巖土施工中振動錘選型理論計算與實際應用

徐 斌 尹章權 朱俊霏

(寧波易通建設有限公司，浙江 寧波 315800)

巖土施工中振動錘選型理論計算與實際應用

徐 斌 尹章權 朱俊霏

(寧波易通建設有限公司，浙江 寧波 315800)

對于護筒長度大于5 m的鉆孔灌注樁，需要使用振動錘埋設護筒。以某LNG儲氣罐基樁施工為例，提出了振動錘選型的理論計算方法。選型時需要注意振動錘的激振力大小，保證激振力大于埋設護筒時所受到的動側阻力；可采用極限側阻力標準值乘以降低率來計算動側阻力。上述結論可作為施工同行在振動錘選型時參考。

振動錘,激振力,動側阻力,極限側阻力標準值

1 概述

鉆孔灌注樁因具有“顯著提高單樁承載力，減少樁和承臺數量，降低成本；使用靈活、受力明確、計算簡潔”等優點，使鉆孔灌注樁在跨海橋梁、海上風力發電站、LNG儲氣罐等建(構)筑物基礎中得到了廣泛的應用,且樁直徑、樁長越來越大。鉆孔灌注樁成孔前需要在樁位處埋設護筒[1，2]，護筒有三個作用：

1)控制樁位、導正鉆具；

2)防止成孔時孔壁坍塌；

3)作為施工中的測量基準。

護筒埋設工作是鉆孔灌注樁施工的開端，護筒位置與垂直度準確與否，對成孔、成樁質量都有重大影響。當護筒埋深小于5 m時，可采用挖埋法，即先在樁位處挖出比護筒外徑大30 cm的圓坑，然后將護筒豎直向下壓到要求深度，用黏土填實護筒與周圍土的間隙。而跨海橋梁、海上風力發電站、LNG儲氣罐鉆孔灌注樁樁長遠大于5 m，護筒埋深一般大于5 m，需要使用振動錘埋設護筒。

目前施工中振動錘選型計算尚無規定，計算理論依據也尚不充分。本文介紹一種簡便實用的方法并以某LNG儲蓄罐樁基工程為案例介紹振動錘選型，可供同行們參考。

2 振動錘組成及工作原理

振動錘的組成見圖1。工作時通過安裝在振動箱內的偏心輪以相同的角速度轉動，而兩個輪的轉動方向相反(見圖2)。兩個偏心輪將產生偏心力，該力的水平分量即水平力fh，在同一時間內將相互抵消，而垂直分量即豎向力fv，則相互疊加，形成總激振力Fc，處于振動箱下部的護筒被液壓夾持器卡牢后向下擊。壓箱用彈性件固定在振動箱上，從而消除了振動的傳遞，重量很大的壓箱(重量可附加)可增加向下的振動力。

振動錘與護筒剛性連接形成一個振動體系。振動錘運行時，總數為偶數的偏心輪高速旋轉產生振動力，這個力使護筒產生正弦波的垂直振動，強迫護筒的周圍土壤產生液化、位移，由于土層移動，在護筒自身重量和振動錘重量的作用下，使護筒切入地層。當振動停止，土壤逐漸恢復原狀。

3 理論計算

選擇埋設護筒的振動錘型號時要考慮3個條件[3]：

條件一：振動錘的激振力P0大于護筒外壁與土的動側阻力TV,計算公式如下:

P0>TV。

其中，P0為振動錘激振力，kN；TV為埋設至要求深度時，各土層的極限動側阻力之和，kN；D1為護筒外直徑，m；μi為第i層土層護筒極限側阻力標準值減低率，一般取0.1～0.4，砂性土取下限，粘性土取上限；fsi為第i層土層的極限側阻力標準值，kPa；Hi為第i層土層厚度，m。

條件二：振動錘系統總重量(護筒的重量+夾樁器重量+振動箱重量+壓箱重量)大于護筒的動端阻力。因為護筒底截面積很小，護筒端動阻力遠小于振動錘系統總重量，所以不需驗算此埋設護筒條件。

