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軟土地基上振動(dòng)沉拔鋼護(hù)筒對(duì)周圍環(huán)境的振動(dòng)影響

文檔作者：胡建敏聶慶科王國(guó)輝周文龍文檔來(lái)源：河北建設(shè)勘察研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月19日
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探討與分析GEOTECHNICAL ENG INEERINGWORLD VOL. 11 No. 2
收稿日期3
軟土地基上振動(dòng)沉拔鋼護(hù)筒
對(duì)周圍環(huán)境的振動(dòng)影響
胡建敏聶慶科王國(guó)輝周文龍
( 河北建設(shè)勘察研究院有限公司)
摘要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試, 研究鋼護(hù)筒沉入過(guò)程對(duì)軟土地基地表的振動(dòng)影響, 給出加速度時(shí)程曲線及其
頻譜曲線, 并對(duì)振動(dòng)加速度沿徑向距離的衰減特征進(jìn)行分析。振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表明, 鋼護(hù)筒在振動(dòng)
沉拔過(guò)程中將在土體中產(chǎn)生一系列持續(xù)作用的振動(dòng)波作用, 并向外傳播開(kāi)去。一般而言, 振動(dòng)波
的傳播距離比較遠(yuǎn), 但當(dāng)徑向距離超過(guò)15m時(shí)峰值加速度很快降到4g以下。
關(guān)鍵詞環(huán)境影響軟土地基振動(dòng)加速度頻率
通過(guò)預(yù)先打入深長(zhǎng)的鋼護(hù)筒(如長(zhǎng)度達(dá)15 ~
20m)在深厚軟土地基上利用旋挖鉆機(jī)施工鉆孔灌
注樁是一項(xiàng)新的工藝。但是, 鋼護(hù)筒振動(dòng)沉拔過(guò)程
中引起的強(qiáng)烈振動(dòng), 會(huì)以應(yīng)力波的形式向外傳播和
擴(kuò)散, 從而造成對(duì)成樁區(qū)及其鄰近地基土的擾動(dòng)影
響。這一作用也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成不良的影響。
關(guān)于振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響, 已有一些文獻(xiàn)進(jìn)
行過(guò)討論[ 1] , 如強(qiáng)夯沖擊引起的振動(dòng)[ 2, 3]、預(yù)制樁打
入引起的振動(dòng)[ 4]、車輛荷載引起的振動(dòng)等[ 5 ]。對(duì)于
振動(dòng)沉拔鋼護(hù)筒施工工藝, 振動(dòng)源可看作是循環(huán)變
化的簡(jiǎn)諧波(強(qiáng)迫振動(dòng)), 由地層表面和深處向周圍
及地表傳播, 而振動(dòng)源是沿著整個(gè)入土護(hù)筒的深度
范圍內(nèi)。研究該類振源作用下引起的軟土地基地表
振動(dòng)的影響還不多見(jiàn), 而它對(duì)周圍環(huán)境安全以及施
工質(zhì)量的影響是十分值得關(guān)注的問(wèn)題。因此, 這方
面的研究是一個(gè)有意義的課題。
1 場(chǎng)測(cè)試概況
安徽省蕪湖電廠位于長(zhǎng)江岸邊第四系沖積物地
層上, 沉積韻律較明顯, 有明顯的水平層理, 局部有
斜層理。廠址自上而下地基土為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)
粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂, 局部地段逐漸過(guò)渡到中粗砂, 厚
度51~ 53m。
護(hù)筒沉入所用振動(dòng)錘為普通振動(dòng)打樁錘, 其基
本性能參數(shù)為: 型號(hào)DZ- 45A; 激振力360kN; 轉(zhuǎn)速
1150 r# min- 1; 功率45kN; 重量3800kg。所采用的
鋼護(hù)筒是由厚度10mm 的鋼板卷制, 護(hù)筒直徑為
110m。在距護(hù)筒中心距離為1, 3, 5, 10, 15, 20, 25,
30m處分別布置了8個(gè)加速度傳感器(即同時(shí)有8
個(gè)測(cè)試通道), 以測(cè)定地表的垂直向振動(dòng)加速度。
