高层建筑打桩对建筑物的振动影响

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1引言

近年来，我国城市建设不断加快，为了缓解建设用地匮乏的问题，建筑工程在不断向高层化方向发展。而高层建筑大多采用桩基结构来控制地基沉降，以增强建筑基础结构的承载能力。钢管桩、混凝土预制桩以及PHC管桩等是目前在高层建筑施工中比较常用的桩基形式，在预制桩的施工时大多需要通过机械振动方式来进行打桩施工。桩锤在作业过程中不仅会对桩体本身产生较大的冲击，而且对土体所产生的振动还会通过弹性波形式扩散传播到周围建筑结构上，影响周边建筑结构的稳定性和安全性，带来较大的安全隐患，因此在施工过程中要充分了解打桩对周边建筑的具体影响，并采取有效的防治措施。

2高层建筑打桩对周围建筑物的振动影响分析

目前，在高层建筑打桩施工中主要采用的是柴油打桩机等设备，此类设备的频域一般在20~30Hz，这一频域和大多数建筑物所具有的固有频率间存在较大的差异，因此引起共振影响的概率较小。同时，打桩施工中的振动能量基本在300kN/m以内，由于与打桩施工时捶打间隔时间相比，振动持续时长较短，这使得打桩施工中的振动能量不能形成叠加效果。在实际打桩施工中，桩端是振动波源比较集中的区域。而随着桩尖入土的深度变化，振源深度也会产生相应的改变，同时振源频率和振动衰减等参数也会产生一定的改变[1]。高层建筑打桩施工时所产生的振动作用对周围建筑物的影响程度大小主要与打桩机桩锤的不同锤击频率、能量，施工现场的土体特点、建筑物结构特点以及与打桩施工现场之间的间距等参数密切相关。通过对打桩施工实践经验的总结发现，振动时间一般在0.4~1s，而随着打桩点与建筑物之间距离的增加，加速度幅值以及影响程度会逐步减弱。同时，打桩振动主要是在地表进行传递扩散，当与打桩点之间的距离达到50m时，振动影响已经衰减到环境振动标准允许的范围内，而当建筑物与打桩点之间的距离达到100m时，振动影响往往已经无法被目前的标准振动测量仪器所测得，对周围建筑的影响可以忽略不计。当振动波通过土体进行传导时，如果土体比较松散或者存在断层时，振动波会出现比较明显的衰减，相反如果土体比较密实坚硬且土质均匀时，振动波的衰减效果则相对较小。这主要是由于当在饱和软黏土地基上进行打桩施工时，桩锤可以利用质量以及桩体自重来将桩体压入土体，即使需要进行捶打，冲击也相对较轻，因此，振动波会产生明显的衰减，对周围建筑的影响程度也就相对较低。而当对硬土层以及持力层进行打桩施工时，由于土体比较坚硬且密实度较高，难以将桩体打入，因此需要连续利用桩锤进行重击捶打，此时振动波的衰减不明显，因此，会对周围建筑产生较大的振动影响，从而造成建筑结构出现裂缝等安全隐患问题。此外，高层建筑打桩施工中所产生的振动作用还会造成周边土体出现沉降不均匀的现象，导致周边建筑基础出现结构失稳，影响建筑结构整体的安全性和稳定性[2]。

