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摘 要： 通过某项目打桩所产生的振动效应进行现场打桩检测，在频域中进行参数识别获取结构的动力参数，并与理论计算结果进行比较分析，并根据我国现行有关规范和标准，判别打桩振动对附近建筑结构安全的影响。
关键词：建筑结构；打桩施工；振动；振速
1工程概况及检测点位布设基本情况
该项目建筑面积约236000㎡，桩基施工采用锤击桩施工工艺（5T重锤，冲程高约2.2～2.5m），在施工过程中附近居民反映部分民居建筑受打桩施工振动影响，产生了开裂、倾斜等现象。为保障施工区域周边民居建筑结构安全，区分打桩施工振动与民居开裂倾斜的因果关系，对该项目施工所产生的振动效应进行现场打桩检测，并根据我国现行有关规范和标准，判别打桩振动对附近建筑结构安全的影响。
以其中的一条测线为例，现场检测点及打桩位置分布见图1。L30、L31、L32、L33、L34、L35和L36为测线，称为L3测线，L30是振源位置，目的是测试或推断在L30处用5T重锺打桩时产生的振动对项目及周边区域西北角方向上的影响。
每个检测点均进行垂直向、水平径向和水平切向三个分向振动速度量及振动频率的检测，检测前分别使用手持GPS测量各振动源位置和各检测点的经纬度，再用卷尺直接测量各检测点与振动源的水平距离，得到了一台HD50型打桩机施工作业时各点的实测经纬度和距离如下：
2 检测仪器性能指标及检测实施过程
本次检测使用4850工程振动监测仪，该仪器系统由振动速度传感器、4850采集记录仪、笔记本电脑以及专用的分析处理软件、供电系统及其它附属设施组成，可同时测量多个分向的振动速度量及振动频率。该型仪器性能优良，灵敏度高，是目前工程振动检测领域使用最为广泛的一型仪器，使用前已经过严格标定计量。仪器系统性能指标如下：
2.1 振动速度传感器：
转换灵敏度：270、600（mv/cm/s） 横向灵敏度：10% 频带范围：5-500Hz
最大位移：4mm 输出阻抗：0.4/2.7 kΩ
2.2 4850-3型数据采集记录仪：
放大倍数：±0.4v、±2.0v、±20v（可选） 频带范围：0-40KHz
输入阻抗：100 kΩ A/D转换：16位 动态范围：>90dB
采样率：1K—200KSPS（九档可选）
进行打桩振动检测时，将仪器架设在预先布设好的检测点上，打桩引起的振动由打桩点经过地下介质传播到地面（见打桩检测示意图），振动传感器检测到振动信号后，将其转换成电信号送入数据采集器中完成放大、采集等一系列工作。
3 打桩振动检测数据处理及结果
由于本次测试的打桩施工工艺的特点是重锤反复击打桩基，每次击打都会有振动产生并向周围传播，所以测线上的每个检测点均检测到了若干组桩基施工振动数据。
现场记录时使用的坐标系径向（R向）是打桩点与测点连线方向；切向（T向） 是垂直于打桩点与测点连线方向；垂直向（Z向） 是垂直于地面方向。首先选用5k5s0.1cm/s的参数，若打完第一根桩较远点没有触发记录时，则从第二根桩开始较远的检测点选5k5s0.05cm/s的参数。
为便于分析且直观形象，我们以每条测线开始打桩的时刻为时间零点按触发的时间顺序描绘各检测点的速度时程曲线图（以L31测点为例），如图3所示。
图3 L3测线上L31测点速度时程曲线[0.001m/s触发值]
测线上各检测点在垂直向（Z）、径向（R）、切向（T）上测得的振速、主频见表2 。
注：垂直向（Z）：垂直于地面方向；径向（R）：打桩点与测点连线方向；切向（T）：垂直于打桩点与测点连线方向。
