冲孔桩施工振动与爆破振动比较研究

唐明渊，康 强，余红兵

(1.贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵州 贵阳 550002；2.贵州贵安新联爆破工程有限公司， 贵州 贵阳 550025)

冲孔桩施工振动与爆破振动比较研究

唐明渊1,2，康 强1，余红兵1

(1.贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵州 贵阳 550002；2.贵州贵安新联爆破工程有限公司， 贵州 贵阳 550025)

在某房建工程桩基施工作业中，为了确定冲孔桩作业的振动强度及影响范围，进行了多次现场振动监测。通过对比冲孔振动实测数据与典型的爆破振动实测数据两者之间的异同，分析了冲孔桩施工振动在振动强度、主频、衰减速度等方面的特点，并结合现场邻近建筑物调查，对冲孔振动的影响进行了分析，研究所得成果有助于指导工程施工，减小振动危害效应。

冲孔桩；振动监测；实测数据；比较研究

在建设工程领域，除了最主要的工地震动来源爆破振动外，也有其它一些方面的施工会产生振动影响及危害效应，比如冲孔灌注桩的施工。冲孔灌注桩施工时冲孔锤冲击地面在周边的小范围内可以产生明显可感的振动[1-2]。不论是震源类型、地震波特性、影响因素等各方面，冲孔灌注桩施工产生的振动都不同于爆破振动。目前来说，由于振动监测绝大部分是针对爆破振动进行的，因此无论在国家规范还是专业研究等方面，都是主要集中于爆破振动的预测、监测、分析、控制、危害评估，对于冲孔振动的影响十分有限而且尚未深入。因此，本文结合现场实测数据，分析比较两种震动间的异同，并借鉴爆破振动领域研究成果，对于冲孔灌注桩施工振动的特点及防护等进行了分析探讨。

1 现场概况

该振动监测对象为贵州省六盘水市的某房屋建设工程，监测进行时工程正处于桩基施工阶段。由于冲孔振动引起了周边居民的较强烈反应，振动可能导致了墙面涂层裂缝，工程方为了确定冲孔振动强度及影响范围而决定进行监测。从图1中可以看到施工区域西、北侧邻近有一般砖混居民自建房，东侧为框架结构商品住宅楼，在西侧工地靠围墙修有一条1.5 m深的排水沟可充当减震沟。以西、北侧居民住宅为主要对象，进行了数次现场监测。

2 测试原则及实测数据

本次监测采用仪器为tc-4850爆破振动测速仪，该仪器可以测得振动的三矢量数据，具有灵敏性好、精度高、记录容量大、工作时间长等优点，仪器的拾振器通过石膏固定。

由于冲孔施工在冲孔锤重量等参数固定的条件下每次作业产生的振动稳定在一定范围内，一段时间内监测到的振动数据即可反映出在一定的参数及施工条件下的冲孔振动强度[3-4]。同时，由于冲孔灌注桩施工持续时间长，进行全程监测会产生很大数量的振动监测数据，而且冲孔深度等条件的变化也会影响振动强度，因此对于冲孔振动也不适合进行全程监控。基于以上原因，监测针对不同条件，每次持续1 h，取得数据约360个左右。

由于监测数据量大，本文中不可能列出所有数据，因此仅列出其中个别典型数据(见表1)。

图1 现场简单示意图

3 监测数据比较分析

与爆破振动相比，由于振动产生方式、地震波特性、影响因素、作业特点等方面都不同，冲孔灌注桩施工振动与爆破振动之间的差异是多方面的，下面结合实测数据对两者间的异同进行分析：

(1) 由于两者都是短时间内对于岩体施加冲击作用，冲孔振动地震波波形与爆破振动很相似。图2所示为中深孔单孔爆破及本次监测冲孔振动的典型地震波波形，可以看到两者波形十分接近。

表1 冲孔振动部分实测数据

图2 典型实测爆破振动波形

(2) 一般情况，爆破作用下介质在垂直方向的振动是最主要的，实测爆破振动数据的三矢量速度峰值最大值也基本出现在垂直方向，但是从本次监测实测数据来看，冲孔振动没有显示出这种规律。本次实测数据表明冲孔振动速度峰值最大值既可能出现在垂向也可能出现在水平径向，而且同测点有关系。同次监测同一测点测得的不同数据，虽然在数值上不同但是测得的三矢量数据之间的比值基本是稳定的。

(3) 冲孔振动的单次持续时间一般比爆破振动短，但是对于周边建(构)筑物总的作用时间更长。由监测数据来看，每次冲孔锤冲击地面产生的震动持续时间很短，绝大部分不到1 s。但是为了完成一个数米深的桩孔，需要持续进行冲孔作业数十小时，每小时的作业次数在360次左右，完成单个孔桩冲孔锤冲击地面的次数在1万次以上，对周边建(构)筑物总的作用时间可达数千秒。由于持续时间长，冲孔振动对于建(构)筑物的影响研究显然有必要涉及到振动累积破坏效应。

