陈大印 冯志平

(温州大学建筑与土木工程学院，浙江温州 325005)

1 概况

随着经济的快速发展，生活、生产中产生的振动日益严重起来，公路交通、重工业的振动机器和施工活动等引起的振动，可导致临近振动敏感的精密仪表、设备和建筑物等产生扰动，对工程建设、精密测量和人们日常生活都有不可磨灭的影响，对环境的影响也不容小觑，国际上已经将振动列为七大公害之一，因此隔振减振研究意义重大。20世纪60年代以来，国内外很多研究人员对于屏障隔振做过一些研究。Klein及其他先驱通过三维频域边界单元法研究表明空沟深度是其隔振的主要影响因素。由于空沟仅适用于较小的波长，一般要取得好效果就要付出很大的经济代价。Klein用有限元法对高架桥路沿线的隔振管桩进行了测试，测试结果表明在距离震源25 m的情况下，管桩可以减少地面上下振动水平5 dB。在Karlstrom的列车实验中表明了空沟对低频率振动波有一定的削弱作用。高广运以SH波的三效应为出发点，运用了新的设计方法，突破了Woods等前辈的结论，成功证明了非连续屏障良好的隔振效果。而在Murillo的屏障隔振缩尺离心模型试验中，可以看到屏障深度才是其隔振效果的主要影响因素，至于宽度的影响只局限于浅深度及低频率，在与之对立的情况下，其影响可以忽略不计。

以上的研究主要考虑的是单向弹性土体中的屏障的隔振效果，但对于实际工程中遇到的软土中排桩的隔振效果，本文是基于实体桩现场测试试验基础上，通过试验测得的数据进行一系列的数据处理图像分析，理论对比来得出一些结论，探讨不同直径的桩、不同频率的振动波及实心、空心桩的不同组合的隔振效果。

2 模型试验

本实验室在尺寸为3.5 m×5.5 m×1.2 m的模型槽中进行，为了最大限度减少边界效应，侧壁由内而外分别由1层4 cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板、防水层、钢筋混凝土外围构成，底部垫有1层4 cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板。模型槽内还要填充一定高度的沙土，实验所用沙土是温州常见的河沙，经晒干、筛分后分层回填压实，然后测定其物理力学指标。所需的模型桩尺寸为75 mm，桩的长度分别为1.2 m。试验需要用到的主要仪器有VC2002函数信号发生器，JZ-5激振器，GF75W功率放大器，动态分析测试系统，动态信号分析测试仪，加速度传感器。

自由场与单排桩的测试与分析。为了体现排桩的隔振效果，首先要对无任何屏障情况下的自由场进行振动影响的测试，而后进行不同直径排桩的测试，本次对比试验采用的是75 mm桩，测点布置如图1所示。

图1 测点分布简图

2.1 单排桩和双排桩在三角波影响下的对比

单排桩和双排桩情况下，三种频率三角波影响的情况，从两个方向作对比，来讨论单排桩和双排桩的隔振效果，根据图像所统计的最大速度值(mm/s)分别以不同列测点画三幅图像，见图2～图4。

图2 5 Hz下的最大速度值

图3 50 Hz下的最大速度值

图4 20 Hz下的最大速度值

从图2～图4中可以看出:测点9～16在20 Hz情况下，双排桩的最大速度值低于单排桩的最大速度值，5 Hz时大部分低于单排桩，50 Hz时对比效果不明显，故在三角波作用下，双排桩Y方向的隔振效果优于单排桩;在Z方向不同频率波的作用下，单排桩和双排桩隔振效果对比不明显，双排桩的隔振效果没有明显的优于单排桩。

2.2 单排桩和双排桩在正弦波影响下的对比

单排桩和双排桩情况下，三种频率正弦波影响的情况，从两个方向作对比，来讨论单排桩和双排桩的隔振效果，根据图像所统计的最大速度值(mm/s)分别以不同列测点画三幅图像，见图5～图7。

从图5～图7中可以看出:在三种不同频率的正弦波的作用下，测点1～8，在频率为20 Hz和50 Hz时，双排桩各测点最大速度值均小于单排桩最大速度值，即双排桩的隔振效果优于单排桩;在5 Hz时，测点1～8双排桩和单排桩隔振效果对比不明显。测点9～16在频率为20 Hz和50 Hz时，双排桩各测点最大速度值亦是均小于单排桩最大速度值，即双排桩的隔振效果在此频率下优于单排桩;在5 Hz时，测点9～16双排桩和单排桩隔振效果对比不明显。单排桩和双排桩的最大速度值均是随测点距离震源越远而逐渐变小的，在测点2～7，最大速度值趋于稳定，变化很小;测点9～16也是如此。故在正弦波作用下，双排桩Y，Z方向的隔振效果优于单排桩，不过效果不太明显。

图5 单排桩和双排桩在5 Hz下的最大速度值

图6 单排桩和双排桩在20 Hz下的最大速度值

图7 单排桩和双排桩在50 Hz下的最大速度值

3 结语

排桩作为非连续屏障隔振中的一种，给工程实践带来便利同时也有较好的经济效益。它通过干涉振动波能的传递来达到隔振的效果。排桩模型试验研究的完善，将会使轨道交通、建筑物、施工场地等隔振减振方面有着重要的指导意义。本文通过室内试验和数据分析得出了如下的结论:

1)通过设置排桩，可以减小场地振动的速度值，让场地更趋于稳定，排桩可以有效地阻隔震源引起的震动。

2)如果振动场地多发生纵向震动时，宜采用双排桩，双排桩可以有效地阻隔纵向振动波的传播，减小振动产生的危害。如果多发生竖向震动时，宜采用单排桩，单排桩经济适用，并且其隔振效果相对于双排桩相差不大，单排桩对竖向波的传播有显著地阻隔效果，总体来说，双排桩对隔振效果没有明显的影响。

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