樁基工程環(huán)境問題解析及對(duì)策研究

楊祁 陳競楠

摘 要：樁基施工是建筑工程中重要的基礎(chǔ)性工程，本研究從樁基工程對(duì)水文地質(zhì)、臨近樁的影響及其產(chǎn)生的噪音污染切入，深入分析樁基工程造成的環(huán)境問題。同時(shí)，結(jié)合筆者所做的前期工作，從事故防治、施工工藝、理論研究和施工組織等角度，提出相應(yīng)的解決對(duì)策。文章結(jié)果可為建設(shè)綠色樁基施工環(huán)境提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：樁基；工程；環(huán)境；對(duì)策；防治

中圖分類號(hào)：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）34-0129-02

Abstract： Pile foundation construction is an important basic project in construction engineering. This study starts with the influence of pile foundation engineering on hydrogeology， adjacent piles and noise pollution， and analyzes the environmental problems caused by pile foundation engineering. At the same time， combined with the preliminary work done by the author， from the accident prevention and control， construction technology， theoretical research and construction organization and other angles， the corresponding countermeasures are proposed. The results can provide a basis for the construction of green pile foundation construction environment.

Keywords： pile foundation； engineering； environment； countermeasure； prevention and cure

樁基施工是建筑工程施工中不可缺少的基礎(chǔ)性工程，樁基施工的質(zhì)量好壞直接決定了整個(gè)構(gòu)筑物的穩(wěn)定性和使用年限。樁基施工目前面臨著許多問題，其中，施工工藝質(zhì)量及其對(duì)周邊環(huán)境的影響是關(guān)鍵問題也是研究難點(diǎn)。由于施工工藝質(zhì)量是影響工程進(jìn)度和企業(yè)利潤的關(guān)鍵因素，現(xiàn)階段施工企業(yè)和相關(guān)科研院所普遍對(duì)樁基施工工藝和質(zhì)量較為重視，但關(guān)于樁基施工對(duì)周邊環(huán)境的影響及防控措施的研究鮮見報(bào)道。打樁易對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生振動(dòng)、噪音、土壤擠壓等一系列問題，因此加強(qiáng)打樁對(duì)其周邊環(huán)境影響的相關(guān)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 樁基工程環(huán)境問題分析

1.1 對(duì)水文地質(zhì)的影響

淺基礎(chǔ)施工過程中，受力層下方如果存在承壓含水層，且樁基基礎(chǔ)埋設(shè)深度過大，開挖時(shí)容易出現(xiàn)突涌，俗稱流土現(xiàn)象。其根本原因是水文地質(zhì)受到了影響。在基坑開挖以后，坑底土壤給予其下方的覆蓋壓力大幅降低，而承壓含水層頂部存在較大的靜水壓力，無法平衡時(shí)，坑底土即會(huì)被沖破，造成水土流散。在不良地質(zhì)區(qū)施工，還會(huì)出現(xiàn)涌沙和坍孔現(xiàn)象。

過去突涌事故一般被認(rèn)為不易發(fā)生，類似報(bào)道較少[1]。但不難發(fā)現(xiàn)，因突涌造成水文地質(zhì)影響的報(bào)道逐漸增多。如喀斯特地貌區(qū)樁基涌水[2]、巴曲河大橋樁基涌水[3]、北京昆侖飯店樁基工程涌土[4]等。因此，加強(qiáng)對(duì)樁基工程-水文地質(zhì)互作效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，提高樁基事故防范意識(shí)，對(duì)于保障樁基工程順利進(jìn)行尤為重要。

