桩基础施工对周边建筑物的影响.pdf

1、 广 东 土 木 与 建 筑 !“ 年 第 # 期随 着 经 济 的 不 断 发 展 ， 高 层 乃 至 超 高 层 建筑 越 来 越 多 ， 而 它 们 的 基 础 施 工 设 计 、 方 法 及过 程 都 对 其 周 围 邻 近 的 建 筑 结 构 物 产 生 一 定的 影 响 ， 其 后 果 有 时 甚 至 会 极 其 严 重 ， 这 在 工程 实 践 中 已 屡 见 不 鲜 。 如 在 锤 击 桩 基 础 施 工中 ， 打 桩 振 动 容 易 造 成 附 近 建 筑 物 墙 体 、 地 面等 出 现 裂 缝 ； 钻 孔 灌 注 桩 虽 可 以 避 免 上 述 不 良影 响 ， 但 当

2、桩 穿 过 砂 层 时 ， 若 未 能 及 时 用 泥 浆护 孔 ， 则 会 造 成 涌 砂 、 塌 孔 等 ， 对 周 围 已 有 建 筑物 构 成 威 胁 。 基 础 施 工 的 环 境 效 应 ， 即 各 种 桩型 及 深 基 坑 开 挖 施 工 对 周 围 环 境 造 成 的 不 良影 响 ， 是 当 前 城 市 建 设 中 特 别 突 出 的 问 题 。$ 振 动 对 结 构 物 的 危 害目 前 对 建 筑 物 受 振 动 而 破 损 的 机 理 的 研究 还 不 够 透 彻 ， 但 总 的 来 说 ， 建 筑 物 对 振 动 的敏 感 程 度 与 下 列 因 素 有 关 ：! 建

3、 筑 物 的 动 、 静 力 特 性 及 现 状 ；“ 建 筑 物 的 基 础 条 件 ；# 地 基 和 建 筑 材 料 中 振 动 波 的 传 播 特 性 ；$ 振 动 历 时 及 其 幅 频 特 性 。不 同 类 型 的 建 筑 物 ， 其 规 模 、 材 料 、 建 造 方法 和 基 础 类 型 可 能 存 在 较 大 的 差 异 。 振 动 的 类型 、 强 度 、 频 率 、 波 长 以 及 相 对 于 建 筑 物 主 轴 的入 射 角 等 ， 对 是 否 产 生 结 构 破 坏 均 有 重 要 影 响 。另 外 ， 建 筑 物 的 静 力 状 态 以 及 位 移 、 阻 尼和 温

4、度 变 化 对 结 构 的 影 响 ， 也 可 能 是 分 析 中 的重 要 因 素 。 例 如 对 于 那 些 在 静 应 力 作 用 下 已 接近 临 界 稳 定 状 态 的 结 构 物 ， 即 使 是 非 常 小 的 振动 也 有 可 能 使 之 产 生 严 重 的 破 坏 ， 因 此 可 粗 略地 将 振 动 引 起 的 建 筑 结 构 物 破 损 分 成 两 种 类型 ， 一 是 直 接 由 振 动 引 起 的 破 坏 ， 即 建 筑 物 先前 完 好 ， 也 没 有 异 常 应 力 变 化 ， 其 破 损 纯 粹 由振 动 造 成 ； 二 是 间 接 由 振 动 引 起 的 破 坏

5、 ， 如 在有 些 情 况 下 ， 振 动 使 地 基 产 生 较 大 的 位 移 或 强度 发 生 较 大 的 衰 减 （ 如 饱 和 粘 土 软 化 和 饱 和 砂土 液 化 ） ， 继 而 导 致 建 筑 物 出 现 破 坏 现 象 。要 精 确 地 确 定 建 筑 物 的 容 许 振 动 ， 其 分 析过 程 既 十 分 复 杂 又 不 实 用 ， 目 前 各 国 采 用 的 有关 指 标 也 存 在 差 异 。 我 国 和 瑞 典 等 国 常 用 竖 向质 点 速 度 峰 值 !%， 而 德 国 和 瑞 士 则 使 用 质 点 速度 峰 值 拟 矢 和 即 !&， 其 定 义 为 ：