从检测结果可知：L3测线上距振动源最近的地面上的检测点L31的振动速率分别是0.3105 cm/s、0.9969 cm/s和0.1317 cm/s，主频为12.9534～18.7970 Hz，传到距振动源最近的建筑物处L33检测点的振动速率分别是0.0833cm/s、0.0400 cm/s和0.0489 cm/s，主频在12.8205～13.2979 Hz间，传到距振动源最远的建筑物处L36检测点的振动速率分别是0.0631cm/s、0.0232 cm/s和0.0205 cm/s，主频在10.3734～17.1233 Hz间。打桩引起的振动频率大概在2～20Hz范围内，本次测试得到的主频（5.2192～18.7970Hz）也在这个范围内，这频段与周边的建筑物（或地基土）的自振特征频率较近易产生共振。如：在L32测点的R向上测得比其较近的L31的R分向上的振幅高出了近2倍。
4 检测结果分析评估
本次检测结果评估依据国家标准《中国地震烈度表》（GB/T 17742-2008）和《爆破安全规程》（GB6722-2003）中的相关规定执行。若检测出的结果超过此标准，则说明打桩产生的振动对打桩区域周围的建筑结构产生了影响；若检测出的结果不超过此标准，则说明本次打桩产生的振动对打桩区域周围的建筑结构不会产生影响。
此外，按经验关系推测出的某条测线上，各方向的经验值中的最大值不超过标准时，认为经验上安全；各方向的经验值中的最大值超过标准时认为经验上不安全；介于经验上安全与不安全的距离称为安全距离（一般情况下，小于安全距离为不安全，大于安全距离为安全）。
表3：《中国地震烈度表》（GB/T 17742-2008）部分内容摘要
《爆破安全规程》（GB6722-2003）要求一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全振动速度，主要类型的建（构）筑物地面质点的安全振动速度规定如下：
本次需要进行检测的打桩区域周围的建筑结构有土坯建筑、有砖房和部分钢筋混凝土框架等，按照“就低不就高”取安全允许振速的原则，选定《爆破安全规程》规定的1、2和3类（含准3类，即：高于2类但又略低于3类）结构作为控制标准，分别取0.7cm/s、2.3cm/s和3cm/s。但根据该工地的实际情况，还必对下列因素加以考虑：
4.1 桩基施工区域周围的住宅建筑没有经过详细的安全抗震设计，多数民居建筑的地基采用天然基础；
4.2 该施工场地的桩基施工是一个重复持续的过程，振动效应的累积叠加可能导致较小的振速产生较大的地震效应；
4.3 关于振动迭加的问题
打桩产生的振动可以看作是瞬态冲击荷载造成的随时间而衰减的地面振动。由于相邻两次锤击的间隔时间与地面振动衰减时间相比较长，所以相邻两次单台HD50型打桩机施工作业时一般不会产生明显的振动能量迭加的现象。但是如果同时有数台这样的打桩机施工作业时，可能会有振动能量迭加的现象发生，这时根据振动传播的特征，可按同时作业的打桩机台数乘以单台在测试点的最大振动速率来估计最坏情况下的最大振动速率。
5 结束语
根据控制标准的规定，结合本次检测数据，对于该房地产项目在桩基施工而言，L3方向多数是3类或准3类（即高于2类但又略低于3类）建筑。各检测点中的最大振速为1.15428cm/s，超过1类建筑的安全允许振速，但仍小于2类建筑的安全允许振速2.3cm/s；次最大振速为0.9969cm/s接近1类建筑的安全允许振速外。其它检测点未检测到2类和3类建筑结构产生影响的振动。据经验关系演算显示：该测线上单台HD50型打桩机施工作业时，产生的振动传到31m后，对不发生共振的1类建筑物经验上安全；但若存在共振现象对1类建筑物75m后经验上安全，对2类建筑47m后经验上安全，对3类建筑45m后经验上安全。
鉴于打桩振动受实际的施工参数、桩所处的地质环境、传播途中的地质地貌环境和测试仪器所在处的地质环境等因素的影响，比较复杂，因此本文仅对该项目本次实际所测数据进行分析，且在对应测线上具有一定的参考价值，若在施工参数改变或是位置改变的情况下，与实际情形不一致时，应当与实际结果为准。
参考文献：
[1] GB/T 17742-2008，中国地震烈度表[S].
[2] GB/T GB6722-2003， 爆破安全规程[S].
