緊鄰高架區域的預制樁施工環境保護技術

張 磊

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程概況

上?；ヂ摼W＋產業園東區工程位于原上鋼二廠內，廠區基地位于上海市楊浦區大橋街道地塊，北側為周家嘴路、東側為黃興路、南側為九潭路、西側為眉州河，其前身為寶鋼集團旗下二鋼的生產與經營區，目前已停產。廠區周邊三側均為市政道路，周家嘴路及黃興路地下存在各類市政管線且黃興路側存在內環高架。

1.1 建筑結構設計概況

本工程場地標高±0 m相當于絕對高程3.30 m，室內外高差300 mm，室外地坪絕對高程3.00 m。因改建后園區對于停車的需求，在4#、73#、84#、85#、86#等單體建筑下方增設1層地下機動車、非機動車車庫。

地下室層高4.6 m，耐火等級為一級，防水等級二級，抗震設防烈度為7度，采用鋼筋混凝土框架結構，設計使用年限為50 a，建筑面積11 500 m2。

本工程建筑結構采用鋼筋混凝土框架結構，7度抗震設防，框架抗震等級為三級。

本工程采用預制PHC管樁處理地基，其中承壓樁樁長30 m，抗拔樁樁長17 m，樁承臺有雙樁臺、三樁臺、四樁臺和五樁臺。

1.2 樁基設計概況

根據設計的要求，本工程采用預應力混凝土管樁（PHC樁）處理地基，總樁數744根，其中承壓樁401根，抗拔樁333根，承壓試樁6根，抗拔試樁4根。樁型號基本為PHC-400-AB-95-30（10＋10＋10）b（樁尖類型為開口型），混凝土強度等級C80，共158根，樁長30 m，樁頂標高－5.45 m，單樁抗壓承載力特征值為1 050 kN。

1.3 環境概況

1）工程東側黃興路高架引橋部分距離工程地庫邊約為19.5 m，主橋部分距離工程地庫邊約32 m（圖1）。此外，在黃興路側還有各類市政管線，其距離地庫由近及遠依次為：電信管線1.5 m、電力管線6.5 m、DN300 mm煤氣管線10.5 m、DN300 mm水管12.7 m、DN1 000 mm水管14 m、DN800 mm雨水管20.5 m。

圖1 地庫與黃興路高架橋及其引橋位置關系

2）工程南側為上鋼二廠廢棄籃球場和業主辦公區域，業主辦公區域距8#廠房的最近距離為30 m。

3）工程西側為本工程三標段的2#廠房，西北側距離約為8.1 m，西南側距離約為2 m。目前2#廠房只剩保留的原結構柱等承重構件，在本工程樁基施工的過程中，2#廠房剛完成樁基的施工。

4）工程北側為3#廠房，距離30 m，該廠房屋面板、墻面板均已拆除，只保留結構柱、行車梁及屋面、墻面檁條。

2 施工部署及施工總流程

本工程樁基施工分為2個施工段，每個施工段各配備1臺靜壓樁機，共計配備2臺靜壓樁機進行施工（圖2）。

圖2 樁基施工流程示意

3 對高架及周邊環境的保護措施

3.1 對高架的影響分析

預應力管樁施工時會產生擠土效應，隨著樁的沉入，地層中的土體產生位移變形，土體中不同形態的水和氣體被排出形成超靜孔隙水壓力，產生垂直向上的隆起位移和水平方向的擠土位移，對其影響范圍內的地面建筑物和地下管線產生影響。一般認為此孔隙水壓力可達上部覆土重力的2～4倍，采用靜壓法施工時由于樁機體重很大，施工區不會隆土，擠土應力主要向四周擴散。

3.2 具體保護措施

1）合理布置打樁順序?？紤]到對高架橋的保護，在打樁順序上，優先施工最東側靠近黃興路高架側的一排樁，使整個基坑在東側處于封閉狀態，依靠壓入的工程樁作為擋土屏障，控制擠土流動方向，使擠土朝高架橋的反方向流動，盡量避免對周邊環境產生不利影響。然后再依次由東向西按照遠離高架側的方向施工其余的工程樁。

2）合理控制沉樁速率。根據樁基施工對高架橋的影響分析報告及專家評審意見，考慮使用2臺樁架進行沉樁的施工，其中靠近東側保護區域的樁架在保護范圍內每天施工12根，小基坑遠離高架橋范圍的樁架每天施工20根。

本工程地質土層以淤泥土和粉土為主，超靜孔隙水壓力相對來說不容易消散，因此施工時實行間歇作業，原則上22：00～06：00不施工，使孔隙水壓力有一定的釋放時間，減小擠土應力傳播距離。

