冲击钻孔对场地周边建筑物的影响.

综 合 国 内 外 规 范， 根据特
［7］
定工程确定了建筑物振动阈值， 并通过开挖减振沟， 降低振动对建筑的 影 响； 谭 捍 华 等 研究了强夯振
1979 年出生， 第一作者： 姜峰， 男， 高级工程师 。
E － mail： haibo@ emails． bjut． edu． cn
收稿日期： 2011 － 08 － 20
工业建筑
2012 年第 42 卷第 3 期
动在地层的衰减规律 。 目前的研究大多针对指定区 域的典型土质而言， 对振动衰减规律和波的传播规 律并没有形成统一 的 认 识， 对建筑物的振动影响评 价也仅限于振动波 的 振 动 幅 值， 无法给予准确的判 断， 尤其是在复杂场地地层条件下， 必须通过现场测 试和试验研究进行综合分析
摘
要： 通过对河南某场地进行冲击钻孔施工时产生的振动进行的现场测试， 以评价其对周 边 建 筑 的 影
响 。 主要测试项目包括： 地表加速度 、 深部土层加速度 及 土 层 的 分 层 沉 降 。 分 析 不 同 数 目 钻 机 同 时 施 工 时 引 起的振动在土层中的衰减规律以及波的传播规律 、 振动导致 的 建 筑 物 周 边 地 层 的 沉 降 ， 并提出保障建筑物安 全的工程措施 。 研究表明： 冲击钻孔时， 地基会产生较大 的 振 动， 这种振动在地表和地层内部衰减较快； 冲击 振动产生的振动波主要以面波和剪切波两种途径传播； 在 周 边 建 筑 地 表 粉 土 层， 振动的频率相对较低。采取 隔孔打桩， 并控制同时施工数量的方法能有效降低振动对周边建筑物的影响 。 关键词： 冲击； 振动； 周边建筑； 现场测试
冲击钻孔施工中， 钻锤冲击并贯穿深部地层时， 能量在钻锤面处释 放， 并转化为体波和面波传到土 体中， 深层 土 体 在 冲 击 荷 载 作 用 下， 状态会发生改 变， 主要表现为： 土 体 重 塑 或 天 然 结 构 改 变 、 改变应 力历史及孔隙水压 力 急 剧 上 升 和 有 效 应 力 减 小 的振陷， 对周边建筑产生较大影响
［8］
2
冲击施工对建筑物的影响分析 对局部胶结层 进 行 冲 击 钻 孔， 施工振动具有瞬
态振动特性， 其振动 形 式 主 要 为 近 振 源 的 塑 性 变 形 和远处的 弹 性 变 形 应： 1 ） 冲击振动对邻近建 筑 物 产 生 直 接 影 响； 2 ） 冲 击振动使北侧淤泥 质 粉 质 黏 土 层 形 成 挤 出 性 破 坏 、 振陷； 3 ） 冲击振动 对 松 散 的 砂 土 层 可 能 产 生 压 密 效 果， 从而导致地面出现下沉 。 以上效应中， 后两种效应产生的沉降势必会传 进而对其产生影 导到地表及邻近建 筑 物 的 基 础 上， 响甚至破坏， 此外冲 击 波 也 可 能 对 建 筑 环 境 产 生 危 害甚至结构损伤 。 基于以上因素， 开展现场测试试验， 主要目的是： 通过对地表和地下深层的振动测试， 研究振动衰减规 律和波在地层中的空间传播规律； 通过对地层不同深 度沉降的监测， 动态掌握振动引起的地层沉降 。 3 3. 1 测试试验设计及实施 测试内容 主要的试验测 试 内 容 包 括： 冲 击 振 动 在 水 平 和 深度方向的振动特 征 以 及 北 侧 建 筑 的 地 基 振 陷； 具 地 体包括： 不同钻机同时工作时地表振动的加速度 、 层深部的竖向加速度和地层的分层沉降 。 3. 2 3. 2. 1 试验工况及测点布置 试验工况 选取最北侧的部 分 桩 位 （ 即 距 离 建 筑 物 最 近 桩 位） 作为试 验 打 桩 点， 按照冲击数量和布置方式的 不同， 设定不同的试验工况， 如表 2 所示 。
表2 Table 2 试验工况 Test conditions
测试内容 三向加速度（ 速度） 三向加速度（ 速度） 三向加速度（ 速度） 竖向加速度（ 速度） 竖向加速度（ 速度） 竖向加速度（ 速度） 竖向加速度（ 速度） 竖向加速度
［9］
。冲击施工可能产生如下效
。
本研究针对河南某冲击钻孔施工场地的地层特 点和周边环境条件， 设计现场测试试验， 通过研究振 动衰减规律 、 波在各地层的传播规律和振陷的测试， 综合评价振动对周 边 建 筑 的 影 响， 为场地安全施工 和类似工程的试验方法提供借鉴 。 1 工程概况 拟建场地地基主要由粉土 、 淤泥质粉质黏土 、 粉 细砂 和 砂 砾 胶 结 层 构 成， 旋 挖 法 施 工 到 深 部 33 40 m 硬层（ 胶结地层） 后钻机无 法 进 尺， 改用冲击成 孔法 。 各主要地层的分层及参数如表 1 所示 。 桩数 为 252 根， 桩位 布 置 如 图 1 所 示 。 场 地 北 侧 存 在 2 栋建筑物， 分别为： 10 层住宅， 基 础 埋 深 3. 0 m ； 4 层 砖 － 混住宅， 基 础 埋 深 1. 5 m ， 距桩位最近距离为 45 m ， 由于距 离 较 近 且 底 部 存 在 淤 泥 质 土 层， 故施 工可能会对北侧的 10 层和 4 层建筑产生影响 。
— —姜 冲击钻孔对场地周边建筑物的影响 —
峰， 等
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1 号 —3 号 钻 孔 深 度 为 25 ， 20 ， 层加 速 度 测 试 点， 38 m ， 24 ， 52 m ， 与北侧建筑物的距离分别为 4 ， 如图 3 所示 。 传感器 沿 各 个 钻 孔 深 度 每 5 m 布 置， 测取 地层深度的竖向加 速 度， 并在 3 号孔测量不同深度 的分层沉降 。
［3］ ［2］ ［1］
有明 确 的 规 范 说 明， 研 究 中 大 多 参 考 GB 6722 —
［4］ 2003《爆破安全规程 》 和 JBJ 16 —2000《机 械 工 业
环境保护设 计 规 范 》 以 及 其 他 相 关 规 程， 确定的 主要依据 为 建 筑 物 的 最 大 振 动 速 度 。 而 实 际 施 工 中， 地表土因振动产 生 的 升 降 也 是 导 致 建 筑 物 破 坏 的影响因素 。 许锡昌 等
［6］
［5］
。
