鉆孔灌注樁施工對周邊建筑物振動影響研究

徐 磊

(中鐵十四局集團有限公司，山東濟南 250014)

隨著城市地鐵建設高峰的到來，地鐵施工的安全成了首要問題，不僅需要保證工程自身施工安全，如何保證周邊建筑物的安全也是重中之重。根據北京的地質特點，明挖基坑的鉆孔灌注樁一般采用旋挖鉆機成孔，雖然旋挖鉆機成孔對周邊環境影響較小，但在城市中心施工，周邊建筑物密集，情況復雜，測試和判定鉆孔過程對周邊建筑物的振動影響范圍和程度是非常必要的，依據測試和分析結果，采取有效的保護措施，是降低施工風險的一種有效技術手段。

1 工程概況

北京地鐵6號線南鑼鼓巷車站為明挖施工，主體沿地安門東大街路南側設置，車站西端接近煥新胡同，距離周邊的保護四合院建筑較近(最近處約2.1 m)，車站東端接近火藥局五條胡同。站址處的地安門東大街道路南側多為臨街2～3層仿古商鋪建筑，除一些保護的四合院建筑沒有拆除，大部分的破舊民房已拆除。但由于拆遷協調原因，場地內還存在部分民居未拆除。

南鑼鼓巷站為北京地鐵6號線與8號線的換乘車站，為左右線疊落島式站臺車站，主體結構為地下三層框架結構，局部外掛地下一層結構，主體與風道、出入口結合建設。車站主體及附屬風道、出入口結構全部采用明挖法施工。

南鑼鼓巷車站及其東端盾構始發井圍護結構采用鉆孔灌注樁，車站圍護結構鉆孔灌注樁采用φ1000@1400，共計495根;東端盾構始發井圍護結構鉆孔灌注樁采用φ1000@1500，共計40根。

2 振動影響范圍測試及分析

北京作為全國政治、經濟、文化中心，城市環保要求非常高，本標段位于北京市的核心地帶二環以內，最大限度地減少施工對周圍環境的影響尤為重要。

南鑼鼓巷車站及其東端盾構始發井鉆孔灌注樁施工采用TR180D型旋挖鉆機，由于目前施工場地范圍內尚有部分未拆遷的平房距離圍護樁施工場地較近(南～東區間盾構始發井北側未拆遷平房距盾構井最小間距僅2.73 m，車站圍護結構距未拆遷平房最小距離為5.60 m)，由于這些平房多為磚墻結構，年久失修，已不同程度地開裂，車站主體及東端盾構井圍護樁、降水井施工過程中所產生的振動可能會對該部分房屋造成一定影響，通過振動檢測測定鉆孔灌注樁施工對周圍建筑物的振動影響，以便在后續施工過程中采取有效的措施控制鉆孔灌注樁施工的振動影響范圍，確保周圍建筑物的安全。

2.1 檢測項目

檢測項目包括:①地基(或房屋)橫向振幅、加速度;②地基(或房屋)豎向振幅、加速度;③地基(或房屋)縱向振幅、加速度。

2.2 測點布設

根據南鑼鼓巷站鉆孔灌注樁施工實際進展及周邊房屋情況，以車站主體186#鉆孔灌注樁為檢測對象，以該樁為中心徑向布置4個測點，其中3個測點位于地表，按間距5.5 m，11.0 m，22.4 m布置，1個測點位于未拆遷平房的側墻上，距離約10 m，房屋測點安裝在離地高度1 m的墻頂上。測點布置如圖1。每個測點安裝橫向、縱向、豎向三個方向傳感器各一個。其中，布置于地表的3個測點人工挖土至原狀土后，安放監測傳感器。

圖1 測點布置示意

2.3 檢測方法及儀器

主要測試儀器包括9818型壓電式加速傳感器、低頻拾振器、信號數據采集器等。試驗中振動幅值信號由國家地震局工程力學研究所生產的891-Ⅱ型低頻拾振器拾取，由多通道信號放大器放大后，經北京東方振動與噪聲技術研究所生產的INV306大型智能信號數據采集與處理系統直接進行采集和記錄，最后采用DASP軟件進行數據處理和分析。