3防治高层建筑打桩对周围建筑物振动影响的有效对策

3.1合理选择防震隔震方式。目前，在防治高层建筑打桩对周围建筑物的振动影响时，主要是通过设置隔震沟或桩屏蔽设施，以及优化桩型结构等方式来达到防治目的。施工单位对比较容易受到打桩振动影响的建筑可以采取设置防振沟的方式来进行防治，这种方式主要是通过阻断打桩施工时振动波传播路径的方式来有效控制建筑周围土体出现的位移问题，从而降低了打桩振动对建筑结构的影响程度。同时，施工单位还应与相关建筑的管理部门加强沟通协调，对于建筑内设有精密仪器仪表的，应协助对相关设备采取有效的隔振保护措施，并要及时向建筑管理部门通报打桩振动的主要频域范围，以便对保护对象采取频率干扰措施，避免振动波与固有频率产生共振现象。在打桩振动防治实践中发现，邻近隔震沟建筑的振动影响控制效果比较理想，而与隔震沟距离相对较远建筑的振动影响控制效果则相对较差。同时，隔震沟主要适用于隔振高频能量的传播，对于低频能量传播的隔振效果也比较有效。隔震沟的长度、深度以及其与振源之间的间距等参数将直接关系到有效屏蔽区域的范围。此外，在隔震沟施工中应选择换填粉煤灰或者砂砾等波阻抗差异比较明显的不同介质材料。防治高层建筑打桩对周围建筑物的振动影响时还可以采用桩屏蔽等方式。根据打桩施工的实际情况，施工单位可以选择板桩、单排桩以及多排布桩等桩屏蔽形式，同时，还应合理控制桩间距、桩长、入射角以及波长等参数，以提高振动屏蔽的效果。3.2在打桩施工中要合理选择打桩施工方式。在高层建筑打桩时，施工单位应根据施工现场的实际情况来确定施工的顺序。例如，在比较空旷的施工现场打桩时，应从中央位置开始，逐步向周围推进，这样可以提高打桩施工的效率，并减少打桩振动产生的挤土效应等问题，降低对周边建筑结构的振动影响。对于范围较大的施工现场应采用跳打施工方式，以有效控制周围建筑结构的沉降不均匀的问题，从而达到避免建筑倾斜的目的。而对于面积较小的施工区域则应采取间隔打桩的施工方式，以防止土体所产生侧向挤压力而影响周围建筑结构的稳定性。需要对打桩点两侧进行保护的施工区域则应采取两边跳打的施工工艺。此外，在打桩施工中应采用重锤轻击的捶打方式，以降低打桩产生的振动影响[3]。3.3在打桩施工中要合理控制打桩速率。在高层建筑打桩时，施工单位应严格控制打桩机的锤击速率，打桩应保持匀速，防止出现突然加振变速的情况，以便土层有充分的时间来恢复强度，从而防止周围土体在连续振动作用下出现结构疲劳或者沉降不均匀的问题，影响建筑结构的安全性和稳固性。3.4对打桩振动要进行动态观测监督。施工单位在高层建筑打桩施工过程中应合理设置观测点，加强对周边建筑结构的位移或变形情况的观测控制。特别是当施工现场为软土土层时，由于在打桩施工中会产生低频振动，与振源间距较远的位置会形成与建筑物固有频率比较接近的小幅值振动，更加容易引发共振等问题，因此，要积极应用先进的信息化监测设备，及时准确地掌握振动影响的实际情况。3.5优化高层建筑桩型选择。在高层建筑的基础工程施工中，应根据工程的实际情况选择钻孔灌注桩、静力压桩以及内击沉管桩等施工工艺，减少桩基施工所产生的振动影响，以确保周围建筑物的安全。

4结语

在高层建筑打桩施工中会对周围建筑物产生振动影响，而影响的实际程度与高层建筑施工现场的地质特点、周边既有建筑与施工现场之间的距离、打桩数量以及桩间距离等因素密切相关。为了有效降低打桩施工的不利影响，施工单位应对各种相关因素进行充分的考虑，合理确定桩基形式和打桩施工方案，科学确定打桩施工顺序，并严格控制相关的工艺标准，同时在打桩施工过程中要加强对周边建筑沉降或位移情况的监测，从而保证周边建筑的结构安全，为高层建筑的施工建设创造有利环境，促进我国建筑行业的健康发展。

【参考文献】

【1】秦前波,王军,庄诗鸿,等.在基坑内打桩对周边地面影响分析[J].广东土木与建筑,2018,25(6):1-3.

【2】董军锋,张旻,雷波.打桩振动对相邻建筑影响的测试与分析[J].武汉大学学报(工学版),2015,48(3):397-401.

【3】方华建,蒋军.打桩振动对周围建筑物位移影响研究[J].低温建筑技术,2012,34(5):100-102.

作者:杨守斌 单位:山东正元建设工程有限责任公司