緊鄰高架區(qū)域的預制樁施工環(huán)境保護技術(shù)

張 磊

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程概況

上?；ヂ?lián)網(wǎng)＋產(chǎn)業(yè)園東區(qū)工程位于原上鋼二廠內(nèi)，廠區(qū)基地位于上海市楊浦區(qū)大橋街道地塊，北側(cè)為周家嘴路、東側(cè)為黃興路、南側(cè)為九潭路、西側(cè)為眉州河，其前身為寶鋼集團旗下二鋼的生產(chǎn)與經(jīng)營區(qū)，目前已停產(chǎn)。廠區(qū)周邊三側(cè)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(cè)存在內(nèi)環(huán)高架。

1.1 建筑結(jié)構(gòu)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(nèi)外高差300 mm，室外地坪絕對高程3.00 m。因改建后園區(qū)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(jié)構(gòu)，設計使用年限為50 a，建筑面積11 500 m2。

本工程建筑結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，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(jù)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(shù)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(huán)境概況

1）工程東側(cè)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(cè)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(guān)系

2）工程南側(cè)為上鋼二廠廢棄籃球場和業(yè)主辦公區(qū)域，業(yè)主辦公區(qū)域距8#廠房的最近距離為30 m。

3）工程西側(cè)為本工程三標段的2#廠房，西北側(cè)距離約為8.1 m，西南側(cè)距離約為2 m。目前2#廠房只剩保留的原結(jié)構(gòu)柱等承重構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu)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(huán)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(chǎn)生擠土效應，隨著樁的沉入，地層中的土體產(chǎn)生位移變形，土體中不同形態(tài)的水和氣體被排出形成超靜孔隙水壓力，產(chǎn)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(nèi)的地面建筑物和地下管線產(chǎn)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(qū)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。考慮到對高架橋的保護，在打樁順序上，優(yōu)先施工最東側(cè)靠近黃興路高架側(cè)的一排樁，使整個基坑在東側(cè)處于封閉狀態(tài)，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(huán)境產(chǎn)生不利影響。然后再依次由東向西按照遠離高架側(cè)的方向施工其余的工程樁。

2）合理控制沉樁速率。根據(jù)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(cè)保護區(qū)域的樁架在保護范圍內(nèi)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(zhì)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(yè)，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(huán)境的影響。本工程考慮在最東側(cè)的一排樁施工完畢之后，在最東側(cè)的一排工程樁西側(cè)的位置按照梅花形布置2排應力釋放孔，孔內(nèi)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(cè)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(huán)境的影響。

4）合理布置環(huán)境監(jiān)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(fā)現(xiàn)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(huán)境的保護措施是通過分析大量類似工程的施工經(jīng)驗及最終監(jiān)測成果，并且結(jié)合工程實際情況后最終確定的，在分析過程中，項目部技術(shù)人員先后排除了一定的保護措施[1-4]。

4.1 常規(guī)防振溝

防振溝是最常規(guī)及最常見的保護措施，其作用機理為沿著結(jié)構(gòu)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(shù)人員通過查閱相關(guān)文獻及咨詢相關(guān)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(xiàn)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(guān)應力，也就是只能對周邊管線進行一定的保護。但是上海區(qū)域的地表土大部分為雜填土等力學性能相對較差的土質(zhì)，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(nèi)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(shù)參數(shù)，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(guī)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(cè)，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(jīng)驗及自身的地質(zhì)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(nèi)部，原因有：

1）如若先在最外側(cè)施工應力釋放孔，則在應力釋放孔施工結(jié)束而工程樁施工還未形成一定規(guī)模的時候，周邊環(huán)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(chǎn)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(huán)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(chǎn)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(qū)域一側(cè)最外側(cè)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(nèi)側(cè)施工應力釋放孔。

4.2.2 應力釋放孔本身的技術(shù)參數(shù)

關(guān)于應力釋放孔的孔徑及深度，本工程技術(shù)人員通過查閱相關(guān)文獻及咨詢相關(guān)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(qū)的地質(zhì)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(nèi)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(shù)人員通過查閱相關(guān)文獻認為，引孔措施是對周邊環(huán)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(jīng)過主體結(jié)構(gòu)設計單位的認可。本工程雖已經(jīng)征得主體結(jié)構(gòu)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(guī)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(huán)境保護的效果時，才會進行引孔措施的施工。

5 現(xiàn)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(guān)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(jiān)測數(shù)據(jù)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(nèi)。