建筑基础与底层墙柱
面向施工一侧的基础和底层承重构件是主要测点,测三向振动,反映建筑受到的输入。
打桩和地基处理的振动特点由工艺决定,监测设置和评价方法也要随之变化。冲击类工艺要捕捉每一次冲击的峰值和波形,持续激振类工艺要关注稳定运行时的振动和启停过程,二者不能用同一套触发和记录设置简单处理。
| 工艺 | 振动形式 | 频率特点 | 监测关注 |
|---|---|---|---|
| 锤击桩 | 每击一次冲击,重复次数多 | 频带较宽,随土层和桩的入土深度变化 | 逐击记录峰值,桩端进入较硬土层或遇障碍时振动往往增大 |
| 振动沉桩 | 振动锤持续激振,伴随启动和停止过程 | 稳定运行时集中在振动锤工作频率,启停时扫过较低频率 | 启停瞬间可能激起土层和建筑共振,要单独记录 |
| 强夯 | 重锤落地产生单次大冲击,按夯点和遍数重复 | 以较低频率为主,地表波成分突出 | 影响距离大,逐点逐遍记录,关注满夯与点夯的差别 |
| 振动压实 | 压路机行进中持续激振,振源位置不断移动 | 集中在压路机的激振频率 | 近距离经过时振动最大,地基压实变硬后碾压轮可能跳动,振动变得不规则 |
| 静压桩与钻孔成桩 | 振动较小,以设备运行和车辆为主 | 以设备和车辆频率为主 | 振动问题较少,但静压预制桩的挤土效应需要另行监测 |
打桩和强夯的振动通过土体以体波和地表波的形式传播。对于在地表或浅层作用的振源,地表附近的振动能量以地表波为主,它随距离衰减比体波慢,所以远处地面感受到的主要是地表波。衰减来自两部分:一是能量随传播范围扩大而分散的几何衰减,二是土体内部的材料阻尼。材料阻尼对高频成分作用更明显,因此距离越远,振动中的低频成分所占比重越大。
土层条件会显著改变衰减规律。软土覆盖在较硬土层或基岩之上时,振动可能在某些频率被放大;地下水位、地下障碍物、既有地下室和管沟也会改变振动传播。同一工艺在不同场地、甚至同一场地的不同区域,振动随距离的变化都可能不同。因此衰减关系应在现场实测确定,不宜直接套用其他场地的经验。
建筑对地面振动的响应还取决于自身的动力特性。振动传到建筑基础时会有一定的耦合损失,但如果振动主频接近建筑或楼板的固有频率,上部楼层的响应可能比地面更大。低频成分突出的强夯振动,更容易与低矮砌体房屋和楼板的频率接近,这也是强夯影响范围通常较大的原因之一。
试验段测试是打桩和强夯振动控制中最有价值的一步。它用实测数据回答两个问题:在这块场地上,这种工艺、这种参数产生的振动随距离怎样衰减;离保护对象多远时,振动能满足控制要求。
正式施工中土层变化、桩长增加或参数调整后,衰减关系可能改变,应结合施工期监测数据持续校核。
打桩和强夯对周边的影响,除了振动本身,还常伴随土体变形。静压和锤击预制桩会把土体挤向四周,引起地面隆起和侧向位移;饱和软土中的孔隙水压力上升,还会在一段时间后引起沉降。在饱和松散砂土中,持续振动还可能使土体密实而产生沉降。这些变形对周边建筑和管线的影响有时比振动更直接,但振动监测测不到它们,需要配合变形、沉降、孔隙水压力和管线位移监测。
地下管线对振动和变形都敏感,老旧铸铁管、承插接口和小管径燃气管尤其需要关注。管线测点通常布置在管线正上方地面或检查井内,测量方向按管线走向确定。重要管线应事先与权属单位确认位置和保护要求,必要时由权属单位派人到场。
面向施工一侧的基础和底层承重构件是主要测点,测三向振动,反映建筑受到的输入。
整体性和抗拉能力较弱,已有裂缝的部位需要重点关注,宜与裂缝观测同步进行。
关注接口和老旧管段,测点在管线上方或检查井内,同时考虑土体变形的影响。
振动可能降低土体稳定性,与变形监测配合,发现异常及时调整施工。
