錘擊法施工預(yù)應(yīng)力管樁對周邊建筑物的影響及處理

1、 錘擊法施工預(yù)應(yīng)力管樁對周邊建筑物的影響及處理摘 要：錘擊法施工預(yù)應(yīng)力管樁，其振動、擠土作用對周邊建筑物的安全影響大，存在較大的安全隱患。該文通過工程施工實例，介紹了減輕管樁振動、擠土對周邊建筑物影響的措施，從而保證了周邊建筑物的安全。這些措施為類似工程提供借鑒。 關(guān)鍵詞：管樁施工；振動擠土；周邊建筑安全；技術(shù)措施；甌海大道快速路；溫州 0 前言 由于通常能夠很好地滿足工程結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求，樁基在各類建設(shè)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前工程中應(yīng)用最多的是鋼筋混凝土樁(分預(yù)制樁、灌注樁兩大類)，少數(shù)工程因特殊原因而采用了鋼樁(屬預(yù)制樁)。樁的施工技術(shù)主要有：錘擊法、振動法、靜壓法、成孔灌注法

2、等。由于鉆孔灌注樁等施工周期較長，施工現(xiàn)場泥漿多，樁身、樁端混凝土澆筑質(zhì)量不易控制，單方混凝土提供的承載力較低，預(yù)制樁(實心方樁、高強預(yù)應(yīng)力管樁等)一般會被設(shè)計人員當(dāng)成首選方案加以論證。 預(yù)應(yīng)力管樁具有以下優(yōu)點： (1) 質(zhì)量穩(wěn)定可靠。預(yù)應(yīng)力管樁是由專業(yè)廠家生產(chǎn)，采用先進工藝，將混凝土經(jīng)離心脫水密實成型，經(jīng)過常壓、高壓兩次蒸汽養(yǎng)護而制成的一種細長空心等截面預(yù)制混凝土構(gòu)件。在專業(yè)工廠的流水線上預(yù)制生產(chǎn)，施工質(zhì)量能夠得到嚴(yán)格控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 (2) 應(yīng)用范圍廣，工程適應(yīng)性強。預(yù)應(yīng)力管樁有不同的規(guī)格、長度可供選擇，適用范圍廣泛，對樁端持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強。同時，樁身抗裂性能好，

3、耐錘擊，土層穿透力強，可采用不同的沉樁工藝(錘擊法、靜壓法等)進行施工。 (3) 抗彎、抗拉性能好。由于預(yù)應(yīng)力管樁樁身混凝土強度高，加上使用了高強度、低松馳率的預(yù)應(yīng)力專用鋼筋，使樁身具有較高的有效預(yù)壓力(58MPa)，因此預(yù)應(yīng)力管樁具有相當(dāng)大的抗彎和抗拉能力。 (4) 耐久性好。預(yù)應(yīng)力管樁采用了高速離心成型工藝(離心加速度高達3035ga1)和高溫高壓(壓力106Pa；溫度180)蒸汽養(yǎng)護，因此樁身混凝土密實性好，其抗?jié)B性、抗硫酸鹽腐蝕性、耐碳化性等均優(yōu)于普通混凝土。 (5) 單樁承載力高，單位承載力價格便宜。預(yù)應(yīng)力管樁樁身混凝土強度等級為C80，具有高強性能，其單位承載力的造價比預(yù)制混凝土方

4、樁和鉆孔灌注樁低。 (6) 施工速度快，功效高，工期短。預(yù)應(yīng)力管樁在專業(yè)工廠預(yù)制生產(chǎn)，施工前期準(zhǔn)備時間短，一般能縮短工期12個月。 (7) 對施工場地要求不高，施工現(xiàn)場不需預(yù)制場地，無砂石、水泥，無泥漿污染，對施工場地狹窄的工程特別適用。 一般情況下，軟土、粘性土、粉土、砂土及全風(fēng)化巖體等地層條件均可采用管樁，因此預(yù)應(yīng)力管樁在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 1 工程概況 溫州市甌海大道西段快速路工程全長10.975km，西起站西路西，東至南塘大道，主線寬78m，主線按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，輔道以城市主干道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，將與已經(jīng)通車的甌海大道東段構(gòu)成東西向城市快速路，連接溫州新火車站和永強機場，是城市主城區(qū)

