摘要：高频免共振沉桩技术是当下的一种新型沉桩技术。其具备了高频振动沉桩的优点，同时也保证了对周边构筑物的保护，在液压驱动下，上下对称的两组振动器带动桩产生垂直上下振动，使桩周土体产生强迫振动，使土体液化破坏桩土之间的挤压粘结状态，从而降低土体强度和动阻力，桩在激振力和锤桩重力共同作用下，穿越土层达到设计深度。同时当振动锤频率增加到接近岩土的固有频率的时候，通过调节上下两组振动转子相对位置使其产生的激振力相互抵消，表现为振动锤对外不输出功，待振动锤内转子振动频率升越该频段后对外开始输出功，从而消除了共振的出现。高频振动频率一般可达到2000～2500r/min，以实现施工作业要求。与其他沉桩方法相比，有超低震动噪声、高效沉桩等优点。一般来说，其施工效率是一般普通方法的数倍，沉桩速度一般在4～7m/min，在非淤泥地质中最快可达12m/min。
关键词：桥梁桩基施工；周边建筑物；影响控制
1 人行桥梁工程概况
滨江公共空间和综合环境（五期）水上工程（以下称本工程）的人行桥梁工程是由水上平台经过轮渡站前方架高贯通的重要的分部工程，施工内容为桥梁桩沉桩14根，桩位布置见图1，预制安装桥梁板7块，现场周边构筑物状态为，1～3号桩北侧紧邻上海华东船务办公大楼，4、5号桩北侧紧邻轮渡站渡口楼房，12～14号桩东侧80米即为杨浦大桥桥墩。根据现场勘查测量，1、2号桩距离现有建筑仅有2米，3、4、5号桩距离现有建筑均在5米以内，根据施工要求，在沉桩过程不得对现有建筑造成损坏。
图1 桩位布置图
2 桥梁桩基施工重点难点问题
2.1 施工难度大
本工程累计有桥梁桩17根，施工场地北侧紧邻华东船务办公楼和宁国路轮渡站渡口建筑，南侧8米范围为新建挡土墙，施工场地极为狭小，影响制约因素较多。桥梁部分桩基紧邻现有的华东船务办公楼、宁国路轮渡站，最近距离只有2米，同时我方的沉桩范围在杨浦大桥保护范围之内，所以选择合适的方案对这些建筑物的安全非常重要，这也是本工序的施工难点。
2.2 工期要求高
根据总体施工工期安排，桥梁桩应在防汛墙完成后完成回填才可进行，同时因总工期的限制，紧后还有桥梁的安装施工，因此高压桥梁桩的施工被压缩得只有8天，这是本工程贯通的关键工序，其施工展布和进度情况直接影响工程总体进度。为保证桥梁桩的顺利施工，现场必须选取合适的桩型和施工方案才能满足工期要求，否则可能造成本工序及后续桩帽施工作业过长的施工等待时间造成工期损耗，进而影响总体施工进度。
3 桥梁桩基施工方案的比选
3.1 施工方案评价标准
3.1.1 是否满足场地及环境保护要求
场地狭小是本工序的制约条件之一，桥梁桩基施工方案选用既能达到成桩技术要求，又要满足施工设备外型尺寸不能过大。另外周边环境问题是另外一项重要的制约因素，桩型的选择沉桩方式的选择，都要考虑对周围环境产生的影响，除常见的噪音、震动影响外，还会因为土体受到挤压和振动，引起原有地基破坏，因而会对周围原有建筑物和周边水工设施带来不利影响，所以合理的桩基方案是关键。
3.1.2是否满足工期要求
施工效率评价标准为单根桩沉桩效率和在单根沉桩施工结束后，能高效地完成桩位转移，形成桥梁桩沉桩连续施工作业；以及在桥梁桩施工结束后，能迅速地实现基座安装，达到强度后满足构建安装的要求。
3.1.3综合施工成本是否最优
在施工方案满足质量与施工效率的前提下，还应综合分析施工措施特别是对构筑物保护产生的综合成本，不同的施工方案，投入的设备、材料与人工情况也不尽相同，这就直接形成了施工成本差异，在条件可行的情况下，需要选择成本最优的。
3.2 方案选定
由于桥梁桩基临近建筑物并且桩基临江侧存在新建挡墙，如果采用实心的预制混凝土桩、下端封闭的管桩在成桩过程中产生的此种挤土效应就非常大，故在本工序不采用实心预制混凝土管桩和下端封闭的管桩，本工程计划采用取土法的钻孔灌注桩和壁厚较小且端部开孔的钢管桩作为桩型备选方案，施工方法参考以往工程经验，并结合工程实际情况综合分析考虑，我们初步拟定了5种具备基本可行的桥梁桩基方案：①钻孔灌注桩方案；②静压桩沉桩方案；③锤击桩沉桩方案；④振动锤沉桩方案；⑤高频免共振沉桩方案。
对各个方案的优势与劣势，通过是否满足周边保护要求、场地空间要求、施工效率、成本等三项比选标准对各个方案进行对比评估：钻孔灌注桩虽然挤土效应最小但是施工效率低不满足施工工期要求，同时钻孔设备和混凝土浇筑设备受限于场地和通道。静压沉桩因需加载重量高达数百吨，会对外侧新建挡墙产生安全影响，且场地狭小空间不宜施工。钢管桩锤击打入沉桩方案锤击桩产生的震动和噪声较大，冲击力对周边建筑产生影响较大，施工噪音和振动的公害大、污染环境，水上作业使用辅助设备多，施工措施成本较高。钢管桩振动锤沉桩时振动锤产生的震动可与周边建筑产生共振对建筑物的安全影响较大；钢管桩高频免共振沉桩属新设备新工艺，能够避免与土体的共振，基本不影响，并且施工效率较高。