[3]吴小波.某框架结构办公楼的动力特性测试与分析[J].福建建设科技，2005，5：29-30
关键词：建筑结构；打桩施工；振动；振速
1工程概况及检测点位布设基本情况
该项目建筑面积约236000㎡，桩基施工采用锤击桩施工工艺（5T重锤，冲程高约2.2～2.5m），在施工过程中附近居民反映部分民居建筑受打桩施工振动影响，产生了开裂、倾斜等现象。为保障施工区域周边民居建筑结构安全，区分打桩施工振动与民居开裂倾斜的因果关系，对该项目施工所产生的振动效应进行现场打桩检测，并根据我国现行有关规范和标准，判别打桩振动对附近建筑结构安全的影响。
以其中的一条测线为例，现场检测点及打桩位置分布见图1。L30、L31、L32、L33、L34、L35和L36为测线，称为L3测线，L30是振源位置，目的是测试或推断在L30处用5T重锺打桩时产生的振动对项目及周边区域西北角方向上的影响。
每个检测点均进行垂直向、水平径向和水平切向三个分向振动速度量及振动频率的检测，检测前分别使用手持GPS测量各振动源位置和各检测点的经纬度，再用卷尺直接测量各检测点与振动源的水平距离，得到了一台HD50型打桩机施工作业时各点的实测经纬度和距离如下：
2 检测仪器性能指标及检测实施过程
本次检测使用4850工程振动监测仪，该仪器系统由振动速度传感器、4850采集记录仪、笔记本电脑以及专用的分析处理软件、供电系统及其它附属设施组成，可同时测量多个分向的振动速度量及振动频率。该型仪器性能优良，灵敏度高，是目前工程振动检测领域使用最为广泛的一型仪器，使用前已经过严格标定计量。仪器系统性能指标如下：
2.1 振动速度传感器：
转换灵敏度：270、600（mv/cm/s） 横向灵敏度：10% 频带范围：5-500Hz
最大位移：4mm 输出阻抗：0.4/2.7 kΩ
2.2 4850-3型数据采集记录仪：
放大倍数：±0.4v、±2.0v、±20v（可选） 频带范围：0-40KHz
输入阻抗：100 kΩ A/D转换：16位 动态范围：>90dB
采样率：1K—200KSPS（九档可选）
进行打桩振动检测时，将仪器架设在预先布设好的检测点上，打桩引起的振动由打桩点经过地下介质传播到地面（见打桩检测示意图），振动传感器检测到振动信号后，将其转换成电信号送入数据采集器中完成放大、采集等一系列工作。
3 打桩振动检测数据处理及结果
由于本次测试的打桩施工工艺的特点是重锤反复击打桩基，每次击打都会有振动产生并向周围传播，所以测线上的每个检测点均检测到了若干组桩基施工振动数据。
现场记录时使用的坐标系径向（R向）是打桩点与测点连线方向；切向（T向） 是垂直于打桩点与测点连线方向；垂直向（Z向） 是垂直于地面方向。首先选用5k5s0.1cm/s的参数，若打完第一根桩较远点没有触发记录时，则从第二根桩开始较远的检测点选5k5s0.05cm/s的参数。
为便于分析且直观形象，我们以每条测线开始打桩的时刻为时间零点按触发的时间顺序描绘各检测点的速度时程曲线图（以L31测点为例），如图3所示。
图3 L3测线上L31测点速度时程曲线[0.001m/s触发值]
测线上各检测点在垂直向（Z）、径向（R）、切向（T）上测得的振速、主频见表2 。
注：垂直向（Z）：垂直于地面方向；径向（R）：打桩点与测点连线方向；切向（T）：垂直于打桩点与测点连线方向。
从检测结果可知：L3测线上距振动源最近的地面上的检测点L31的振动速率分别是0.3105 cm/s、0.9969 cm/s和0.1317 cm/s，主频为12.9534～18.7970 Hz，传到距振动源最近的建筑物处L33检测点的振动速率分别是0.0833cm/s、0.0400 cm/s和0.0489 cm/s，主频在12.8205～13.2979 Hz间，传到距振动源最远的建筑物处L36检测点的振动速率分别是0.0631cm/s、0.0232 cm/s和0.0205 cm/s，主频在10.3734～17.1233 Hz间。打桩引起的振动频率大概在2～20Hz范围内，本次测试得到的主频（5.2192～18.7970Hz）也在这个范围内，这频段与周边的建筑物（或地基土）的自振特征频率较近易产生共振。如：在L32测点的R向上测得比其较近的L31的R分向上的振幅高出了近2倍。