本次測(cè)試采用FOCUS II動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng), 并
采用RTPRO5157實(shí)時(shí)分析軟件以及RTPRO6106實(shí)
時(shí)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。
2 加速度時(shí)程曲線及頻譜曲線
圖1給出護(hù)筒由地表0m下沉至2m過(guò)程中, 不
同徑向距離的峰值加速度時(shí)程曲線。由圖1可以看
出, 偏心錘激振頻率約為50H z, 為典型的諧振振源。
此外, 還可以看出, 垂直向加速度時(shí)程曲線是十分規(guī)
則的, 離護(hù)筒中心最近距離測(cè)點(diǎn)的峰值加速度可達(dá)
45g。
圖沉入時(shí)加速度時(shí)程曲線
3
1 2 2007- 7 - 0
1
4
巖土工程界第11卷第2期探討與分析
圖2給出護(hù)筒由地表0m下沉至2m過(guò)程中, 8 個(gè)測(cè)
試通道對(duì)應(yīng)的頻譜曲線。其中, 圖2( a)為徑向距離
1, 3, 5, 10m處4個(gè)通道的頻譜曲線, 圖2( b)為徑
向距離15, 20, 25, 30m 處4 個(gè)通道的頻譜曲線。
由頻譜圖(圖2)可以看出, 地面振動(dòng)主要頻率成分
約50H z。分析表明, 盡管測(cè)試點(diǎn)的徑向距離相差很
大, 但表現(xiàn)出的激振主頻率均為約50Hz, 也是加速
度最大值所對(duì)應(yīng)的頻率。其它頻率均是50H z的倍
頻率。圖3為由12m上拔至6m時(shí), 振動(dòng)測(cè)試得到
的垂直向加速度時(shí)程曲線和頻譜曲線。可見(jiàn), 其加
速度時(shí)程曲線及頻譜曲線與護(hù)筒打入時(shí)類似, 表明
護(hù)筒沉拔的整個(gè)過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境的振動(dòng)影響始終
處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)別。
3 振動(dòng)加速度沿徑向距離衰減特征
311 加速度沿徑向距離變化規(guī)律
圖4 和圖5分別給出護(hù)筒沉入和上撥過(guò)程中,
振動(dòng)加速度沿徑向距離衰減變化規(guī)律?？梢钥闯?
振動(dòng)加速度沿徑向距離呈現(xiàn)明顯的衰減特征?？拷?
護(hù)筒處(如距離護(hù)筒中心1m)的加速度最大值可達(dá)
35g。當(dāng)徑向距離超過(guò)5m時(shí), 振動(dòng)加速度降至20g
以下(由0m下沉至2m時(shí)除外, 即曲線0~ 2m); 當(dāng)
徑向距離超過(guò)15m時(shí), 振動(dòng)加速度很快降到4g以
下?？梢?jiàn), 振動(dòng)錘沉拔法下入護(hù)筒過(guò)程中, 其引起的
振動(dòng)效應(yīng)是十分明顯的。值得注意的是, 當(dāng)沿徑向
距離大于15m時(shí), 振動(dòng)加速度略有增大。這可能與
地層土性條件有關(guān), 也可能與振動(dòng)波的反射有關(guān)
(該方向徑向距離100m遠(yuǎn)處有建筑物存在)。
圖4 沉入時(shí)振動(dòng)加速度沿徑向距離的衰減
圖4中各條曲線分別為護(hù)筒不斷沉入地層深處
6個(gè)過(guò)程(如0~ 2m, 2~ 4m, , , 10 ~ 12m) 的測(cè)試
結(jié)果。顯然, 在第1階段(由地表沉入深度2m處,
即曲線0~ 2m)和第2階段(即曲線2 ~ 4m)時(shí)的振
動(dòng)加速度比護(hù)筒達(dá)到一定深度時(shí)在地表產(chǎn)生的振動(dòng)
加速度稍大些。而在后面的幾個(gè)階段中, 加速度變
化規(guī)律相差不大, 而其最大值一般要小些。這一現(xiàn)
象與地表處土質(zhì)較為堅(jiān)硬, 護(hù)筒不宜沉入有直接關(guān)
系。
由圖5可以看出, 上撥時(shí)振動(dòng)加速度沿徑向距
離衰減規(guī)律與沉入時(shí)(圖)呈現(xiàn)類似的規(guī)律。當(dāng)由
地層深度6 處上撥至地表時(shí)(曲線6~ )比
由地層深度處(護(hù)筒底部)上撥至地表6 時(shí)
35
4
m 0m 0m
12m m
探討與分析GEOTECHNICAL ENG INEERINGWORLD VOL. 11 No. 2
圖5 上撥時(shí)振動(dòng)加速度沿徑向距離衰減
(曲線12~ 6m)的加速度要大, 同時(shí)也比由地表沉