6、式 中 ， !、 !(、 !%分 别 是 各 方 向 实 测 质 点 的 速 度峰 值 。 由 于 同 一 质 点 的 ) 个 分 量 速 度 峰 值 在 实际 工 程 中 极 少 同 时 出 现 ， 所 以 不 少 人 认 为 !&的定 义 并 非 十 分 合 理 。 为 了 便 于 比 较 ， 可 采 用 下面 的 !&与 !%的 换 算 公 式 ：!%*（ “+#,$+“） !&!%*（ “,“+#） !&! 施 工 振 动 的 类 型目 前 ， 在 基 础 施 工 中 产 生 的 振 动 类 型 主 要有 爆 破 振 动 和 打 桩 、 压 桩 、 强 夯 等 。!+$ 爆 破 振 动

7、在 人 工 控 孔 桩 等 深 基 础 施 工 中 ， 往 往 由 于要 进 入 中 风 化 和 微 风 化 岩 层 而 需 用 爆 破 方 法来 凿 进 深 度 ， 爆 破 引 起 的 振 动 有 可 能 使 邻 近 建筑 物 产 生 破 损 。 由 于 地 基 和 建 筑 构 件 所 受 的 动应 力 大 小 主 要 与 质 点 振 动 速 度 有 关 ， 控 制 质 点振 动 速 度 就 显 得 非 常 重 要 。 我 国 对 爆 破 振 害 已作 过 大 量 的 测 试 、 调 查 和 分 析 ， 并 已 颁 布 实 施桩 基 础 施 工 对 周 边 建 筑 物 的 影 响王 霄 志（

8、 广 州 市 怡 和 机 电 工 业 工 程 有 限 公 司 -$“）212z2y2xr)()()( VVVV +=（ 水 平 分 量 占 优 势 ）（ 竖 向 分 量 占 优 势 ） 施 工 技 术 .$/ / 广 东 土 木 与 建 筑 !“ 年 第 # 期了 国 家 标 准 爆 破 安 全 规 程 （ $%#&!(#） ， 表) 列 出 了 其 中 对 一 些 主 要 建 （ 构 ） 筑 物 的 地 面 质点 安 全 振 动 速 度 的 规 定 值 。 应 用 时 除 了 控 制 质点 振 动 速 度 外 ， 还 要 考 虑 爆 破 振 动 的 持 续 时 间对 建 筑 物 的 累 积

9、破 坏 作 用 ， 振 动 主 频 率 与 建 筑物 固 有 频 率 之 间 的 关 系 等 因 素 。!*! 打 桩 、 压 桩 、 强 夯 等这 类 施 工 引 起 的 振 动 一 般 难 以 直 接 导 致建 筑 物 破 坏 ， 除 非 邻 近 建 筑 物 搭 建 简 易 且 已 较为 陈 旧 。 在 静 荷 载 作 用 下 使 用 正 常 的 多 年 建 筑物 在 强 烈 振 动 产 生 的 动 荷 载 作 用 下 ， 可 能 发 生地 基 液 化 、 振 沉 、 地 基 滑 动 等 振 害 ， 导 致 开 裂 、倾 斜 甚 至 倒 塌 等 各 类 事 故 。 我 国 尚 没 有 正

10、式 颁布 这 类 振 动 的 控 制 标 准 。 作 为 参 考 之 用 ， 表 ! 和表 + 列 出 了 瑞 典 和 德 国 技 术 规 范 的 有 关 规 定 。+ 主 要 隔 振 措 施既 然 已 经 清 楚 振 动 会 对 建 筑 物 产 生 破 坏影 响 ， 那 么 预 防 这 类 破 坏 就 很 有 意 义 了 。 如 果采 取 有 效 的 预 防 措 施 ， 则 不 仅 能 避 免 建 筑 破 坏事 故 、 人 员 伤 亡 、 严 重 经 济 损 失 等 ， 还 可 以 保 证施 工 按 照 规 定 工 期 完 成 ， 不 致 因 出 现 事 故 而 停工 停 产 ， 甚 至 与