3）打設應力釋放孔，減少打樁施工對周邊環境的影響。本工程考慮在最東側的一排樁施工完畢之后，在最東側的一排工程樁西側的位置按照梅花形布置2排應力釋放孔，孔內保持水位，應力釋放孔孔徑300 mm，長度15.0 m，間距1.0 m，排距1.5 m。此外，在工程最西側的工程樁以東的位置，也同樣按照梅花形布置1排應力釋放孔，應力釋放孔孔徑300 mm，長度15.0 m，間距1.0 m，排距1.5 m，從而減少擠土樁的擠土效應對周邊環境的影響。

4）合理布置環境監測點位，加密觀測頻率。本工程施工前，在合理的位置布設變形觀測點以確定高架橋的變形情況，同時在施工過程中，加密觀測頻率，發現異常變形情況，立即采取行之有效的措施，確保高架橋的安全。

4 保護措施確定的理論分析

本工程樁基工程對高架及周邊環境的保護措施是通過分析大量類似工程的施工經驗及最終監測成果，并且結合工程實際情況后最終確定的，在分析過程中，項目部技術人員先后排除了一定的保護措施[1-4]。

4.1 常規防振溝

防振溝是最常規及最常見的保護措施，其作用機理為沿著結構外輪廓布置一條防振溝，用以減少地表土位移。

但是項目部技術人員通過查閱相關文獻及咨詢相關專家，確定如若采用防振溝來抵消深層土應力的釋放，則防振溝挖深需超過樁長的一半，即15 m，這對于工程現場基本上是不可能采用的。因此防振溝只能用于釋放地表土位移的相關應力，也就是只能對周邊管線進行一定的保護。但是上海區域的地表土大部分為雜填土等力學性能相對較差的土質，且在雨水天氣之后，防振溝對周邊管線的保護效果不佳，甚至會對周邊管線的保護不利，造成周邊管線變形過大。

另外，由于本工程自身因素的限定，施工場地內道路資源稀缺，無法滿足開設一條防振溝的場地條件，因此，本工程未采取防振溝的保護措施。

4.2 應力釋放孔的設置

本工程在設置應力釋放孔時，主要考慮2個方面，其一為應力釋放孔設置的位置；其二為應力釋放孔本身的技術參數，包括孔徑、深度及回填措施等。

4.2.1 應力釋放孔設置的位置

常規的應力釋放孔基本設置于整個工程的工程樁施工范圍的外側，以最大限度地抵消深層土擠土應力的釋放。但是本工程綜合了大量的工程經驗及自身的地質情況，考慮應力釋放孔的施工位置應位于工程樁施工范圍的內部，原因有：

1）如若先在最外側施工應力釋放孔，則在應力釋放孔施工結束而工程樁施工還未形成一定規模的時候，周邊環境往往存在較大幅度的“負變形”，即管線等不升反降，且變形較大，容易產生危險。同時考慮到后期基坑的施工，又會造成周邊管線及環境的下降，下降的變形無法消除，累計變形過大，對工程整體的順利進行造成隱患。

2）深層土的擠土效應反映到表層土時，往往存在2～3 d的時間延遲。同時，施工1～2排的封閉樁所產生的擠土效應相對不明顯。因此本工程考慮先施工靠近保護區域一側最外側的工程樁作為封閉樁，以使其成為一定的擋土屏障，然后在封閉樁的內側施工應力釋放孔。

4.2.2 應力釋放孔本身的技術參數

關于應力釋放孔的孔徑及深度，本工程技術人員通過查閱相關文獻及咨詢相關專家后認為，應力釋放孔的孔徑宜為300～400 mm，深度宜為工程樁樁長的1/2～2/3，且采用梅花形布置能夠更好地抵消深層土應力。

另外，考慮到上海地區的地質情況，在成孔之后需立即進行毛竹籠或鋼筋籠的安放，以抵消成孔后孔體的收縮土應力，且宜于0.5 h內進行灌沙的回填。在灌沙回填的過程中，需采取澆水密實的措施，以抵消承壓水對灌沙的應力作用，從而保證灌沙的密實。

4.3 引孔措施

本工程技術人員通過查閱相關文獻認為，引孔措施是對周邊環境保護最為行之有效的措施之一。但是，引孔措施對預制樁的承載力存在一定的影響，必須經過主體結構設計單位的認可。本工程雖已經征得主體結構對于引孔措施的認可，但是考慮到工期、成本等綜合因素，未將引孔措施作為常規的保護措施來使用，而是將其作為應急措施。一旦前期制訂的措施仍無法很好地達到對周邊環境保護的效果時，才會進行引孔措施的施工。

5 現場實施效果

總體來講，實際施工基本上遵循了前期策劃中提出的各項關鍵措施，使工程順利完成。這也證明了當初的策劃方案是成功的、具有可操作性的。

實際監測數據表明：控制高架變形重要的指標——高架立柱的累計沉降變形及水平變形，在本工程基坑底板及頂板完成后，分別為0.9 mm和0.7 mm，均在控制要求范圍內。