综上我们选取采用钢管桩高频免共振沉桩方案进行施工。
4 免共振沉桩施工方案分析
4.1 免共振实现原理
液压振动锤的工作原理是偏心块高速旋转产生激振力，通过带动桩身做高速振动实现土壤液化，最终克服土壤摩擦力实现桩身下沉。首先，所需要振动锤以较高的频率运作时才能满足正常施工同时又避免正常施工阶段的共振，但在设备启动和关闭的时候一定会经过土壤的共振频率范围（土壤的固有频率在1000赫兹上下），也就是在开启和关闭的时候有两次带动土体共振，从而造成临近建筑的破坏以及坍塌；另一方面共振能量会传递到振动锤和辅助吊机，会严重影响设备的寿命和安全。实现“免共振”说到底就是如何在振动锤升频时能够越过土体固有频率的频段。
免共振锤的调节原理见图2，偏心块结构为免共振振动锤的内部结构，其中半阴影的圆形结构为偏心块，共有两组，每组为2个，且偏心块的大小、质量完全相同，通过特殊设计和调节保证上下两组偏心块在高速旋转的同时，在任何相位角的时候都保持上下偏心块的激振力刚好抵消，此时激震力为0，对外表征为不振动，但是此时偏心转子仍在加速运转。这样就保证了在免共振振动锤启动和关闭的时候偏心块的高频率，但没有激振力。一直到频率超过土体固有频率后，通过智能调节使得上下两组偏心块的相位角错位从而产生激振力，同时可以调节激震力大小，实现设备的正常施工。
图2 调节原理
4.2 振动锤参数的选择
振动设备选型原则：振动设备激振力＞桩土之间摩擦力，振动锤克服土的摩阻力后，才能将桩沉入土中，用FV表示振动锤的激振力（KN），
高层面积为平方米，实用，尽量填补了堂屋面临宽度南部，保证南北通风效果。此外，单一的设计始终遵循适应现代生活方式的要求，并结合转角窗设计，在视觉上扩大了室内空间和丰富的窗口景观。
商业和住宅建筑还配备了屋顶绿化在讲台上，白天能有效地吸收阳光直射，降低屋顶温度在夏天，而在冬季良好的保温隔热功能，以达到环保节能效果的屋顶。
3.4 建筑材料节能设计
持久耐用的材料来延长建筑物的使用寿命。因此，具有更好的耐用性建材的设计选择。最好是与建筑物同步建材的使用寿命，减少了材料的更换和维护，以及节省成本。
（1）外墙：外墙由厚200烧结页岩多孔砖（热导率0.620W / M2K）的，和EVB保温防火干灰浆用于热绝缘（热导率0.07W / M2K），以确保的总传热系数外壁小于等于1.5W /（平方米* K）。
（2）屋面：屋顶是由阻燃挤出聚苯乙烯板（热导率0.03W / M2K）用于热绝缘的，以保证屋顶传热系数小于或等于0.90W /（平方米* K）。
（3）冷热桥：使用EVB保温防火干砂浆（热导率0.07W / M2K）用于绝热，以确保外部壁的总传热系数小于或等于1.5W /（平方米* K）。
（4）外遮阳：使用的部分的水平遮阳住宅阳台。
3.5 节能措施
按照规范要求，建筑物必须采用节能措施，使建筑节能达到50％以上。因此，在这个设计中的建筑节能措施如下：
（1）此外，大楼的形状应尽可能小以减少阳光的面积，减少室外热量。
（2）主建筑的形状是简单的，合理地安排建筑物出口和通风孔，保持建筑物通风，有效地排出空气，降低能源消耗。
（3）在规划搞好绿化和室外环境，以减少外部地面反射热和长波辐射热的作用。
五、结束语
虽然绿色建筑节能设计尚处于起步阶段，还存在着需要在发展中不断完善许多不足之处。在绿色建筑节能设计，根据中国的国情，我们应该设计实际的气候和地理因素，建筑物的位置，不断降低能耗，坚持走可持续发展的道路。
参考文献：
[1] 王伟.浅谈绿色建筑节能设计[J].商品与质量，2016（42）.
[2] 陈方灿.浅析绿色建筑节能设计[J].建筑工程技术与设计，2015（19）.
[3] 王晶，刘丹丹.浅谈绿色建筑节能设计存在问题对策[J].工程技术：全文版，2016（8）：00307-00307.
论文作者:毛茂欣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/25
标签：桥梁论文; 桩基论文; 建筑物论文; 偏心论文; 方案论文; 频率论文; 工期论文; 《基层建设》2018年第36期论文;