11、 周 围 社 区 产 生 矛 盾 和 纠 纷 。建 筑 施 工 等 引 起 的 地 基 振 动 ， 大 多 是 以 表面 波 的 形 式 向 远 处 扩 散 。 实 践 证 明 ， 沿 振 动 的传 播 路 径 设 置 明沟 、 充 填 沟 和 排桩 等 屏 障 ， 则 其后 方 区 域 的 地 基振 动 就 有 可 能 得以 降 低 ， 如 图 )所 示 。由 振 源 产 生 的 表 面 波 传 播 到 隔 振 屏 障 时 ，将 会 发 生 反 射 和 透 射 ， 并 且 在 其 两 端 和 底 部 还会 出 现 波 型 转 换 和 波 绕 射 ； 屏 障 背 后 的 地 面 振动 由 透

12、射 波 和 绕 射 波 组 成 ， 总 能 量 一 般 要 低 于屏 障 前 入 射 波 的 能 量 ， 这 些 区 域 的 地 面 振 动 强度 由 此 将 得 以 降 低 。 但 由 于 在 屏 障 体 两 端 的 绕射 波 较 强 ， 其 附 近 地 面 振 动 降 低 的 程 度 往 往 比屏 障 后 中 间 部 位 要 差 。 其 次 ， 屏 障 前 方 的 局 部区 域 因 反 射 波 作 用 而 会 出 现 地 面 振 动 放 大 的现 象 。 从 屏 障 类 型 看 ， 充 填 沟 的 隔 振 效 果 一 般不 如 明 沟 。作 为 评 价 地 基 隔 振 效 果 的 常 用

13、指 标 ， 地 基振 幅 衰 减 系 数 !,定 义 为 !)（ !)、 !分 别 为隔 振 前 、 后 地 面 某 点 的 位 移 振 幅 ） 。 当 !,-) 时 ，屏 障 才 具 有 隔 振 效 果 。 美 国 有 些 学 者 认 为 !,!“*!. 时 ， 屏 障 的 隔 振 效 果 才 理 想 ， 笔 者 认 为 应根 据 防 振 体 的 容 许 振 动 来 确 定 !,的 临 界 值 。在 设 置 明 沟 隔 振 时 ， 沟 深 是 影 响 隔 振 效 果表 ) 我 国 对 爆 破 地 面 质 点 安 全 振 动 速 度 的 规 定 值建 （ 构 ） 筑 物 类 型振 动 速 度（

14、 / 0）土 窖 洞 、 土 坯 层 、 毛 石 房 屋 )“一 般 砖 房 、 非 抗 震 的 大 型 砌 块 建 筑 !“1+“钢 筋 混 凝 土 框 架 房 屋 .“水 工 隧 洞 )“交 通 隧 洞 ).“矿 山巷 道围 岩 不 稳 定 但 支 护 良 好 )“围 岩 中 等 稳 定 但 支 护 良 好 !“围 岩 稳 定 且 无 支 护 +“表 ! 瑞 典 技 术 规 范 关 于 打 桩 、 强 夯 和 交 通 振 动 的 规 定建 筑 类 型“,（ / 0）)“1+“23+“1#“23混 凝 土 结 构 、 工 业 建 筑 、 钢 结 构 )! )!1)(带 混 凝 土 基 础 的

15、 建 筑 、 混 凝 土 和 砖 墙 ( (1)!砖 砌 空 心 墙 建 筑 、 木 梁 上 的 地 板 . .1(对 振 动 特 别 敏 感 和 历 史 性 建 筑 + +1.表 + 德 国 技 术 规 范 （ 4567).“） 关 于 瞬 态 振 动 的 规 定建 筑 类 型“,（ / 0）-)“23)“1.“23.“1)“23办 公 室 、 工 业 厂 房及 类 似 建 筑!“ !“17“ 7“1.“民 用 住 宅 及 类 似 建 筑 . .1). ).1!“对 振 动 特 别 敏 感和 历 史 性 建 筑+ +1( (1)“图 ) 地 基 隔 振 机 理 示 意 图绕 射 波透 射 波