4 检测结果分析评估
本次检测结果评估依据国家标准《中国地震烈度表》（GB/T 17742-2008）和《爆破安全规程》（GB6722-2003）中的相关规定执行。若检测出的结果超过此标准，则说明打桩产生的振动对打桩区域周围的建筑结构产生了影响；若检测出的结果不超过此标准，则说明本次打桩产生的振动对打桩区域周围的建筑结构不会产生影响。
此外，按经验关系推测出的某条测线上，各方向的经验值中的最大值不超过标准时，认为经验上安全；各方向的经验值中的最大值超过标准时认为经验上不安全；介于经验上安全与不安全的距离称为安全距离（一般情况下，小于安全距离为不安全，大于安全距离为安全）。
表3：《中国地震烈度表》（GB/T 17742-2008）部分内容摘要
《爆破安全规程》（GB6722-2003）要求一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全振动速度，主要类型的建（构）筑物地面质点的安全振动速度规定如下：
本次需要进行检测的打桩区域周围的建筑结构有土坯建筑、有砖房和部分钢筋混凝土框架等，按照“就低不就高”取安全允许振速的原则，选定《爆破安全规程》规定的1、2和3类（含准3类，即：高于2类但又略低于3类）结构作为控制标准，分别取0.7cm/s、2.3cm/s和3cm/s。但根据该工地的实际情况，还必对下列因素加以考虑：
4.1 桩基施工区域周围的住宅建筑没有经过详细的安全抗震设计，多数民居建筑的地基采用天然基础；
4.2 该施工场地的桩基施工是一个重复持续的过程，振动效应的累积叠加可能导致较小的振速产生较大的地震效应；
4.3 关于振动迭加的问题
打桩产生的振动可以看作是瞬态冲击荷载造成的随时间而衰减的地面振动。由于相邻两次锤击的间隔时间与地面振动衰减时间相比较长，所以相邻两次单台HD50型打桩机施工作业时一般不会产生明显的振动能量迭加的现象。但是如果同时有数台这样的打桩机施工作业时，可能会有振动能量迭加的现象发生，这时根据振动传播的特征，可按同时作业的打桩机台数乘以单台在测试点的最大振动速率来估计最坏情况下的最大振动速率。
5 结束语
根据控制标准的规定，结合本次检测数据，对于该房地产项目在桩基施工而言，L3方向多数是3类或准3类（即高于2类但又略低于3类）建筑。各检测点中的最大振速为1.15428cm/s，超过1类建筑的安全允许振速，但仍小于2类建筑的安全允许振速2.3cm/s；次最大振速为0.9969cm/s接近1类建筑的安全允许振速外。其它检测点未检测到2类和3类建筑结构产生影响的振动。据经验关系演算显示：该测线上单台HD50型打桩机施工作业时，产生的振动传到31m后，对不发生共振的1类建筑物经验上安全；但若存在共振现象对1类建筑物75m后经验上安全，对2类建筑47m后经验上安全，对3类建筑45m后经验上安全。
鉴于打桩振动受实际的施工参数、桩所处的地质环境、传播途中的地质地貌环境和测试仪器所在处的地质环境等因素的影响，比较复杂，因此本文仅对该项目本次实际所测数据进行分析，且在对应测线上具有一定的参考价值，若在施工参数改变或是位置改变的情况下，与实际情形不一致时，应当与实际结果为准。
参考文献：
[1] GB/T 17742-2008，中国地震烈度表[S].
[2] GB/T GB6722-2003， 爆破安全规程[S].
[3]吴小波.某框架结构办公楼的动力特性测试与分析[J].福建建设科技，2005，5：29-30