对振动的要求远严于建筑保护,影响距离更大,需要按设备或使用要求单独评价。
场内邻近的新浇筑结构处于养护期时,应控制近距离强振动作业。
监测结果接近控制要求时,可以从振源、距离和路径三方面调整。下表列出常用措施,选择时要同时考虑地基处理效果和桩基质量,不能为了减振而让工程质量达不到设计要求,参数调整应经设计单位确认。
| 措施 | 作用原理 | 适用情况 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
| 降低单击能量或落距 | 减小每次冲击输入土体的能量 | 锤击桩和强夯靠近保护对象时 | 可能需要增加击数或遍数,须确认地基处理效果 |
| 引孔或预钻 | 减小桩穿过上部硬层时的阻力和冲击 | 上部有硬夹层或障碍物的场地 | 引孔深度和孔径由设计确定 |
| 改用低振动工艺 | 用静压、钻孔或旋挖成桩代替锤击 | 离保护对象很近、锤击难以满足要求 | 静压预制桩仍有挤土效应,需配合变形监测 |
| 选用高频或可调偏心力矩振动锤 | 工作频率更高,启停时不经过低频大振幅状态 | 振动沉桩启停时周边共振明显 | 需要与桩型和土层条件匹配 |
| 分区、分遍和调整施工顺序 | 先远后近,根据监测结果逐步接近保护对象 | 强夯和大面积打桩 | 顺序安排还要兼顾挤土方向和工期 |
| 设置隔振沟或减振孔 | 在传播路径上阻断或削弱地表波 | 振源方向明确,振动以较高频率为主 | 深度不足时对低频地表波效果有限,注意沟壁稳定 |
| 压路机近处改为静压或低振幅 | 减小激振力 | 振动压实靠近建筑和管线时 | 需要确认压实质量 |
打桩和强夯的监测结果,最有用的展示方式是峰值随距离和随施工进程变化的图表。随距离的变化反映衰减规律,可用来校核试验段得到的安全距离;随施工进程的变化反映桩的入土深度、土层变化和参数调整的影响。如果振动在同等距离和参数下明显上升,往往说明遇到了硬土层、障碍物或参数发生了变化,需要及时查明。
评价时将各测点的峰值和主频,按相关标准、设计要求或各方约定的控制值进行对照。建筑影响的控制要求通常与振动频率有关,同样的峰值在低频和高频下的意义不同,所以不能只看峰值。对于击数很多、持续时间很长的工程,即使单次振动不高,也宜结合建筑现状巡查观察累积影响。监测结果说明的是振动水平及其与施工的关系,建筑是否受损需要通过现状调查对比和结构专业判断。
现场测试由北京团队的工程师带仪器完成;测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的,可以与失效分析一并安排。
没有通用的距离。振动影响取决于工艺、能量、土层条件和建筑本身状况,同样的工艺在不同场地衰减差别很大。可靠的做法是在试桩或试夯阶段实测衰减关系,再结合控制要求确定安全距离。
振动锤启停时工作频率从零升到额定值或从额定值降到零,中间会经过较低的频率,可能与土层或建筑的固有频率接近而引起共振。选用高频或可调偏心力矩的振动锤,可以减少启停过程中的低频大振幅。
强夯单次冲击能量很大,振动以较低频率的地表波为主,低频成分随距离衰减较慢,而且更容易与低矮建筑和楼板的固有频率接近,因此影响距离通常比一般打桩更远。
静压桩振动明显较小,但预制桩压入时会把土体挤向四周,引起地面隆起、侧向位移和后期沉降,对周边建筑和管线仍可能有影响,需要配合变形、沉降和孔隙水压力监测,并采取应力释放孔等措施。
振动数据能说明施工期间建筑受到的振动大小、频率和对应作业,但裂缝成因还可能与土体变形、沉降、温度和原有裂缝有关。判断需要结合施工前现状调查、变形监测和结构专业分析,不能仅凭振动数据下结论。