16、反 射 波入 射 波 施 工 技 术 &! 广 东 土 木 与 建 筑 !“ 年 第 # 期的 关 键 因 素 ， 而 沟 宽 的 影 响 则 要 区 别 对 待 ， 当沟 深 较 大 时 ， 沟 宽 对 隔 振 效 果 影 响 较 小 ； 沟 深较 小 时 ， 其 隔 振 效 果 随 沟 宽 的 增 大 而 提 高 。在 隔 振 沟 设 计 中 ， 还 要 注 意 土 层 成 层 性 的影 响 。 在 上 硬 下 软 的 层 状 地 基 中 ， 地 表 振 源 引起 的 振 动 将 主 要 在 地 表 硬 土 层 中 传 播 ， 设 计 时可 近 似 将 这 一 硬 土 层 当 成 均 匀

17、地 基 考 虑 ； 但 对于 上 软 下 硬 的 层 状 地 基 ， 土 层 界 面 的 反 射 、 折射 波 会 对 较 远 处 地 表 的 振 动 起 增 强 作 用 。 在 这种 情 况 下 ， 要 保 证 达 到 要 求 的 隔 振 效 果 ， 沟 底宜 设 置 在 下 卧 硬 土 层 一 定 深 度 处 。由 此 可 知 ， 要 想 用 明 沟 有 效 地 隔 离 地 基 传来 的 低 频 振 动 ， 其 沟 深 必 须 足 够 大 ， 但 这 显 然会 给 施 工 和 维 护 带 来 不 便 和 困 难 。 在 这 种 情 况下 ， 可 以 采 用 充 填 沟 来 隔 振 。 理

18、论 和 试 验 研 究结 果 表 明 ， 充 填 沟 隔 振 效 果 与 其 主 要 影 响 因 素之 间 的 关 系 可 用 下 式 表 示 ：式 中 ， !$为 隔 振 沟 形 状 因 子 ； !%为 填 充 材 料 波 速因 子 ； !&为 隔 振 沟 横 截 面 积 因 子 ； !为 充 填 材 料质 量 密 度 因 子 。充 填 沟 隔 振 效 果 与 所 用 的 充 填 材 料 直 接相 关 ， 在 工 程 中 用 来 充 填 隔 振 沟 的 材 料 很 多 ，软 性 材 料 有 粉 煤 灰 、 泡 沫 塑 料 和 充 气 膜 等 ， 硬性 材 料 有 混 凝 土 、 钢 板 和

19、砾 石 等 。 研 究 初 步 表明 ， 软 性 材 料 对 隔 离 地 基 高 频 振 动 要 优 于 硬 性材 料 ， 而 用 后 者 来 隔 离 低 频 振 动 则 更 为 有 效 。由 于 软 性 材 料 费 用 一 般 低 于 硬 性 材 料 ， 在 保 证隔 振 效 果 不 受 影 响 的 情 况 下 ， 尽 量 采 用 软 性 材料 较 为 实 际 。 此 外 ， 沟 深 和 沟 宽 也 是 影 响 充 填沟 隔 振 效 果 的 一 个 重 要 因 素 。 一 般 来 说 ， 沟 深和 沟 宽 越 大 ， 其 隔 振 效 果 越 好 ， 但 当 两 者 之 积“#（ 沟 的 横

20、截 面 积 ） 超 过 一 定 值 后 ， 隔 振 效 果的 增 强 将 变 得 不 明 显 ， 这 时 就 不 宜 再 用 增 大 沟深 和 沟 宽 的 方 法 来 提 高 地 基 的 隔 振 效 果 了 。另 外 一 种 有 效 解 决 低 频 振 动 影 响 的 方 法就 是 运 用 排 桩 来 隔 振 ， 如 图 ! 所 示 。设 桩 径 为 !$， 相 邻 桩 孔 间 的 净 距 为 %， 则 单排 圆 孔 进 行 有 效 隔 振 应 满 足 以 下 条 件 ：（ 为 波 长 ）桩 体 材 料 包 括 铝 、 钢 、 泡沫 塑 料 和 聚 苯 乙 烯 塑 料 等 。通 常 情 况 下