2.4 現場測試

測試過程各方法按照《城市區域環境振動測量方法》(GB 10071—88)進行。鉆機施工開始后，各傳感器開始采樣，同步記錄在地面垂直方向(Z向)及水平徑向(X向)、橫向(Y向)各振動速度、加速度傳感器的量值及時程曲線。每個測點連續測量10次，以10次讀數的算術平均值為評價值。

2.5 測試結果

有關振動波傳遞的表述，目前國內外相關研究與測試中主要用距振源不同距離處的速度或加速度來表述。本次測試中對各測點的速度、加速度進行了測試和分析。

2.5.1 旋挖鉆機工作參數

施工現場使用一臺TR180D旋挖鉆機進行鉆孔樁施工，其主要工作參數如表1所示。

表1 旋挖鉆機主要工作參數

2.5.2 地基及平房振動特征值

當旋挖鉆機開始施工時，由各傳感器多次測量值的平均值計算得到振動的加速度與速度特征值，如表2所示。

表2 振動加速度與速度特征值

1)距震源5.5 m處測點1最大地基振動速度、最大加速度波段圖見圖2。

2)距震源10.0 m處平房振動測點4最大地基振動速度、最大加速度波段圖見圖3。

2.5.3 旋挖鉆機停鉆時的振速及振動加速度

在旋挖鉆機停鉆時，測試了地基及房屋在外界其它干擾源影響下的振動速度值，如表3所示。

表3 外界干擾源的振動速度特征值

2.5.4 振速及加速度衰減情況分析

地基測點的振速及加速度衰減見圖4。

由圖4可知:測點與振源距離的增大，其加速度及振速衰減趨勢顯著，當增大到一定距離時，則衰減趨勢變緩。由加速度—距離曲線可見，距震源11.1 m以內衰減很快，但11.1 m以后則曲線平緩。同一測點在豎直方向(Z方向)與水平方向(X，Y方向)上的速度、加速度差異較小，表明旋挖鉆機在各個方向上的振速、加速度差異不大。

臨近房屋的振動及加速度:平房距震源10.0 m，在其墻上所布測點4的振速及加速度測值與距震源11.1 m處測點2的測值相比，各方向振動速度稍微偏大，加速度偏小。主要是其距震源距離稍近、墻體結構及地基結構不同所致。

振動影響范圍:通過對正常施工時測點3取得的振速和停鉆時測點2取得的振速測值進行比較，可以得出地基各向振動速度值大小基本相同(見表4)。

圖2 測點1地基振動速度、加速度波段

圖3 測點4地基振動速度、加速度波段

圖4 地基測點的振速及加速度衰減

表4 外界干擾源的振動速度特征值

3 結論

國內有關施工振動對構筑物影響方面的研究均采用質點的最大振動速度、振動加速度，或以位移和譜烈度以及能量比等地震指標作為評價指標。根據《建筑抗震設計規范》(GBJ11—89)中對地震烈度的定義，地震烈度與相應的水平和垂直加速度有相對應的關系，如表5所示。

表5 地震烈度與相應的水平和垂直加速度之間的關系

1)振動的安全距離應根據被保護物的要求確定，對于一般工業與民用建筑需抗7度地震，因此，旋挖鉆機振動安全邊界的確定標準與該地震烈度下對應的加速度可以相對應，水平加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g。《爆破安全規程》中規定，地面質點的安全振動速度為:土窯洞、土坯房、毛石房屋為1 cm/s;一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑為2～3 cm/s。由于沒有具體的房屋振動安全評價標準，參照上述表述，可以考慮振動對周圍構筑物的安全影響區域以徑向加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g或振動速度＜1 cm/s作為可接受房屋振動評價的指標。

2)測試結果表明，當測點距震源點為5.5 m時，地面測點橫向及徑向最大振動加速度＜0.1g，超過房屋建筑震動7級烈度允許標準，主要工況為旋挖鉆機在卵石類較堅硬地層施工;當測點距震源點為10.0 m時，地面及房屋的各方向振動速度峰值都在1 cm/s以內，加速度峰值都＜0.1g，而且建筑物沒有產生任何破損。可以認為，旋挖鉆機施工一般對10.0 m以外的建筑物影響很小，一般也不會造成破壞，但若在10.0 m范圍內有土坯房或質量較差的磚混結構，則旋挖鉆機振動可能會對其產生破壞性的影響。

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