率很高，而且一般成本比較低。但是由于在施工過程中一些不了避免的因素，打樁機(jī)在施工時的振動常給附近的房屋結(jié)構(gòu)造成一定的影響，并且伴隨而來的就是不可估量的經(jīng)濟(jì)損失或者是施工的延誤，給施工方帶來很多的不便。雖然，我國法律中對于打樁機(jī)在施工過程中造成的對臨近房屋的影響以及噪音影響有一些明確的規(guī)定，但是這種施工振動對于房屋的結(jié)構(gòu)安全到底有什么樣的影響仍然缺乏科學(xué)理論的奠基，所以對于施工振動對于房屋結(jié)構(gòu)的影響的理論研究具有重要的意義。

1 分析打樁機(jī)沉樁

在對打樁機(jī)進(jìn)行分析時，一般將樁體看做均等質(zhì)量的剛體，而將土體作為樁體的彈性支撐平面，兩者組成了一個單自由度的體系，這種方法實(shí)質(zhì)上是運(yùn)用了巴爾坎提出的單自由度振動理論。

巴爾坎提出的這項(xiàng)理論體系在運(yùn)用中一般的微積分方程為：x+2nx+w2nx=p sin（wt）在對于施工振動造成影響的現(xiàn)象研究的過程中，這種震振動屬于受迫振動，所以其振幅和相位角可以分別用A和w來表示。

根據(jù)進(jìn)一步的分析，結(jié)合研究工程中做出的圖像分析可得以下結(jié)果，第一種，當(dāng)Z遠(yuǎn)大于1時，A越接近于一個定值，那么這個振動體系的振幅不再會因?yàn)橥饨绲囊蛩囟淖?，即在此種情況下，振動頻率和阻力系數(shù)不是影響振幅的因素。第二種，當(dāng)Z=1時，當(dāng)振動的振幅受到阻力的影響，此時此時A值時定值的一半；當(dāng)A值遠(yuǎn)大于第定值時，會產(chǎn)生共振的現(xiàn)象。在均衡兩種方法的利弊后，由于共振現(xiàn)象造成打樁機(jī)的參數(shù)難以測定，所以一般選用較高的振動頻率。

2 分析土體振動

在用打樁機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)的過程中，打樁機(jī)的樁是固定于土壤層中的，兩者之間存在一定的摩擦，而施工時對打樁機(jī)施加的壓迫性的振動動作，會使得打樁機(jī)在這種情況下產(chǎn)生一種穩(wěn)態(tài)振動，正是由于這種穩(wěn)態(tài)振動使得土壤微粒之間的抗剪應(yīng)力減小，使得打樁機(jī)與土壤之間的摩擦力下降。

由于打樁機(jī)與土壤之間存在的摩擦，使得樁與土壤兩者之間形成了一種協(xié)調(diào)工作的性質(zhì)，會形成施工過程中的振動，造成對周圍房屋結(jié)構(gòu)安全性的影響。而為了減小這種影響，我們需要選擇合適的打樁機(jī)進(jìn)行作業(yè)?，F(xiàn)在國內(nèi)一般采用的打樁機(jī)是電驅(qū)動式的，從樁和土體兩方面進(jìn)行考慮，一般選取轉(zhuǎn)速為800～1500r/min的打樁機(jī)。具體來說，打樁機(jī)的選擇要考慮到樁錘的重量以及阻力，一般選取的打樁機(jī)的頻率要接近土層的頻率，使打樁機(jī)受到的阻力最小且工作效率達(dá)到最高。

3 分析振動對房屋結(jié)構(gòu)的影響

3.1 反應(yīng)譜法

施工振動對附近房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響實(shí)際上是和地震對房屋產(chǎn)生的影響的原理是一樣的，地震以波形的振動傳播，而施工振動也是一同樣的方式進(jìn)行傳播，所以振動對房屋產(chǎn)生的影響不僅與振動源有關(guān)，還與房屋自身的結(jié)構(gòu)條件有關(guān)。因此，要精確的測量出振動對房屋的影響，必須要對房屋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的分析和測量?？梢圆捎谜也ǚ磻?yīng)譜法和地震影響系數(shù)曲線法來進(jìn)行測量，結(jié)合房屋的一些結(jié)構(gòu)基數(shù)確定出施工振動對于附近房屋結(jié)構(gòu)安全性的影響因素。