21、 %!“( ， 是 排 桩具 有 隔 振 效 果 的 上 限 。 而 且 软 桩 比 硬 桩 隔 振 更 为有 效 。影 响 排 桩 隔 振 效 果 的 主 要 因 素 还 有 桩 数 &、桩 深 #、 桩 排 数 及 排 距 “ 等 。 桩 深 应 大 于 ! 倍波 长 ， 排 桩 的 平 面 长 度 为 ()!&$*（ &+,） %， 不 宜 取得 太 小 。 在 相 邻 桩 净 间 距 % 较 大 的 情 况 下 ， 双 排桩 对 地 基 的 隔 振 效 果 要 明 显 优 于 单 排 桩 ； 当 % 较小 时 ， 两 者 的 隔 振 效 果 差 不 多 ， 应 视 具 体 工 程 情况

22、 合 理 地 进 行 技 术 经 济 分 析 ， 从 而 决 定 采 取 哪 一种 隔 振 方 案 。( 工 程 实 例 介 绍位 于 广 州 市 中 山 八 路 的 某 广 场 ， 由 数 幢!“-!. 层 高 层 住 宅 组 成 ， 在 其 中 , 幢 高 层 的 桩基 础 施 工 时 ， 由 于 其 周 围 有 许 多 陈 旧 不 堪 的 自建 民 宅 ， 且 距 施 工 现 场 又 很 近 ， 因 为 沉 桩 的 振动 和 挤 土 作 用 的 影 响 ， 一 些 民 宅 和 地 面 出 现 了裂 缝 ， 于 是 施 工 不 得 不 停 止 。于 是 采 取 了 以 下 隔 振 措 施

23、， 即 在 靠 近 民 宅的 一 面 ， 采 用 单 排 钻 孔 灌 注 桩 和 水 泥 搅 拌 桩 组合 排 桩 隔 振 ， 钻 孔 灌 注 桩 直 径 为 /“00， 桩 中心 距 为 !.“00， 桩 深 为 ,10， 水 泥 搅 拌 桩 的 布置 呈 单 排 竖 向 排 列 ， 桩 与 桩 之 间 互 相 搭 接 ， 形成 壁 厚 为 ,!“00 的 水 泥 土 挡 墙 ， 见 图 .。 该 水泥 搅 拌 桩 保 护 墙 由 双 头 水 泥 搅 拌 桩 组 成 ， 桩 截面 呈 “ /” 字 型 ， 桩 径 断 面 尺 寸 为 “203,!0， 桩与 桩 之 间 搭 接 !“%0， 桩

24、 深 为 ,!0， 水 泥 采 用(!14普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 水 泥 掺 合 量 为 ,(5， 水灰 比 为 “1。 采 用 该 措 施 后 ， 继 续 进 行 桩 基 施工 ， 并 对 邻 近 民 宅 进 行 观 测 ， 未 见 裂 缝 进 一 步发 展 ， 收 效 良 好 。pacsrIIIIA GD7GD7GD7=图 ! 排 桩 隔 振示 意 图25.017.02RRGB3llsaRlRl振 源%*!$%*!$ 施 工 技 术 2.+ + 广 东 土 木 与 建 筑 !“ 年 第 # 期再 举 一 个 隔 离 深 基 施 工 保 护 邻 近 建 筑 物的 例 子 。 上 海

25、外 滩 天 文 台 是 具 有 一 百 多 年 历 史的 古 老 建 筑 ， 高 $%&， 整 个 结 构 支 承 在 一 个 直径 为 $& 的 桩 台 上 ， 桩 台 离 地 表 !(%&。 黄 浦 江越 江 隧 道 盾 钩 就 在 天 文 台 附 近 通 过 ， 桩 台 边 线离 隧 道 中 心 线 $()&。 隧 道 中 心 线 在 地 面 以 下!“& 处 ， 隧 道 顶 部 为 淤 泥 质 土 ， 隧 道 与 天 文 台的 相 对 位 置 见 图 $。天 文 台 的 保 护 采 用 树 根 桩 技 术 ， 具 体 方 案是 在 距 离 天 文 台 外 缘 $& 处 ， 顺 着 隧

