應力釋放孔對鄰近構筑物保護措施的施工應用

胡軍波 安世平

1 工程概況

浙江臺州某水廠3萬m3/d改擴建工程,建有綜合池(平流沉淀池與清水池疊合式)、回用水池及生產性輔助用房等項目,設計的綜合池平面尺寸為58.5 m×26.0 m,采用靜壓預應力混凝土管樁φ 500 mm,PC-AB-500(100),共147根,每根管樁長 45 m,設計單樁豎向極限承載力為2 200 kN,樁尖進入圓礫層的深度應不小于1.5 m。回用水池設計尺寸為20.8 m×7.9 m,共2組,中間為排泥渠,采用靜壓預應力混凝土管樁φ 500 mm,PC-AB-500(100),共72根,每根管樁長35 m。場地內擬建的綜合池南側為10 m寬的盲河道,西側有一池角距圍墻僅有3.5 m,圍墻外有一緊靠的一層工業廠房(淺基礎),東側緊臨5 m寬水泥道路和既有的3 000 m3鋼筋混凝土清水池一座,及已敷有的DN600 mm供水管道2根;擬建的回用水池東側有配電房和加液用房(淺基礎磚混結構),南側僅距水泥道路1.5 m并緊靠已在投運的清水池。場地內用地有限,各類建(構)筑物平面布置緊湊,地下管線錯綜復雜,給水廠改擴建工程帶來了不少的施工難度。

2 地質條件

擬建場地地形平坦,其地貌單元屬海相沉積相帶,據地質勘察資料顯示,其主要土層分五大地質層,各土層主要物理力學性質指標見表1。

表1 各土層主要物理力學性質指標

3 擠土效應的產生

靜壓管樁在沉樁過程中,相當于樁體積的土體向四周排擠,使周圍的土受到嚴重的擾動,主要表現為徑向位移,與樁體積有等量的土體在沉樁過程中向樁周邊發生較大的側向位移和隆起。在淺地表層附近的土體會向上隆起,而在地面較深層土體,由于覆蓋土層在壓力作用下不能向上隆起,向著水平方向擠壓,出現土體位移。隨著壓樁段數的增多,各層地質構造土體密度也隨之增高,土體與樁身表面間的摩擦阻力也相應增大。從擠土效應的機理可知,最直接消除擠土的辦法就是在擠土區域的周邊預留擠土的空間。實踐證明,沉樁過程的擠土效應會產生土體淺層大、深層小;近處大、遠處小,影響的范圍可達1倍～1.5倍樁長,并與地質狀況、平面布樁率、壓樁速度、施工順序等因素有關,同時沉樁本身產生的土體擠壓與超靜孔隙水壓力還將對已施工的樁產生水平位移與上浮,造成樁基質量事故。

4 沉樁過程技術措施

靜壓預應力管樁施工時低噪聲、無振動,人為干擾因素少,施工質量易保證,壓樁數據直觀、準確。由于靜壓管樁施工時有一定的擠土效應,會影響到周邊構筑物、道路、地下管線等使用安全,應有相應的保護措施和必要的觀測點進行動態監測。從地質資料來看,施工場地內雜填土至持力層之間有許多流塑、軟塑的飽和淤泥軟土和粉質黏土,該土層不排水,抗剪強度低,壓縮性高。樁入土時將會擠開相應體積的土體,多表現為地基土體向上隆起和側向水平位移,包括地表、淺層和深層土體的變化,并使地基土體中產生很高的超靜孔隙水壓力,這必將影響著樁基的工程質量變位、上浮,也危及鄰近構筑物和地下管線的使用安全,必須引起足夠重視和預先制定有效的防范措施。

4.1 合理安排打樁順序

根據建筑分布并兼顧施工進度,盡可能減少擠土效應,沉樁施工過程按照先中間后四周原則,使擠土效應對西側廠房、清水池及供水管線影響降到最低限度,控制壓樁速率和日成樁數量。及時抽取從釋放孔及防擠溝中的水,使在沉樁期間保持最低水位,緩解孔隙水壓力的上升趨勢,消除擠土效應。若沉樁密集部位且一側離既有構筑物較近時,從相鄰構筑物的一側開始,由近向遠進行。最靠近清水池及供水管線的樁位采取白天施工夜間停歇措施,降低施工速度,控制日成樁量,以減少擠土效應的疊加。

4.2 設置防擠溝和應力釋放孔

按照平面布置圖要求,挖防擠溝設置深度為1.3 m、寬為1.2 m,在防擠溝底設置應力釋放孔,孔徑 600 mm、深度22.0 m～30.0 m、孔中心距為 2.0 m～2.5 m,并向孔內灌注護壁泥漿,降低地基土體內超靜孔隙水壓力,緩解孔隙水壓力的上升趨勢,有效地控制土體位移的發展。由施工平面圖可知,西側廠房和已建投運的清水池距樁基施工僅為4.0 m,最大距離為25.0 m左右。在樁位較密的位置以及有供水管線地段,還考慮樁位承臺內取土,以減輕沉樁對管線和廠房的影響。場地內共設置了4條防擠溝帶、150個應力釋放孔(見圖 1)。

4.3 設置觀測點進行信息化管理

沉樁期間由專業測量人員每天觀測其水平位移及垂直位移,并做好記錄,同時還應加強對觀測點的保護,及時了解沉樁過程中對地下管線、道路及相鄰構筑物的影響程度。根據樁的密集程度而采取不同的施工流水線,以減小地基淺層土體的側向位移和隆起影響,防止樁基施工對周圍建筑、道路及管線的影響。

4.4 樁基檢測

現場隨機抽取4根管樁作單樁豎向抗壓靜載試驗,鋼梁架和預制混凝土塊荷重組成反力裝置,用液壓千斤頂加荷,采用快速維持荷載法試驗,均已滿足設計要求。低應變瞬態反射波法檢測,經測定Ⅰ類樁占總檢測數的66.6%;Ⅱ類樁占總檢測數的33.4%。

5 結語

針對以上可采取的防范措施,同時還在施工過程中進行了監控管理,實施監測工作與樁基施工同步進行,采取必要的技術措施,合理安排沉樁順序,控制沉樁速率,設置防擠溝和釋放孔等,最大限度地減輕對周邊環境的不利影響,做到在施工中既節省投資又安全可靠。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術規范[S].

[2] GB 50141-2008,給水排水構筑物工程施工及驗收規范[S].

[3] JGJ 106-2003,建筑基樁檢測技術規范[S].

[4] 賴龍威.靜力壓樁的技術特點及常見問題分析[J].山西建筑,2008,34(10):106-107.