5、南側(cè)的交通景觀軸線。公跨鐵工程項目是甌海大道西段工程中的一段，從站西路至金麗溫高速公路，長1.536km，從溫州新火車站和新客運站中間穿過，與甬臺溫鐵路交叉，主車道上跨鐵路，輔車道下穿鐵路，從下向上形成輔道、鐵路、匝道、主線四個交叉層面，互不影響地面交通的流暢。項目投資約4.98億元，工程包括道路、橋涵、給排水、照明、電力、交通設(shè)施、綠化等。公跨鐵工程是溫州目前唯一既上跨又下穿的公跨鐵項目，是甌海大道西段工程建設(shè)的節(jié)點性、控制性工程，工程由無錫市政建設(shè)集團承攬并于2008年11月開工建設(shè)。 南輔道五孔箱涵，為站西河泄洪涵，樁號K0+676.736K0+719.061(長42.325m)，寬19

6、.1m，場地內(nèi)的地層情況自上而下分為： 素填土，灰黃土，灰黃雜色，松散，道路回填土較密實，以碎石土為主，兩側(cè)下部為耕土，含植物根，全場分布。 粘土，灰褐色，呈軟塑，高壓縮性，含少量鐵錳質(zhì)氧化物、根莖等，高韌性，刀切面光滑，干強度高。fk=80kPa。 1粘土(淤泥)：灰色，含少量腐植物碎屑、貝殼殘片，含水量大，呈流塑，高壓縮性，高靈敏度，易觸變，有異嗅，全場分布。fk=45kPa。 2粘土(淤泥)：含水量比1層稍小，性質(zhì)基本相同，全場分布。fk=55kPa。 1粘土：灰黃色，軟塑，高中壓縮性，干強度高，高韌性，刀切面光滑，含少量鐵錳質(zhì)氧化物斑點，該層厚度較薄，分布不均，主要分布于場地西北部小樁

7、號段。fk=120kPa。 2粘土：灰色，呈軟塑，高壓縮性，干強度高，高韌性，含少量腐植物碎片，厚度變化較大，全場分布。fk=80kPa。 圓礫：灰、灰黃色，濕，稍密，礫石含量約占4065%，粒徑一般0.54cm，少數(shù)大者達6cm以上，呈亞圓形，成分為中風(fēng)化火山碎屑巖，局部細粒土含量較高。fk=300kPa。 1亞粘土：灰色，軟塑，中高壓縮性，含少量腐植物碎片，局部夾粉土、粉砂薄層，中等韌性，刀切面較光滑，干強度中等，全場分布。fk=140kPa。 2粘土：青灰、灰黃色，軟塑，中等壓縮性，干強度高，高韌性，刀切面光滑，含少量腐植物，夾少量薄層亞粘土、粉砂，全場分布。fk=160kPa。 場地勘

8、探深度范圍內(nèi)賦存有潛水、承壓水及基巖裂隙水。潛水賦存于粘土及淤泥質(zhì)軟土中，粘性土具弱透水性，弱含水性，水量較小。承壓水主要賦存于下部圓礫層中，具較強富水性和透水性，具弱承壓性。 五孔箱涵涵底設(shè)計采用先張法高強預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)進行處理，縱向24排，橫向12排，樁縱、橫間距均為1750mm。管樁規(guī)格為PHC-B500(100)，設(shè)計樁長38m，樁底標(biāo)高-39.7m，樁穿透圓礫層，進入1亞粘土層，約6m。 預(yù)應(yīng)力管樁可選用落錘、氣動錘、柴油錘、電動振動錘、液壓振動錘、液壓靜壓機械等設(shè)備進行沉樁施工。其中柴油錘、電動振動錘、靜壓機械等在我國使用較為廣泛，但實際一般選用靜壓法和錘擊法進行沉樁施工。靜

9、壓法施工是通過抱緊油缸將樁抱緊，以機械的自重和機身上的配重通過頂壓油缸傳遞到樁身，集中受力后，再將樁壓入地層標(biāo)高中。錘擊法則利用樁錘的沖擊能量克服土對樁的阻力而使樁沉到預(yù)定深度，其主要設(shè)備有樁架、樁錘、動力設(shè)備等，錘擊法通過錘頭內(nèi)的錘芯壓縮缸體內(nèi)，當(dāng)霧化的柴油和機油進行燃燒爆炸產(chǎn)生向下的作用力，再通過錘頭下的樁帽等一系列緩沖將力和振動作用到樁身，逐步擊入土層標(biāo)高。 錘擊法沉樁設(shè)備簡單、穿透力強，由于噪聲大、振感強烈，在城市或一些特殊區(qū)域的使用受到了越來越嚴(yán)格的限制；靜壓法沉樁雖然無振動、噪聲問題，但由于設(shè)備笨重而對施工場地承載力要求高且搬運難度大、適用工程地質(zhì)條件單一，其應(yīng)用也具有一定的局限性