1.2 對(duì)臨近樁的影響

打樁相當(dāng)于對(duì)周邊土壤和臨近樁形成一個(gè)動(dòng)荷載，其產(chǎn)生的波會(huì)引起地面震動(dòng)，周圍土體因此受到影響，性狀發(fā)生改變，致使臨近樁基失穩(wěn)，因而影響臨近建筑物的結(jié)構(gòu)安全。近年來，樁基工程在城市構(gòu)筑物密集區(qū)開展的實(shí)例日益增多，打樁對(duì)臨近樁影響的相關(guān)研究也得到了越來越多的重視。打樁對(duì)臨近樁影響的機(jī)理是打樁時(shí)引起樁間土壤擠壓滑移，受擠壓滑移的土層在臨近樁樁基上形成附加位移和彎矩。目前樁基工程對(duì)臨近樁的影響被認(rèn)為是較為典型的被動(dòng)樁問題。

1.3 噪音污染

沖擊樁施工是傳統(tǒng)的也是成熟的施工方法，由于具備較好的經(jīng)濟(jì)性和安全性，目前沖擊樁施工工藝在國內(nèi)被廣泛使用。但受到其工作原理限制，樁機(jī)尤其是老化的樁機(jī)，會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，在樁機(jī)周邊30m范圍內(nèi)，噪聲可達(dá)到100分貝以上[5-7]。盡管噪音并不具備持續(xù)性，但對(duì)周邊居民的身心健康影響極大，嚴(yán)重影響居民的生活和學(xué)習(xí)，與國家倡導(dǎo)的環(huán)保要求相悖[8]。因此，考慮如何有效降低樁基施工的噪聲污染不僅是城市建設(shè)的要求，也是社會(huì)要求和居民生活需求。

2 樁基工程環(huán)境防治對(duì)策

2.1 基坑事故防治

在樁基礎(chǔ)施工準(zhǔn)備過程中，為了降低對(duì)施工現(xiàn)場地質(zhì)水文的影響，應(yīng)當(dāng)對(duì)施工現(xiàn)場地質(zhì)水文狀況進(jìn)行充分的調(diào)研。不僅應(yīng)獲得施工現(xiàn)場過去的地質(zhì)水文數(shù)據(jù)，還應(yīng)進(jìn)行實(shí)地勘測，了解周圍是否有抽排水影響，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工措施。例如，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場屬于易液化土質(zhì)，而且水位較高，就應(yīng)當(dāng)對(duì)突涌事故進(jìn)行考慮并加以防范，盡可能不要使用振動(dòng)強(qiáng)的施工器械，在施工工藝上盡量選取旋轉(zhuǎn)鉆頭造孔替代沖擊法造孔。同時(shí)應(yīng)當(dāng)重視試樁和沖孔過程觀察，對(duì)施工過程細(xì)致跟蹤，做好事故防范工作。

2.2 臨近樁失穩(wěn)防治

打樁對(duì)臨近樁的影響首先應(yīng)從沉樁工藝角度考慮，沉樁方式一般包括擊打、振動(dòng)和靜壓等方式，這些方式或多或少均會(huì)發(fā)生擠壓土壤的現(xiàn)象，因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工現(xiàn)場狀況、樁基數(shù)量、樁基范圍等合理進(jìn)行施工規(guī)劃，對(duì)于不同條件采用不同方法有針對(duì)性地減少擠土。灌注樁樁基施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意土壤性質(zhì)。當(dāng)施工現(xiàn)場土壤屬于黏土、碎石土、粉土或沙土土質(zhì)，應(yīng)當(dāng)采用沖擊成孔法，同時(shí)跟蹤觀測施工過程對(duì)臨近環(huán)境的影響[9]。不同施工工藝中，泥漿護(hù)壁成孔和干作業(yè)成孔方法對(duì)土壤的擠壓效應(yīng)最小，甚至不會(huì)出現(xiàn)擠土現(xiàn)象[10-11]。因此，綜上所述，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇合理的施工工藝，對(duì)于預(yù)防因打樁造成的臨近樁失穩(wěn)和臨近構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)破壞有深遠(yuǎn)影響。

