摘要:随着时代发展,桩基在基础工程中的使用越来越广泛,桩基施工问题也日益突出。概括介绍了桩基施工振动对环境的影响和危害,并详细阐述了打桩时的挤土效应及其对后期土体开挖和桩承载力的影响。最后针对上述危害提出了防治措施。
Abstract: With the development of the world,pile foundation is widely used in the foundation engineering,and the problem about the construction of pile foundation is getting worse. This paper simply introduces the harm and effect of the vibration and noise while pile driving,and elaborates in detail the vibration of the compaction effect to the soil excavation and pile bearing capacity later. Finally it puts forward prevention measures to the harms above.
关键词:桩基施工振动;挤土效应;危害影响;防治措施
Key words: pile foundation construction vibration;compaction effect;harm and effect;prevention measures
中图分类号:TU72 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0087-02
0引言
2009年暑假在香港中路银座广场施工现场实习,在实习的过程中由于桩基施工振动对云霄路饭店的影响而改变了设计方案,本文就工程的实际情况就桩基施工对周围环境的影响加以论述。
随着国民经济的发展,城市化人口激增,而城市基础设施相对落后,尤其是住房相对紧缺的矛盾日益突出,城市交通以及住房等基础设施需要不断更新和改善。随着高层建筑的不断涌现,在城市特别是大中城市,楼层紧密,人口众多,各类建筑以及地下结构的施工都将对周围环境产生影响。本文就桩基施工对周围环境的影响作简要概述,并就如何减小其影响提出几点建议。
1桩基施工噪音的影响
生物学研究显示85分贝是耳朵在没有保护的情况下能够容忍的最高噪音,超过85分贝的声音就会使人心情烦躁,影响学习和休息,降低工作效率。长时间处于这种环境下会引发健康问题。而打桩时,柴油锤产生的噪声高达120分贝以上,一根桩需要锤击几百次乃至几千次,严重影响了周围居民的生活和工作。国外对噪声控制特别是施工的噪声控制都有明确的规定。表1为美国环境保护署对建筑施工噪声的控制标准[1]。
2桩基施工振动的影响
打桩时会产生一定的振动并以振动波的形式向四周扩散。但是这种振动与地震产生的振动不一样。在振动传播的过程中,地震所产生的地面加速度可以看作是一个均匀的振动场,而打桩时所产生的地面加速度会迅速衰减,是一个不均匀的的加速度场[2]。打桩时产生的振动会造成地基变形,房屋,管道,公共设施损害,设备及各种精密机械工作性能损害等,居民生活也会造成影响。打桩时,锤击次数越多造成的危害就越大。
3打桩时挤土效应的影响
预制桩施工中会遇到一种称为挤土效应的现象,这是由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动,改变了土体的应力状态而产生的。当桩身进入地下时,桩身将置换出同体积的土。因此在打桩区内和打桩区外一定范围外的地层,会发生竖向和水平向的位移[3]。如图1所示。
由图1可以看出在地表附近,桩周土体产生一定的隆起变形,其下部主要为向下的竖向变形及侧向挤压变形;在靠近桩底部,由于桩体贯入过程中的挤压冲压作用,产生挤压应力,形成动态塑性扰动,出现较大的竖向变形。从地表外形来看,紧挨着桩体仍为竖向向下的变形,距桩周2d(d为桩径)左右范围内属于隆起,而在距桩周5d范围外,变形非常小。
挤土效应造成的危害正是基于上述原理,在预制桩打入时造成周围土体的超孔隙水压力升高,降低了土的不排水抗剪强度,促使周围临近土体因不排水剪切而破坏,与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。加之群桩的叠加因素,扩大了位移和土体隆起的范围,造成已打入的桩和邻近结构物的侧向位移和上浮。
综上所述,打桩引起的挤土效应造成的危害主要表现在以下几个方面:
3.1 对附近建筑物和地下管线的危害在密集的建筑群中打桩时,常常会对附近建筑物和地下管线造成危害,致使结构物出现裂缝,煤气管道因土体侧向位移而破裂,引起泄漏等,给居民生活带来不便。
