徐 斌 尹章权 朱俊霏
(宁波易通建设有限公司，浙江 宁波 315800)
岩土施工中振动锤选型理论计算与实际应用
徐 斌 尹章权 朱俊霏
(宁波易通建设有限公司，浙江 宁波 315800)
对于护筒长度大于5 m的钻孔灌注桩，需要使用振动锤埋设护筒。以某LNG储气罐基桩施工为例，提出了振动锤选型的理论计算方法。选型时需要注意振动锤的激振力大小，保证激振力大于埋设护筒时所受到的动侧阻力；可采用极限侧阻力标准值乘以降低率来计算动侧阻力。上述结论可作为施工同行在振动锤选型时参考。
振动锤,激振力,动侧阻力,极限侧阻力标准值
1 概述
钻孔灌注桩因具有“显著提高单桩承载力，减少桩和承台数量，降低成本；使用灵活、受力明确、计算简洁”等优点，使钻孔灌注桩在跨海桥梁、海上风力发电站、LNG储气罐等建(构)筑物基础中得到了广泛的应用,且桩直径、桩长越来越大。钻孔灌注桩成孔前需要在桩位处埋设护筒[1，2]，护筒有三个作用：
1)控制桩位、导正钻具；
2)防止成孔时孔壁坍塌；
3)作为施工中的测量基准。
护筒埋设工作是钻孔灌注桩施工的开端，护筒位置与垂直度准确与否，对成孔、成桩质量都有重大影响。当护筒埋深小于5 m时，可采用挖埋法，即先在桩位处挖出比护筒外径大30 cm的圆坑，然后将护筒竖直向下压到要求深度，用黏土填实护筒与周围土的间隙。而跨海桥梁、海上风力发电站、LNG储气罐钻孔灌注桩桩长远大于5 m，护筒埋深一般大于5 m，需要使用振动锤埋设护筒。
目前施工中振动锤选型计算尚无规定，计算理论依据也尚不充分。本文介绍一种简便实用的方法并以某LNG储蓄罐桩基工程为案例介绍振动锤选型，可供同行们参考。
2 振动锤组成及工作原理
振动锤的组成见图1。工作时通过安装在振动箱内的偏心轮以相同的角速度转动，而两个轮的转动方向相反(见图2)。两个偏心轮将产生偏心力，该力的水平分量即水平力fh，在同一时间内将相互抵消，而垂直分量即竖向力fv，则相互叠加，形成总激振力Fc，处于振动箱下部的护筒被液压夹持器卡牢后向下击。压箱用弹性件固定在振动箱上，从而消除了振动的传递，重量很大的压箱(重量可附加)可增加向下的振动力。
振动锤与护筒刚性连接形成一个振动体系。振动锤运行时，总数为偶数的偏心轮高速旋转产生振动力，这个力使护筒产生正弦波的垂直振动，强迫护筒的周围土壤产生液化、位移，由于土层移动，在护筒自身重量和振动锤重量的作用下，使护筒切入地层。当振动停止，土壤逐渐恢复原状。
3 理论计算
选择埋设护筒的振动锤型号时要考虑3个条件[3]：
条件一：振动锤的激振力P0大于护筒外壁与土的动侧阻力TV,计算公式如下:
P0>TV。
其中，P0为振动锤激振力，kN；TV为埋设至要求深度时，各土层的极限动侧阻力之和，kN；D1为护筒外直径，m；μi为第i层土层护筒极限侧阻力标准值减低率，一般取0.1～0.4，砂性土取下限，粘性土取上限；fsi为第i层土层的极限侧阻力标准值，kPa；Hi为第i层土层厚度，m。
条件二：振动锤系统总重量(护筒的重量+夹桩器重量+振动箱重量+压箱重量)大于护筒的动端阻力。因为护筒底截面积很小，护筒端动阻力远小于振动锤系统总重量，所以不需验算此埋设护筒条件。
条件三：振动锤系统的工作振幅A0大于埋设护筒到设计深度所需最小振幅A，计算公式如下:
A0>A。
式中：A0——振动体系的振幅，也叫工作振幅，mm；
A——振沉护筒到设计深度所需最小振幅，mm；
K——偏心力矩，N·m；
Q——振动重量，N；
N——护筒沉入深度中土层的标准贯入击数中的最大值。
4 实际应用
为了保证成孔时孔壁稳定，护筒长10 m，露出地面0.3 m；护筒内径1.4 m，壁厚6 mm；用与钢护筒同材质、同厚度的钢板对护筒顶部、底部进行加强，加强方式为设置一道高度20 cm的加劲圈；护筒顶部开2个溢浆孔。根据地质勘察报告，护筒穿越土层力学指标参数见表1。
表1 护筒穿越土层力学指标参数表
利用条件一选用振动锤：
本工程选用的DZ-60型振动锤，主要性能参数见表2。
表2 拟选DZ-60型振动锤主要性能参数表
验算条件三：DZ-60型振动锤的工作振幅A0=2K/Q=2×487/70 000=14 mm，而护筒到设计深度所需最小振幅A=N/12.5+3=26.6/12.5+3=5 mm，A0>A，所以DZ-60型振动锤满足埋设护筒条件三。
从上述计算分析中可以得知，选用振动锤时需要特别注意激振力的大小。
5 结语
1)在高速振动时,护筒周围土壤会产生液化效果,使护筒极限静侧阻力标准值降低，从而使护筒埋设、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，即可计算动侧阻力。
2)振动锤选型时，仅需要计算条件一和三，特别注意振动锤性能参数中的激振力是否符合要求。
3)在施工中,可以使用振动锤埋设护筒，也可起拔护筒。
4)地质勘察报告没有提供极限侧阻力标准值，可以参考《建筑桩基技术规范》[7]表5.3.5-1混凝土预制桩选取极限侧阻力标准值。
5)由于土成分、结构组成多变，力学参数不确定，按本文方法在实际施工中计算振动锤选型偏安全。
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[7] JGJ 94—2008,建筑桩基技术规范[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，硕士； 尹章权(1990- )，男； 朱俊霏(1996- )，女
1009-6825(2017)35-0079-02
TU470
A
