振动打桩机施工对房屋结构的影响分析

摘 要：通过对施工时打桩机工作原理的分析，结合地面土层的振动分析结果，总结出了在施工时房屋结构受到影响的几方面的因素；在结合实例的基础上，进一步的概括出施工振动对房屋结构安全的影响的原则，在此基础上，运用实例得出施工振动对于临近房屋结构安全性影响原则的可行性。

关键词：打桩机；振动；施工安全性；房屋

打桩机在一般的施工过程中有着重要的作用，不仅因为它的用法简便，而且在施工过程中打桩机的贯彻效率很高，而且一般成本比较低。但是由于在施工过程中一些不了避免的因素，打桩机在施工时的振动常给附近的房屋结构造成一定的影响，并且伴随而来的就是不可估量的经济损失或者是施工的延误，给施工方带来很多的不便。虽然，我国法律中对于打桩机在施工过程中造成的对临近房屋的影响以及噪音影响有一些明确的规定，但是这种施工振动对于房屋的结构安全到底有什么样的影响仍然缺乏科学理论的奠基，所以对于施工振动对于房屋结构的影响的理论研究具有重要的意义。

1 分析打桩机沉桩

在对打桩机进行分析时，一般将桩体看做均等质量的刚体，而将土体作为桩体的弹性支撑平面，两者组成了一个单自由度的体系，这种方法实质上是运用了巴尔坎提出的单自由度振动理论。

巴尔坎提出的这项理论体系在运用中一般的微积分方程为：x+2nx+w2nx=p sin（wt）在对于施工振动造成影响的现象研究的过程中，这种震振动属于受迫振动，所以其振幅和相位角可以分别用A和w来表示。

根据进一步的分析，结合研究工程中做出的图像分析可得以下结果，第一种，当Z远大于1时，A越接近于一个定值，那么这个振动体系的振幅不再会因为外界的因素而改变，即在此种情况下，振动频率和阻力系数不是影响振幅的因素。第二种，当Z=1时，当振动的振幅受到阻力的影响，此时此时A值时定值的一半；当A值远大于第定值时，会产生共振的现象。在均衡两种方法的利弊后，由于共振现象造成打桩机的参数难以测定，所以一般选用较高的振动频率。

2 分析土体振动

在用打桩机进行施工作业的过程中，打桩机的桩是固定于土壤层中的，两者之间存在一定的摩擦，而施工时对打桩机施加的压迫性的振动动作，会使得打桩机在这种情况下产生一种稳态振动，正是由于这种稳态振动使得土壤微粒之间的抗剪应力减小，使得打桩机与土壤之间的摩擦力下降。

由于打桩机与土壤之间存在的摩擦，使得桩与土壤两者之间形成了一种协调工作的性质，会形成施工过程中的振动，造成对周围房屋结构安全性的影响。而为了减小这种影响，我们需要选择合适的打桩机进行作业。现在国内一般采用的打桩机是电驱动式的，从桩和土体两方面进行考虑，一般选取转速为800～1500r/min的打桩机。具体来说，打桩机的选择要考虑到桩锤的重量以及阻力，一般选取的打桩机的频率要接近土层的频率，使打桩机受到的阻力最小且工作效率达到最高。

3 分析振动对房屋结构的影响

3.1 反应谱法

施工振动对附近房屋结构产生的影响实际上是和地震对房屋产生的影响的原理是一样的，地震以波形的振动传播，而施工振动也是一同样的方式进行传播，所以振动对房屋产生的影响不仅与振动源有关，还与房屋自身的结构条件有关。因此，要精确的测量出振动对房屋的影响，必须要对房屋的结构进行精确的分析和测量。可以采用正弦波反应谱法和地震影响系数曲线法来进行测量，结合房屋的一些结构基数确定出施工振动对于附近房屋结构安全性的影响因素。

3.2 简化法

用反应谱法去测定振动对房屋产生的影响是一种比较权威的方法，对于振动的源头比较容易把握，再次基础上结合房屋本身的结构特点，可以更加简便的对于振动对临近房屋的影响因素做出分析。

（1）峰值速度法

根据Wiss等人的研究可以知道，影响房屋破坏严重与否的最重要的因素是质点峰值速度，而峰值速度也成为测定房屋结构安全性的重要因素。峰值速度可以通过打桩机振动与房屋结构的等距离的波形图谋测定得到，当峰值速度小于打桩机对附近房屋安全性所允许的振动速度时 ，施工振动对房屋结构的安全性没有影响，只有当峰值速度超过这个值时才对附近的房屋有影响。

（2）烈度法

施工过程中所产生的振动速度，振动加速度以及峰值速度都可以通过振动波或者房屋的结构测量得到，然后可以再次基础上结合人的感觉确定出房屋结构的设防烈度，并将这个烈度与地震烈度表进行对比，直接得到结论，再决定该采取什么方法进行进一步的分析。

4 施工振动对房屋影响的原则

施工振动对附近房屋结构安全性的影响不能只从单方面进行鉴定，要结合房屋本身的结构特点进行分析，得到比较权威的结论，再根据所得出的结论，选择合适的方法对打桩机作业对房屋产生的影响进行鉴定和进一步的分析。

若发现施工振动对附近房屋结构的安全性产生了一定的影响，先要对破坏程度进行鉴定，再决定该采取什么样的解决方法。如果附近的房屋结构出現问题，首先要对施工作业进行鉴定，看施工振动是否影响了房屋结构，如果是的话，要施工方承担责任；若是施工作业的振动处于正常范围，那么房屋结构的设计方应承担责任。

5 实例

5.1 实例情况

施工过程中住宅楼出现如下问题：

（1）二楼外墙地面瓷砖外向断裂；

（2）钢筋混凝土墙面出现裂缝；

（3）预制板间出现较大的缝隙；

5.2 施工振动影响分析

首先采用了安全距离法进行了分析，通过测量可知，两面外墙间的距离为76m，远大于所需的安全距离，所以打桩机可以在正常范围内正常使用，结构完善的房屋一般具有承受能力；接着对此进行了验证，测定出打桩时不同距离的波形图，分析可得峰值速度在允许范围内，所以打桩机可在正常范围内使用。

5.3 原因分析

从现场情况分析看来，住宅楼的主要问题就是出现大量裂缝的问题，出现这种现象的原因可能有以下几点：一是楼层的基础没有均匀的沉淀，造成大量裂缝的出现；二是钢筋混凝土与墙面的粘结不紧密，出现错位现象；三是温度的影响使得墙面凝固时出现问题产生裂缝。

6 结论

通过对施工振动对附近房屋结构安全性影响的分析，可知打桩机的基本参数为振动频率和打桩机的振幅，并且再次基础上提出了测定施工振动对房屋影响的测定方法，如反应谱法，烈度法以及峰值速度法等。通过对测定方法的研究卖进一步提出了施工振动对附近房屋结构安全性影响的基本原则。

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作者简介

张文静（1994-），女，汉族，河南开封市人，郑州大学水利与环境学院，道路桥梁与渡河工程。