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(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250014)

隨著城市地鐵建設(shè)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(jù)北京的地質(zhì)特點(diǎn)，明挖基坑的鉆孔灌注樁一般采用旋挖鉆機(jī)成孔，雖然旋挖鉆機(jī)成孔對周邊環(huán)境影響較小，但在城市中心施工，周邊建筑物密集，情況復(fù)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(jù)測試和分析結(jié)果，采取有效的保護(hù)措施，是降低施工風(fēng)險的一種有效技術(shù)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(cè)設(shè)置，車站西端接近煥新胡同，距離周邊的保護(hù)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(cè)多為臨街2～3層仿古商鋪建筑，除一些保護(hù)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(xié)調(diào)原因，場地內(nèi)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(jié)構(gòu)為地下三層框架結(jié)構(gòu)，局部外掛地下一層結(jié)構(gòu)，主體與風(fēng)道、出入口結(jié)合建設(shè)。車站主體及附屬風(fēng)道、出入口結(jié)構(gòu)全部采用明挖法施工。

南鑼鼓巷車站及其東端盾構(gòu)始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁采用φ1000@1400，共計495根;東端盾構(gòu)始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)、文化中心，城市環(huán)保要求非常高，本標(biāo)段位于北京市的核心地帶二環(huán)以內(nèi)，最大限度地減少施工對周圍環(huán)境的影響尤為重要。

南鑼鼓巷車站及其東端盾構(gòu)始發(fā)井鉆孔灌注樁施工采用TR180D型旋挖鉆機(jī)，由于目前施工場地范圍內(nèi)尚有部分未拆遷的平房距離圍護(hù)樁施工場地較近(南～東區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)井北側(cè)未拆遷平房距盾構(gòu)井最小間距僅2.73 m，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，年久失修，已不同程度地開裂，車站主體及東端盾構(gòu)井圍護(hù)樁、降水井施工過程中所產(chǎn)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(xù)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(diǎn)布設(shè)

根據(jù)南鑼鼓巷站鉆孔灌注樁施工實際進(jìn)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(diǎn)，其中3個測點(diǎn)位于地表，按間距5.5 m，11.0 m，22.4 m布置，1個測點(diǎn)位于未拆遷平房的側(cè)墻上，距離約10 m，房屋測點(diǎn)安裝在離地高度1 m的墻頂上。測點(diǎn)布置如圖1。每個測點(diǎn)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(diǎn)人工挖土至原狀土后，安放監(jiān)測傳感器。

圖1 測點(diǎn)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(shù)據(jù)采集器等。試驗中振動幅值信號由國家地震局工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的891-Ⅱ型低頻拾振器拾取，由多通道信號放大器放大后，經(jīng)北京東方振動與噪聲技術(shù)研究所生產(chǎn)的INV306大型智能信號數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)直接進(jìn)行采集和記錄，最后采用DASP軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2.4 現(xiàn)場測試

測試過程各方法按照《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》(GB 10071—88)進(jìn)行。鉆機(jī)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(diǎn)連續(xù)測量10次，以10次讀數(shù)的算術(shù)平均值為評價值。

2.5 測試結(jié)果

有關(guān)振動波傳遞的表述，目前國內(nèi)外相關(guān)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(diǎn)的速度、加速度進(jìn)行了測試和分析。

2.5.1 旋挖鉆機(jī)工作參數(shù)

施工現(xiàn)場使用一臺TR180D旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工，其主要工作參數(shù)如表1所示。

表1 旋挖鉆機(jī)主要工作參數(shù)

2.5.2 地基及平房振動特征值

當(dāng)旋挖鉆機(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(jī)停鉆時的振速及振動加速度

在旋挖鉆機(jī)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(diǎn)的振速及加速度衰減見圖4。

由圖4可知:測點(diǎn)與振源距離的增大，其加速度及振速衰減趨勢顯著，當(dāng)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(nèi)衰減很快，但11.1 m以后則曲線平緩。同一測點(diǎn)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(jī)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(diǎn)4的振速及加速度測值與距震源11.1 m處測點(diǎn)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(jié)構(gòu)及地基結(jié)構(gòu)不同所致。

振動影響范圍:通過對正常施工時測點(diǎn)3取得的振速和停鉆時測點(diǎn)2取得的振速測值進(jìn)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(diǎn)1地基振動速度、加速度波段

圖3 測點(diǎn)4地基振動速度、加速度波段

圖4 地基測點(diǎn)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(jié)論

國內(nèi)有關(guān)施工振動對構(gòu)筑物影響方面的研究均采用質(zhì)點(diǎn)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(biāo)作為評價指標(biāo)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ11—89)中對地震烈度的定義，地震烈度與相應(yīng)的水平和垂直加速度有相對應(yīng)的關(guān)系，如表5所示。

表5 地震烈度與相應(yīng)的水平和垂直加速度之間的關(guān)系

1)振動的安全距離應(yīng)根據(jù)被保護(hù)物的要求確定，對于一般工業(yè)與民用建筑需抗7度地震，因此，旋挖鉆機(jī)振動安全邊界的確定標(biāo)準(zhǔn)與該地震烈度下對應(yīng)的加速度可以相對應(yīng)，水平加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g?！侗瓢踩?guī)程》中規(guī)定，地面質(zhì)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)，參照上述表述，可以考慮振動對周圍構(gòu)筑物的安全影響區(qū)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(biāo)。

2)測試結(jié)果表明，當(dāng)測點(diǎn)距震源點(diǎn)為5.5 m時，地面測點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)，主要工況為旋挖鉆機(jī)在卵石類較堅硬地層施工;當(dāng)測點(diǎn)距震源點(diǎn)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(nèi)，加速度峰值都＜0.1g，而且建筑物沒有產(chǎn)生任何破損?？梢哉J(rèn)為，旋挖鉆機(jī)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(nèi)有土坯房或質(zhì)量較差的磚混結(jié)構(gòu)，則旋挖鉆機(jī)振動可能會對其產(chǎn)生破壞性的影響。

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