入時(shí)(圖4, 曲線0~ 2m)的加速度要大。但是, 沉入
時(shí)的影響距離和程度要比上拔時(shí)小些, 如當(dāng)徑向距
離超過(guò)3m時(shí), 加速度就降至20g以下。
312 振動(dòng)沉拔過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響
鋼護(hù)筒下沉所引起的地基土的振動(dòng)可用下面5
個(gè)參數(shù)來(lái)加以描述: 質(zhì)點(diǎn)位移、質(zhì)點(diǎn)速度、質(zhì)點(diǎn)加速
度、頻率和振動(dòng)傳播速度。目前, 一般是通過(guò)控制地
基土體的位移場(chǎng)、速度場(chǎng)和加速度場(chǎng)來(lái)對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生
的影響和危害進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。如果僅考慮瑞利波
效應(yīng)以及由于土體并非完全彈性體而引起的振動(dòng)能
量的耗散, 則表面振動(dòng)情況下土中振幅的衰減關(guān)系
可用式( 1)表示[ 1]。
Ar = A0
r0
r
exp[ A( r - r0 ) ] ( 1)
式中, Ar 為距振源r 處土體的振幅; A0 為距振源r0
處土體的振幅; A為振動(dòng)衰減系數(shù), 表征土體對(duì)能量
的吸收作用(m- 1 )。振動(dòng)速度衰減規(guī)律也可用公式
( 2)來(lái)表達(dá):
v = v0
r0
r
exp[A( r - r0 ) ] ( 2)
式中, V為距打樁點(diǎn)距離為r 處地面振動(dòng)速度值
(mm# s- 1 ), V0 為距打樁點(diǎn)距離為r0 處地面振動(dòng)速
度值(mm# s- 1 ), A為振動(dòng)衰減系數(shù)(m- 1 )。
上述分析表明, 隨著距振源距離的增大, 振幅的
衰減是明顯的。從本文現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)加速度的衰減規(guī)律
來(lái)看(圖4), 在15m的范圍內(nèi)振動(dòng)加速度較大, 而
在遠(yuǎn)離15m的距離, 振動(dòng)加速度衰減很快, 整個(gè)過(guò)
程也大致成指數(shù)衰減規(guī)律。對(duì)于本項(xiàng)施工工藝, 為
保證現(xiàn)場(chǎng)施工的安全, 施工地點(diǎn)100m范圍內(nèi)應(yīng)該
避免有重要的建筑物。由圖4給出的加速度衰減規(guī)
律可以得到下面的振動(dòng)加速度衰減方程:
a = a0
r0
r
exp[ - A( r - r0 ) ] ( 3)
式中, a 為距打樁點(diǎn)距離為r 處地面振動(dòng)加速度
( g), a0 為距打樁點(diǎn)距離為r0 處地面振動(dòng)加速度
( g), A為振動(dòng)衰減系數(shù)(m- 1 )。對(duì)于蕪湖電廠現(xiàn)場(chǎng)
測(cè)試結(jié)果, 可取r0 = 1, a 0 = 3215, A= 0106。
4 結(jié)論
( 1) 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表明, 護(hù)筒在振動(dòng)沉拔過(guò)程
中將在土體中產(chǎn)生一系列持續(xù)作用的振動(dòng)波作用,
并向外傳播開(kāi)去。一般而言, 振動(dòng)波的傳播距離比
較遠(yuǎn)。但當(dāng)徑向距離超過(guò)15m時(shí), 峰值加速度很快
降到4g以下。這一量值雖然仍然有非常明顯的震
感, 但對(duì)周圍樁體并沒(méi)有太大的不利影響。
( 2) 隨著離振源距離的增大, 振動(dòng)加速度的衰
減是明顯的, 大致與振源距離成指數(shù)衰減特征。本
文建立了描述振動(dòng)加速度衰減的數(shù)學(xué)方程, 給出該
振源條件下軟土地基振動(dòng)衰減系數(shù)的參考取值, 為
類似工程的評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
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第一作者通訊地址: 石家莊市建華南大街58號(hào)河北建設(shè)勘
察研究院有限公司郵編: 050031
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