10、。經(jīng)對場地巖土層性狀、單樁承載力大小、環(huán)境控制要求、造價，以及當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有施工技術(shù)力量等綜合比選，箱涵預(yù)應(yīng)力管樁采用錘擊法沉樁，施工設(shè)備為DD-53型柴油錘擊樁機。在箱涵管樁施工場地南側(cè)有1400mm自來水管。1400mm自來水管以422m管橋跨越站西河，管橋橋墩采用2600mm基礎(chǔ)，樁以1亞粘土層作為持力層，樁長42m，管橋鉆孔樁距離預(yù)應(yīng)力管樁的最近距離為2587mm，最遠距離為48309mm。預(yù)應(yīng)力管樁與自來水管橋的位置關(guān)系見圖1所示。圖1 預(yù)應(yīng)力管樁與自來水管橋的位置關(guān)系圖(單位：mm) 2 預(yù)應(yīng)力管樁沉樁施工對自來水管橋的影響 軟土強度低，孔隙中充滿了水，具有低透水性。錘擊沉管樁過程中，對

11、環(huán)境的影響主要為振動、擠土和噪聲。擠土和振動在引起樁周土破壞的過程中，樁周土形成三個區(qū)域：緊貼樁周表面結(jié)構(gòu)完全破壞的土體為第一區(qū)域，基本保持原狀而未破壞的土體為第三區(qū)域，介于兩者之間的第二區(qū)域。第一區(qū)域大約在樁周50200mm范圍內(nèi)，此范圍內(nèi)土體天然結(jié)構(gòu)完全破壞，土體受到劇烈擠壓，土體內(nèi)空隙水壓力迅速增大，有效應(yīng)力減小。從樁的設(shè)計樁徑D和樁長L來看，樁對樁周土的有效影響范圍應(yīng)該在0.7L，0.7L以外的土體可以看作是基本保持原狀而未破壞的土體，即第三區(qū)域。這是從單樁沉樁來分析判斷的，如果是群樁，影響范圍可能增大。從理論上來說，打入一根樁，其排土量有限，即使其影響范圍較大，也不會對周邊建筑造成影

12、響。擠土樁對周邊建筑的影響可以看作是整個建筑樁基礎(chǔ)全部樁沉樁入土的群樁效應(yīng)，即總的排土量增大，擠土影響范圍擴大。 樁入土?xí)r將擠開相應(yīng)體積的土體，多表現(xiàn)為地基土體向上隆起和側(cè)向水平位移，包括地表、淺層和深層土體的變位，并使地基土體中產(chǎn)生很高的超靜孔隙水壓力。這必將影響樁的工程質(zhì)量(變位、上浮)，危及鄰近建筑物和地下管線的安全，另外，沉樁施工后，受干擾的地基土體會發(fā)生回沉，使樁受到負摩擦力的作用而降低承載力和增加沉降量，所以在沉樁施工中必須引起足夠重視和預(yù)先采取有效的防治措施。 1400mm自來水管是溫州自來水兩大水源地珊溪水庫和澤雅水庫中的澤雅水庫水源主要輸水管路，供水主要為甌海區(qū)，供水人口30

13、多萬。箱涵處，預(yù)應(yīng)力管樁稠密(管樁總面積/箱涵底面積=24120.50.519.142.325=0.28)。樁底超過自來水管橋鉆孔樁樁底且離管橋最近距離為2587mm。最近距離為0.068L0.7L(亦遠小于計算的沉樁安全距離)，處在最大的土體位移區(qū)內(nèi)，土體的側(cè)向位移將會對管橋和自來水管產(chǎn)生較大擠壓作用。為此，必須預(yù)先采取相應(yīng)有效、可靠、可行的防治措施，確保自來水管橋安全，以保障其正常供水。 3 減弱振動、擠土作用的措施 為了減小沉樁引起的地基土體變位的影響，必須有效地減少沉樁施工中的擠土量和超靜孔隙水壓力，或加快超靜孔隙水壓力的消散，或減小地基變位和超靜孔隙水的危害影響范圍。為了減少沉樁引起