3.2 使得桩体抬高,挠曲及折断如前所述,在沉桩过程中,桩要置换相同体积的土,致使在打桩区内地面将会被隆起及抬高。尤其是在灵敏性高的粘土中,桩周土会产生很高的孔隙水压力,使先打入的桩向上浮起。当有邻桩压入时,由于挤土效应与之相邻的已压入桩体除桩顶部位外,在水平方向均受到压力作用;在垂直方向,由于已压入的桩的侧摩阻力与桩体自重应力的叠加作用,其上部将受到拉应力作用,而下部则受到压应力作用。桩体侧向变形在1/2桩长左右处最大。由于地面的隆起,已打入的桩上抬,造成桩尖脱空,现场载荷试验时会发生突沉现象。这种现象使单桩承载力的确定变得困难。
3.3 在边坡或边坡附近打桩带来的危害在港口工程建设中,常需要打入大量的桩。由于临江面边坡的阻力小,桩位常向江面移动,更严重的是会导致边坡失稳,所以在这种工况下施工要特别注意。
3.4 打桩与基坑开挖互相影响带来的危害在打桩区附近开挖基坑时,由于侧向卸载,常造成附近基坑围护体系移动,以及桩向基坑方向移动。桩越密,相邻的基坑越近,越深,影响就越严重。另外基坑开挖本身的大量卸载,而大量桩打入地下,储备着很大的挤应力,这些挤应力的释放会使工程桩发生位移。位移方向往往与挖土方向一致。最近上海“莲花河畔”住宅楼的倒塌就是典型的例子。
3.5 桩承载力的后期效应对周围土体来说,打桩过程是一个不排水的挤压过程。因此,在桩周围土体中必然会产生很高的孔隙水压力。打桩结束后,孔隙水压力逐渐消散,周围土体发生再固结,再固结导致土体有效应力增加,因此,桩的承载力也会随时间而逐渐增加。另外,再固结将导致桩间土面下沉,使得土面与承台脱离。
打桩引起的这一系列情况,主要是由于桩对土的排挤作用造成的。在饱和软土中打桩,土的渗透系数变小,由桩对土的挤压应力引起的孔隙水压力消散越困难,桩土体积等代效应就越大,因此危害性越严重。
4打桩影响的综合防治措施
4.1 防噪声的措施打桩施工时,应将桩架用隔音板或布蓬围起,不在规范规定以外的时间打桩,尤其是不在夜间打桩,以保证居民的生活不受干扰。
4.2 防振动的措施对在打桩受影响的建筑物周围可以设置防震沟,既隔断了打桩产生的振动波的传播,又缓解了地表土体的侧向位移。而对周围建筑物内的精密仪器、仪表或机床采取隔振措施,了解打桩干扰频率,使保护对象的固有频率避开干扰频率,防止产生共振。
4.3 合理安排施工顺序,控制打桩速率打桩顺序是否合理,直接影响打桩进度和施工质量,甚至危及周围建筑物的安全。打桩的顺序在很大程度上决定挤土方向。由于先打入的桩对后来打桩产生的土体位移,能产生阻挡作用,故打桩顺序对不同部位土体的位移量也能起到控制作用。在迎着和背着打桩顺序的方向上,与打桩距离相等的两个地面土体的隆起和位移相差可达一倍至数倍。我们可以通过安排不同的打桩顺序来有效地减少土体在不同部位的位移量。在空旷场地上,先中央后周围,由里及外的打桩顺序可以有效地减少挤土效应,不至于使中间桩桩难以打入,甚至使外侧各桩被挤压而浮起。跳打可使区域大建筑场地的邻近建筑物变形趋于平衡,有效地减少不均匀沉降,防止建筑物倾斜。区域小的建筑场地,采用间隔打桩,减少土体的侧向挤压力。两边跳打的工艺则适用于场地两边均需要保护的情况。
打桩速率决定着超孔隙水压力的增长与消散,而超孔隙水压力对土体的变形又有直接的影响[4]。打桩速率越高,超孔隙水压力的增长也就越快,影响也越严重。因此对打桩速率的控制尤其是打桩初期和后期速度的控制影响着其对周围建筑物的危害程度以及施工进度。打桩速率的控制和调整就显得格外重要。
4.4 防挤土的措施基于挤土效应产生的原理可以通过设置垂直排水通道以及在群桩周围布设应力释放孔的方式来加快超静孔隙水压力的消散,减轻土体挤压产生的位移。预钻孔打桩及开挖防挤沟,可以隔断打桩引起的挤土压力及超孔隙水压的传递途径,起到减少浅层土压的作用。
4.5 加强监测在打桩作业范围内的建筑物设置观测点,时刻注意建筑的变形情况,做到信息化施工。
5结束语
(1)打桩对周围环境有一定的影响,其影响程度取决于打桩的数量,桩间距,土质情况以及桩距离建筑物的远近程度等等,因此施工前应充分考虑各种因素,制定出合理有效地施工方案,并对可能发生地情况做出预测,从而减少打桩对环境的影响。
(2)打桩对周围建筑的影响很大程度上取决于建筑物本身的结构状况,因此施工前充分了解周围建筑物的原有结构及基础状况是十分必要的。
(3)合理安排打桩顺序使各种防治措施中最经济可行的措施。打桩顺序应背离被保护建筑物,由近及远进行。当四周都有被保护对象时,宜从外围往中心打。
参考文献:
[1]《建筑施工场界环境噪声排放标准及测量方法》.
[2]王永良.桩基施工对周围环境的影响[J].西部探矿工程,2004,3:65-66.
[3]郑刚,顾晓鲁.《高等基础工程学》[M].机械工业出版社.
[4]王兴龙,石春梅.桩长、桩型及打桩的速率、顺序等因素对挤土的影响[J].土工基础,2004,18(3):46-47.