條件三：振動錘系統的工作振幅A0大于埋設護筒到設計深度所需最小振幅A，計算公式如下:

A0>A。

式中：A0——振動體系的振幅，也叫工作振幅，mm；

A——振沉護筒到設計深度所需最小振幅，mm；

K——偏心力矩，N·m；

Q——振動重量，N；

N——護筒沉入深度中土層的標準貫入擊數中的最大值。

4 實際應用

為了保證成孔時孔壁穩定，護筒長10 m，露出地面0.3 m；護筒內徑1.4 m，壁厚6 mm；用與鋼護筒同材質、同厚度的鋼板對護筒頂部、底部進行加強，加強方式為設置一道高度20 cm的加勁圈；護筒頂部開2個溢漿孔。根據地質勘察報告，護筒穿越土層力學指標參數見表1。

表1 護筒穿越土層力學指標參數表

利用條件一選用振動錘：

本工程選用的DZ-60型振動錘，主要性能參數見表2。

表2 擬選DZ-60型振動錘主要性能參數表

驗算條件三：DZ-60型振動錘的工作振幅A0=2K/Q=2×487/70 000=14 mm，而護筒到設計深度所需最小振幅A=N/12.5+3=26.6/12.5+3=5 mm，A0>A，所以DZ-60型振動錘滿足埋設護筒條件三。

從上述計算分析中可以得知，選用振動錘時需要特別注意激振力的大小。

5 結語

1)在高速振動時,護筒周圍土壤會產生液化效果,使護筒極限靜側阻力標準值降低，從而使護筒埋設、起拔容易，降低率一般取0.1～0.4，砂性土取下限，粘性土取上限，即可計算動側阻力。

2)振動錘選型時，僅需要計算條件一和三，特別注意振動錘性能參數中的激振力是否符合要求。

3)在施工中,可以使用振動錘埋設護筒，也可起拔護筒。

4)地質勘察報告沒有提供極限側阻力標準值，可以參考《建筑樁基技術規范》[7]表5.3.5-1混凝土預制樁選取極限側阻力標準值。

5)由于土成分、結構組成多變，力學參數不確定，按本文方法在實際施工中計算振動錘選型偏安全。

[1] 吳永盛.海洋環境大直徑鋼護筒沉放的施工技術及工藝[J].福建建筑,2013,179(5):71-73.

[2] 何承海，彭琳琳.嘉紹大橋4.1 m超大直徑鋼護筒施工關鍵技術[J].中國港灣建設,2015,35(1):55-58.

[3] 劉寶河，邊 強.振動沉樁錘的選型與應用[J].中國港灣建設,2008,155(3):38-41.

[4] 付連紅,徐新戰.水位變化頻繁下大直徑超長樁中鋼筋籠埋后處理及預防的研究[J].河南科學,2017,35(4):618-622.

[5] 樊敬亮,付連紅.機械回旋鉆機穿越硬可塑黏性土層的關鍵施工工藝研究[J].河南科學,2017,35(9):1483-1486.

[6] 張忠苗.樁基檢測方法及其應用[J].物探與化探,1990,12(4):101-107.

[7] JGJ 94—2008,建筑樁基技術規范[S].

Selectionandapplicationofvibratoryhammeringeotechnicalengineering

XuBinYinZhangquanZhuJunfei

(NingboYitongConstructionCo.,Ltd,Ningbo315800,China)

A vibratory hammer is applied to bury the sleeve when the length of sleeve is more than 5 m. Based on the construction of a pile foundation of the LNG storage tank, a theoretical calculation method of selecting vibration hammer is introduced. The vibrating force is noted to ensure that the vibrating force is greater than the moving shaft resistance of buried sleeve; the moving shaft resistance can be calculated by multiplying the ultimate shaft resistance by a reduction rate. The above conclusion can be used as a reference to select vibratory hammer for the construction counterparts.

vibratory hammer, vibrating force, moving shaft resistance, ultimate shaft resistance

2017-10-03

徐 斌(1990- )，男，碩士； 尹章權(1990- )，男； 朱俊霏(1996- )，女

1009-6825(2017)35-0079-02

TU470

A