26、道 推 进 的轴 线 方 向 打 一 排 树 根 桩 ， 相 隔 “(#& 再 打 第 !排 树 根 桩 ， 每 排 平 面 长 度 为 $&， 共 计 $% 根桩 ， 即 两 排 总 数 为 *$ 根 。 桩 径 !“+&， 桩 长 ,“&，中 心 距 ,“+&， 纵 向 配 筋 $!)， 顶 部 浇 筑 截 面 为(“&-(“& 的 横 梁 ， 把 所 有 的 树 根 桩 连 成 一 体 。由 于 成 桩 过 程 中 采 用 了 二 次 压 浆 工 艺 ， 桩 间 的浆 液 是 贯 通 的 ， 施 工 后 实 际 上 形 成 了 一 道 连 续的 钢 筋 混 凝 土 墙 。 为 减 少 隧

27、 道 施 工 时 树 根 桩 的侧 向 位 移 ， 在 距 排 桩 #& 处 设 置 了 两 组 锚 桩 ，每 个 锚 桩 群 由 !, 根 直 径 !“+&， 间 距 ,“+& 的树 根 桩 组 成 ， 锚 桩 群 与 排 桩 横 梁 之 间 用 直 径)“& 的 拉 杆 连 接 。当 盾 钩 穿 过 该 区 时 ， 基 本 保 持 每 天 环（ 约 (“&） 的 推 进 速 度 ， 控 制 出 土 量 并 注 意 及 时压 浆 。 在 这 种 施 工 条 件 下 ， 地 表 在 盾 钩 通 过 前后 都 是 隆 起 的 ， 盾 钩 上 方 地 面 出 现 垂 直 于 隧 道轴 线 的 明

28、显 裂 缝 ， 但 是 都 没 有 超 过 距 盾 钩 $&的 树 根 排 桩 保 护 界 限 ； 位 于 天 文 台 边 缘 的 测点 ， 其 侧 向 位 移 、 倾 斜 度 变 化 甚 小 。 可 见 树 根 排桩 墙 起 了 明 显 的 隔 离 作 用 。以 上 只 是 针 对 防 止 打 、 压 桩 振 动 而 产 生 的危 害 所 提 出 的 一 些 隔 振 方 法 。 在 实 际 工 程 中 ，很 多 工 程 的 桩 基 础 施 工 并 未 采 用 隔 振 措 施 ， 这时 就 应 该 对 施 工 过 程 进 行 监 测 。 比 如 对 周 围 建筑 物 进 行 定 期 沉 降 观

29、 测 ， 并 观 察 有 无 出 现 墙体 、 地 面 裂 缝 。 此 外 ， 对 打 、 压 桩 的 施 工 速 度 也应 进 行 适 当 控 制 ， 实 践 证 明 当 打 、 压 桩 的 施 工速 度 过 快 时 ， 地 基 中 的 挤 压 应 力 一 时 无 法 释放 ， 当 聚 集 能 量 达 到 一 定 程 度 时 ， 就 会 对 周 围建 筑 物 的 基 础 产 生 影 响 。 因 此 ， 除 了 采 取 隔 振 措施 外 ， 挖 土 卸 荷 也 是 散 除 挤 压 应 力 的 好 方 法 。总 之 ， 保 护 周 围 建 筑 物 的 安 全 ， 是 每 个 施工 单 位 应 尽 的 责 任 ， 不 能 以 任 何 借 口 来 忽 略 打桩 施 工 对 邻 近 建 筑 物 的 影 响 。图 $ 树 根 桩 墙 保 护 示 意 图$“!“,“$“$%“双 排 树 根 桩.)“ 拉 杆天 文 台$“#“$“图 , 组 合 排 桩 隔 振 平 面 图民 宅钻 孔 灌 注 桩水 泥 搅 拌 桩施 工 现 场 施 工 技 术 %$/ /