这三种作用使土体 的 强 度 大 为 降 低， 同时出现地面 。JGJ 79 —2002 《建筑地基处理技术规范 》 规定， 对大型的重要的 或场地地层条件复 杂 的 工 程， 在正式施工前应通过 现场试验确定其处 理 效 果， 其目的主要是保证场地 及周边建筑的安全 。 关于冲击钻孔 对 周 边 建 筑 物 的 影 响， 国内还没 88 Industrial Construction Vol. 42 ， No. 3 ， 2012
THE IMPACT DRILLING EFFECT ON THE SURROUNDING BUILDINGS
Jiang Feng 1 Fang Jia 2 Chen Ziyi1 Wang Yu 3 Zhang Bo 4
（ 1. Beijing Municipal Institute of City Planning ＆ Design ， Beijing 100045 ， China ； 2. Patent Examination Cooperation Center of SIPO ，Beijing 100190 ，China ； 3. China Highway Engineering Consulting Group Company Ltd ，Beijing 100096 ，China ； 4. The College of Architecture and Civil Engineering ，Beijing University of Technology ，Beijing 100124 ， China ） Abstract ： The vibration of impact drilling was tested to evaluate the impact on surrounding buildings． The main test items included ： acceleration on ground surface ，acceleration in deep layers ，and soil layer deposition． The vibration attenuation rules ，wave propagation rules and deposition near the building in different formations caused by vibration were analyzed ，and the engineering measures were taken to ensure the building safety． The result showed that the vibration would be generated in foundation obviously during impacting drilling． And the rate of vibration attenuation was higher on ground surface and in the inner formation． The waves caused by vibration propagate in two ways． Vibration amplitude was mainly distributed in relatively lower frequency range in the silt layer near the ground surface． Using method of every hole piling and limiting the number of drilling could reduce the impact of vibration on surround buildings effectively． Keywords ： impact drilling ； vibration ； surrounding buildings ； field-test
1 — 冲击钻孔区域； 2 —2 层结构； 3 —10 层住宅； 4 —4 层砖 － 混住宅； 5 —3 层结构； 6 —9 层结构； 7 —7 层结构 图1 Fig. 1 场地平面
工
况
测点位置 地表 地表 地 3 3 4 4 3
工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5 工况 6 工况 7 工况 8
度 / % 力 / kPa 角 / （ ʎ ） 38 62 52 58 20． 6 18． 8 9． 7 36． 9 24． 6 11． 2 40． 5 42． 5
10. 27 0. 65 17. 43 1. 17 26. 91 0. 59 35. 2 0. 68
3. 2. 2
测点布置
地表的测点由激振点向北竖向和建筑物方向间 隔 5 m 布 置， 工 况 2—工 况 7 中 不 同 钻 机 和 测 点 的 布置如图 2 所示， 测点处沿竖向和两个水平方向埋 置加速度传感器， 测取地表上距振源不同距离的加 速度 。 在北侧建筑物向 南 52 m 内 分 别 布 置 3 组 深
Construction site plane
Table 1
土 粉土 淤泥质粉 质黏土 粉细砂 砂砾胶 结层 层
表 1 岩土体物理力学参数 Physical and mechanical parameters of soil layers
密度 / （ kg ·m － 3 ） 1 992 1 790 2 031 2 160 平均深 孔隙 土颗粒相 饱和 度 /m 比e 对密度 2. 70 2. 75 2. 67 2. 65 黏聚 摩擦
冲击钻孔对场地周边建筑物的影响
姜
京中心，北京
*
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1
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1
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宇
3
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4
（ 1. 北京市城市规划设计研究院，北京
100045 ； 2. 国家知识产权局专利局专利审查协作北 100096 ； 4. 北京工业大学 100124 ）
100190 ； 3. 北京中咨华路达工程技术有限公司，北京 建筑工程学院，北京