3.2 簡化法

用反應(yīng)譜法去測定振動對房屋產(chǎn)生的影響是一種比較權(quán)威的方法，對于振動的源頭比較容易把握，再次基礎(chǔ)上結(jié)合房屋本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以更加簡便的對于振動對臨近房屋的影響因素做出分析。

（1）峰值速度法

根據(jù)Wiss等人的研究可以知道，影響房屋破壞嚴(yán)重與否的最重要的因素是質(zhì)點(diǎn)峰值速度，而峰值速度也成為測定房屋結(jié)構(gòu)安全性的重要因素。峰值速度可以通過打樁機(jī)振動與房屋結(jié)構(gòu)的等距離的波形圖謀測定得到，當(dāng)峰值速度小于打樁機(jī)對附近房屋安全性所允許的振動速度時 ，施工振動對房屋結(jié)構(gòu)的安全性沒有影響，只有當(dāng)峰值速度超過這個值時才對附近的房屋有影響。

（2）烈度法

施工過程中所產(chǎn)生的振動速度，振動加速度以及峰值速度都可以通過振動波或者房屋的結(jié)構(gòu)測量得到，然后可以再次基礎(chǔ)上結(jié)合人的感覺確定出房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度，并將這個烈度與地震烈度表進(jìn)行對比，直接得到結(jié)論，再決定該采取什么方法進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

4 施工振動對房屋影響的原則

施工振動對附近房屋結(jié)構(gòu)安全性的影響不能只從單方面進(jìn)行鑒定，要結(jié)合房屋本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，得到比較權(quán)威的結(jié)論，再根據(jù)所得出的結(jié)論，選擇合適的方法對打樁機(jī)作業(yè)對房屋產(chǎn)生的影響進(jìn)行鑒定和進(jìn)一步的分析。

若發(fā)現(xiàn)施工振動對附近房屋結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生了一定的影響，先要對破壞程度進(jìn)行鑒定，再決定該采取什么樣的解決方法。如果附近的房屋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，首先要對施工作業(yè)進(jìn)行鑒定，看施工振動是否影響了房屋結(jié)構(gòu)，如果是的話，要施工方承擔(dān)責(zé)任；若是施工作業(yè)的振動處于正常范圍，那么房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方應(yīng)承擔(dān)責(zé)任。

5 實(shí)例

5.1 實(shí)例情況

施工過程中住宅樓出現(xiàn)如下問題：

（1）二樓外墻地面瓷磚外向斷裂；

（2）鋼筋混凝土墻面出現(xiàn)裂縫；

（3）預(yù)制板間出現(xiàn)較大的縫隙；

5.2 施工振動影響分析

首先采用了安全距離法進(jìn)行了分析，通過測量可知，兩面外墻間的距離為76m，遠(yuǎn)大于所需的安全距離，所以打樁機(jī)可以在正常范圍內(nèi)正常使用，結(jié)構(gòu)完善的房屋一般具有承受能力；接著對此進(jìn)行了驗(yàn)證，測定出打樁時不同距離的波形圖，分析可得峰值速度在允許范圍內(nèi)，所以打樁機(jī)可在正常范圍內(nèi)使用。

5.3 原因分析

從現(xiàn)場情況分析看來，住宅樓的主要問題就是出現(xiàn)大量裂縫的問題，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有以下幾點(diǎn)：一是樓層的基礎(chǔ)沒有均勻的沉淀，造成大量裂縫的出現(xiàn)；二是鋼筋混凝土與墻面的粘結(jié)不緊密，出現(xiàn)錯位現(xiàn)象；三是溫度的影響使得墻面凝固時出現(xiàn)問題產(chǎn)生裂縫。

6 結(jié)論

通過對施工振動對附近房屋結(jié)構(gòu)安全性影響的分析，可知打樁機(jī)的基本參數(shù)為振動頻率和打樁機(jī)的振幅，并且再次基礎(chǔ)上提出了測定施工振動對房屋影響的測定方法，如反應(yīng)譜法，烈度法以及峰值速度法等。通過對測定方法的研究賣進(jìn)一步提出了施工振動對附近房屋結(jié)構(gòu)安全性影響的基本原則。

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作者簡介

張文靜（1994-），女，漢族，河南開封市人，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，道路橋梁與渡河工程。