(4) 冲孔振动总能量小，地震波衰减快，影响范围小。冲孔振动的强度与冲孔锤重量及冲孔作业的高差有关，但是即使是采用最大参数，单次冲孔作业的振动能量也不及一次普通的中深孔爆破。冲孔振动地震波的衰减十分迅速，影响范围远小于爆破振动。从本次监测结果看，建筑物的距离超过10 m，冲孔振动的强度就减弱到1 cm/s以下，40 m外对于冲孔振动人就可能无法感知了。

(5) 冲孔振动的强度小，主频较低、较稳定。冲孔振动强度低、衰减快，本次监测在近距离测得数据最大值也不到0.7 cm/s，远不到国家规定的安全允许振速标准[5]。所有实测数据的冲孔振动主频基本稳定在7～14 Hz上下的区间范围，主频接近建(构)筑物的固有频率。从监测得到的大量实测数据来看，同次监测同一测点每次测得的主频十分接近，数值稳定。相比之下，爆破振动的主频变化范围较大。采用现在最为普遍的微差爆破方式进行爆破，爆破地震波主频基本处在10～60 Hz范围，基本上不接近建筑物的固有频率。

(6) 冲孔振动强度受到作业对象介质条件的较大影响。采用重锤自由落体冲击地面的冲孔锤机械作用过程和瞬间反应的爆破作用不同，冲孔施工本身的作业效果和振动强度都受到地面介质特性的显著影响。本次的实测数据也反映出当冲孔锤冲击土层时产生的振动强度要小于冲击岩层的强度。实测中也发现当桩孔内有水时，由于水对于冲孔锤的缓冲作用会影响作业，同时显著降低冲孔振动强度。

4 冲孔振动的影响及控制措施

冲孔振动由于振动强度小、衰减快，对于大部分建(构)筑物都基本不会导致结构性破坏。但是由于冲孔振动的主频较低而且施工作业总的振动作用时间长，依然可能造成一定的破坏效应[6-7]。在本次振动监测中对于周边邻近民居的调查就发现了由于冲孔振动导致的墙壁涂层裂纹。因此对于像木结构古建筑文物、油气管道等重要保护对象，如果非常接近还是有必要进行防护处理的。由于冲孔振动具有持续时间短、主频低的稳定特点，其最主要的评价与控制对象都应着眼于振动强度。

由于作用原理上的差异，冲孔灌注桩施工在振动控制上的手段不可能像爆破工程那么丰富，但是依然可以从主动与被动控制两个方面着手。在主动控制手段方面，可以改用更小重量的冲孔锤进行施工或者减小冲孔锤自由落体高度，能够有效减小冲孔振动，但是显而易见这样的主动控制措施也会延长施工作业时间。在被动控制手段方面，本次振动实测数据表明，减震沟、减震孔等适用于爆破震动控制的措施同样适用于冲孔灌注桩施工，而且监测数据表明，减震沟的减震率可达50%，但是在减震效果上同样要考虑到深度的影响。考虑到一般情况下的桩孔深度，在工程中实际应用时当施工到桩孔深处时减震沟的效果会很有限。

5 结 论

本文基于冲孔灌注桩施工的现场振动监测实测数据对于冲孔振动的特性进行了分析探讨，并得出了以下结论：

(1) 基于大量冲孔振动实测数据，结合爆破震动实测数据与爆破振动波形进行对比分析，比较了两者间的异同，从波形、振动强度、持续时间、主频、影响范围等多方面分析探讨了冲孔振动所具有的特性。

(2) 基于冲孔振动特性的分析结论，结合冲孔灌注桩施工实际，参考爆破施工技术对于冲孔振动控制措施进行了探讨。

[1]漆昌明，徐必兵，谢伟平.打桩引起周边环境振动的评价[J].土工基础，2006,20(5)：61-62.

[2]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(5)：100-101.

[3]高彦斌，费涵昌.打桩引起的地面振动的测试与分析[J].地下空间，2004,24(2)：190-193.

[4]刘超英，秦厚慈.打桩振动对毗邻建筑物影响的监测及分析[J].安徽建筑，1994(1)：8-11.

[5]GB6722-2014.爆破安全规程[S].

[6]朱德才.打桩地面震动对房屋结构影响的评价[J].山西建筑，2008,34(32)：128-129.

[7]潘 英，陈 健.打桩振动分析及防治措施[J].山西建筑，2011,37(12)：87-88.

2017-02-17)

唐明渊(1970-)，男，贵州长顺人，高级工程师，主要从事爆破技术管理工作， Email：602574716@qq.com。