振動打樁機施工對房屋結構的影響分析

摘 要：通過對施工時打樁機工作原理的分析，結合地面土層的振動分析結果，總結出了在施工時房屋結構受到影響的幾方面的因素；在結合實例的基礎上，進一步的概括出施工振動對房屋結構安全的影響的原則，在此基礎上，運用實例得出施工振動對于臨近房屋結構安全性影響原則的可行性。

關鍵詞：打樁機；振動；施工安全性；房屋

打樁機在一般的施工過程中有著重要的作用，不僅因為它的用法簡便，而且在施工過程中打樁機的貫徹效率很高，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，打樁機在施工時的振動常給附近的房屋結構造成一定的影響，并且伴隨而來的就是不可估量的經濟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定，但是這種施工振動對于房屋的結構安全到底有什么樣的影響仍然缺乏科學理論的奠基，所以對于施工振動對于房屋結構的影響的理論研究具有重要的意義。

1 分析打樁機沉樁

在對打樁機進行分析時，一般將樁體看做均等質量的剛體，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，這種方法實質上是運用了巴爾坎提出的單自由度振動理論。

巴爾坎提出的這項理論體系在運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。

根據進一步的分析，結合研究工程中做出的圖像分析可得以下結果，第一種，當Z遠大于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為外界的因素而改變，即在此種情況下，振動頻率和阻力系數不是影響振幅的因素。第二種，當Z=1時，當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A值遠大于第定值時，會產生共振的現象。在均衡兩種方法的利弊后，由于共振現象造成打樁機的參數難以測定，所以一般選用較高的振動頻率。

2 分析土體振動

在用打樁機進行施工作業的過程中，打樁機的樁是固定于土壤層中的，兩者之間存在一定的摩擦，而施工時對打樁機施加的壓迫性的振動動作，會使得打樁機在這種情況下產生一種穩態振動，正是由于這種穩態振動使得土壤微粒之間的抗剪應力減小，使得打樁機與土壤之間的摩擦力下降。

由于打樁機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調工作的性質，會形成施工過程中的振動，造成對周圍房屋結構安全性的影響。而為了減小這種影響，我們需要選擇合適的打樁機進行作業。現在國內一般采用的打樁機是電驅動式的，從樁和土體兩方面進行考慮，一般選取轉速為800～1500r/min的打樁機。具體來說，打樁機的選擇要考慮到樁錘的重量以及阻力，一般選取的打樁機的頻率要接近土層的頻率，使打樁機受到的阻力最小且工作效率達到最高。

3 分析振動對房屋結構的影響

3.1 反應譜法

施工振動對附近房屋結構產生的影響實際上是和地震對房屋產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行傳播，所以振動對房屋產生的影響不僅與振動源有關，還與房屋自身的結構條件有關。因此，要精確的測量出振動對房屋的影響，必須要對房屋的結構進行精確的分析和測量。可以采用正弦波反應譜法和地震影響系數曲線法來進行測量，結合房屋的一些結構基數確定出施工振動對于附近房屋結構安全性的影響因素。

3.2 簡化法

用反應譜法去測定振動對房屋產生的影響是一種比較權威的方法，對于振動的源頭比較容易把握，再次基礎上結合房屋本身的結構特點，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Wiss等人的研究可以知道，影響房屋破壞嚴重與否的最重要的因素是質點峰值速度，而峰值速度也成為測定房屋結構安全性的重要因素。峰值速度可以通過打樁機振動與房屋結構的等距離的波形圖謀測定得到，當峰值速度小于打樁機對附近房屋安全性所允許的振動速度時 ，施工振動對房屋結構的安全性沒有影響，只有當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構測量得到，然后可以再次基礎上結合人的感覺確定出房屋結構的設防烈度，并將這個烈度與地震烈度表進行對比，直接得到結論，再決定該采取什么方法進行進一步的分析。

4 施工振動對房屋影響的原則

施工振動對附近房屋結構安全性的影響不能只從單方面進行鑒定，要結合房屋本身的結構特點進行分析，得到比較權威的結論，再根據所得出的結論，選擇合適的方法對打樁機作業對房屋產生的影響進行鑒定和進一步的分析。

若發現施工振動對附近房屋結構的安全性產生了一定的影響，先要對破壞程度進行鑒定，再決定該采取什么樣的解決方法。如果附近的房屋結構出現問題，首先要對施工作業進行鑒定，看施工振動是否影響了房屋結構，如果是的話，要施工方承擔責任；若是施工作業的振動處于正常范圍，那么房屋結構的設計方應承擔責任。

5 實例

5.1 實例情況

施工過程中住宅樓出現如下問題：

（1）二樓外墻地面瓷磚外向斷裂；

（2）鋼筋混凝土墻面出現裂縫；

（3）預制板間出現較大的縫隙；

5.2 施工振動影響分析

首先采用了安全距離法進行了分析，通過測量可知，兩面外墻間的距離為76m，遠大于所需的安全距離，所以打樁機可以在正常范圍內正常使用，結構完善的房屋一般具有承受能力；接著對此進行了驗證，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，所以打樁機可在正常范圍內使用。

5.3 原因分析

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

6 結論

通過對施工振動對附近房屋結構安全性影響的分析，可知打樁機的基本參數為振動頻率和打樁機的振幅，并且再次基礎上提出了測定施工振動對房屋影響的測定方法，如反應譜法，烈度法以及峰值速度法等。通過對測定方法的研究賣進一步提出了施工振動對附近房屋結構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，鄭州大學水利與環境學院，道路橋梁與渡河工程。