探索打樁對(duì)臨近樁及周圍土層的影響機(jī)理，通過模型構(gòu)建模擬樁貫入過程，利用理論成果指導(dǎo)施工實(shí)踐，是防治打樁造成臨近樁失穩(wěn)的重要突破口。筆者前期研究中，針對(duì)城市中樁基工程引發(fā)的環(huán)境問題，通過有限元軟件Abaqus對(duì)高頻振動(dòng)打樁的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了三維模型模擬，結(jié)果表明樁尖深度處應(yīng)力較為集中，打入樁距離遠(yuǎn)的位置受到的影響相對(duì)較小，且模型模擬結(jié)果表明，高頻打樁作為高頻液壓振動(dòng)錘新技術(shù)，對(duì)臨近樁基的影響不大[12]。對(duì)全過程貫入模擬的結(jié)果表明，樁尖周圍的土體的水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力有應(yīng)力突變現(xiàn)象產(chǎn)生，靜載力和激振力呈負(fù)相關(guān)；頻率越高，貫入所需時(shí)間越久；土體密實(shí)度高、樁和土體摩擦系數(shù)越大，打樁對(duì)周邊環(huán)境影響越大[13]。這些結(jié)果探明了打樁環(huán)境效應(yīng)的機(jī)理，為科學(xué)調(diào)控打樁對(duì)土體和臨近樁產(chǎn)生的負(fù)面影響奠定了一定基礎(chǔ)。

2.3 噪音防治

樁基工程產(chǎn)生的噪音應(yīng)當(dāng)從施工組織和施工過程兩方面考慮。施工組織方面，應(yīng)建立完善的監(jiān)督體系。國家在《建筑施工場界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB_12523-2011）中規(guī)定：在建筑施工過程中，施工現(xiàn)場環(huán)境噪音晝間（早上6：00至夜間22：00之間的時(shí)段）不得大于70分貝；夜間（指晚間22：00至次日早上6：00之間的時(shí)段）不得大于55分貝，超過限值即可向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門進(jìn)行投訴[14-15]。因此，樁基施工方應(yīng)建設(shè)施工噪音監(jiān)督機(jī)制，抽調(diào)專業(yè)力量成立實(shí)施小組負(fù)責(zé)噪音監(jiān)督，做到責(zé)任明確，同時(shí)建立抽查制度和獎(jiǎng)懲機(jī)制。

施工過程方面，沖擊樁產(chǎn)生的噪音一般由馬達(dá)振動(dòng)和設(shè)備摩擦等造成，以聲波的形式存在并在空間中傳遞。聲能越大，傳播距離越遠(yuǎn)，影響也越嚴(yán)重。從聲波的產(chǎn)生和傳播機(jī)理考慮，樁基工程降低噪聲的方法包括：（1）加強(qiáng)設(shè)備檢測和保養(yǎng)。對(duì)老化的設(shè)備進(jìn)行修繕，對(duì)狀態(tài)良好的設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)。（2）減少振動(dòng)幾率。避免不必要的工序，根據(jù)地質(zhì)條件選擇樁錘和高度參數(shù)，有條件的工地可考慮在樁機(jī)下加墊木方。（3）設(shè)置隔音罩。在發(fā)聲嚴(yán)重的機(jī)械部位用全封閉裝置罩住，降低噪音產(chǎn)生。（4）設(shè)置隔離墻。用一定重量和不透氣的金屬外殼及吸聲材料制作成隔音裝置，使得較多噪音在墻壁形成反射并在內(nèi)部消耗，從而大幅降低噪音[16]。

3 結(jié)束語

本研究從樁基工程對(duì)水文地質(zhì)、臨近樁的影響及其產(chǎn)生的噪音污染切入，深入分析樁基工程造成的環(huán)境問題。同時(shí)，結(jié)合筆者所做的前期工作，從事故防治、施工工藝、理論研究和施工組織等角度，提出相應(yīng)的解決對(duì)策。進(jìn)一步研究可從以下兩個(gè)角度考慮：（1）研發(fā)新材料、新器械、新工藝，通過技術(shù)變革在最大程度上降低樁基工程對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響；（2）加強(qiáng)樁基施工過程中的基礎(chǔ)研究，明確樁基影響環(huán)境的產(chǎn)生機(jī)制和作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。

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