14、的振動危害，必須減小振動波傳遞。 (1) 測量管樁內(nèi)進土量，初步估計管樁的擠密效應(yīng)。預(yù)應(yīng)力管樁是空心樁，場地鋪筑塘渣平整后即進行管樁施工。2009年3月16日開始施工，先施工35根管樁，測量預(yù)應(yīng)力管樁空心部分的土體填筑長度，經(jīng)實測，因場地需要塘渣厚達1.5m、中含片石、塊石，樁端孔口容易堵塞，管樁內(nèi)一般進土長度在0.6m，僅占樁長的1.58，擠土效應(yīng)相當(dāng)明顯。 (2) 錘擊沉管樁在施工過程中，對地表層最主要的影響為振動，打樁引起的振動波是在重錘擊樁的瞬時，由錘樁接觸點傳出的不均勻加速度場引起的，它不同于從遠端傳來的近似均勻的地震波振動場，評價打樁振動效應(yīng)的方法和安全標(biāo)準(zhǔn)可以參照評價爆破地震效應(yīng)

15、的方法和安全標(biāo)準(zhǔn)。自來水輸水鋼管與管橋蓋梁采用鋼抱箍通過預(yù)埋管橋預(yù)埋螺栓連接，其下的橡皮墊塊有一定的振沖緩解作用，但錘擊施工預(yù)應(yīng)力管樁振動作用強烈，在施工區(qū)域和自來水管橋交界處開挖減振溝(寬0.5m，深1m)，以減小振動波傳遞造成的地表振動。在靠近管橋處，采取退打的方式，即先施工距管橋最近的樁，以其作為屏障，阻擋土擠向保護目標(biāo)。然后逐步向后，此時先施工的樁具有一定的減振作用。 (3) 對預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計進行優(yōu)化并設(shè)置應(yīng)力釋放孔，見圖2所示。 a.將靠近自來水管橋的第一排預(yù)應(yīng)力管樁取消，增大了預(yù)應(yīng)力管樁與自來水管橋間的距離。 b.將靠近自來水管橋的第二排預(yù)應(yīng)力管樁改為鉆孔樁，采用螺旋鉆取土成孔(盡

16、量不采用正循環(huán)鉆孔灌注樁的成孔方式，因這種方式的泥漿護壁環(huán)層不但不能減少土體的孔隙水壓力，反而使孔洞周圍土體的孔隙水壓力有所加大，造成不良的局面)。之后，先作為預(yù)應(yīng)力管樁施工時的應(yīng)力釋放孔，孔徑為500mm，孔底標(biāo)高同預(yù)應(yīng)力管樁，并用鋼筋籠護住孔壁，因孔中應(yīng)力很低，錘擊施工預(yù)應(yīng)力管樁造成流變的軟泥優(yōu)先擠入孔內(nèi)，排入孔內(nèi)的軟泥減輕了土對樁的擠壓，又減弱了土向場外的擴張。待預(yù)應(yīng)力管樁施工結(jié)束后，再重新鉆孔灌注成鋼筋混凝土樁。 c.在離自來水管橋最遠的預(yù)應(yīng)力管樁外側(cè)設(shè)1排應(yīng)力釋放孔、在自來水管橋與預(yù)應(yīng)力管樁間設(shè)置一定數(shù)量的應(yīng)力釋放孔(亦采用螺旋鉆取土成孔)。在場地外圍每個保護目標(biāo)管橋橋墩一側(cè)各先鉆5

17、00mm鉆孔，鉆孔孔底標(biāo)高比預(yù)應(yīng)力管樁低2m，并用鋼筋籠護住孔壁，當(dāng)沉樁向場地外圍擠土擴張到達孔附近時，因孔中應(yīng)力很低，流變的軟泥優(yōu)先擠入孔內(nèi)，從而阻止軟土向場外擴張，保護了鄰近建筑物和管道。預(yù)應(yīng)力管樁施工完畢后，應(yīng)力釋放孔采用素土回填。 (4) 控制沉樁速度(控制在1m/rain左右)和每天打入量為5根。 (5) 加強施工過程中擠土對自來水管及管橋影響的監(jiān)測，邊監(jiān)測邊施工。在管橋每個橋墩蓋梁、墩身、自來水管上設(shè)點進行。觀測內(nèi)容見表1所列。圖2 管樁修改及應(yīng)力釋放孔布置圖(單位：mm)表1 自來水管監(jiān)測內(nèi)容表 4 效果 自2009年3月16日開始沉樁，6月12日沉樁結(jié)束。施工過程中，沉樁嚴(yán)格按制定的措施執(zhí)行，由監(jiān)控小組負責(zé)自來水管橋的監(jiān)測。通過監(jiān)測，管橋的位移情況如圖3所示。 觀測數(shù)據(jù)顯示管橋的水平位移為19mm，豎向位移為7mm，低于報警值。傾斜監(jiān)測數(shù)據(jù)也滿足要求，說明管樁施工對管橋和自來水管的影響均在控制范圍內(nèi)。圖3 管樁修改