人工挖孔樁施工對臨近建筑物的影響

張桂榮

(中化地質(zhì)礦山總局福建地質(zhì)勘查院,福建 福州 350013)

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進以及我國現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善,人們對于空間資源的利用逐漸從地表資源的利用向空中資源和地下空間資源利用轉(zhuǎn)變,這種轉(zhuǎn)變也就促進了有限資源的綜合利用程度,進而提高了三維空間的綜合利用程度,而賴以實現(xiàn)這一目的的主要原因在于科學(xué)技術(shù)的不斷進步,使得各類建筑理念逐漸成為了現(xiàn)實。在向地下和空中“索要”資源的同時,人工挖孔樁、深基坑等的開挖起到了關(guān)鍵的作用,并隨著開挖的深度、用途等的不同,相繼面臨著人工挖孔樁等對臨近已有建筑物的影響問題日益突出[1]。眾所周知,隨著人工挖孔樁等的施工,在狹小的施工空間范圍內(nèi),將會導(dǎo)致原有的空間應(yīng)力平衡打破,為了達到新的應(yīng)力平衡進而引起一系列的變化?；诖?本文以此為研究對象,試圖分析人工挖孔樁施工對臨近建筑物的影響。

1 人工挖孔樁施工對臨近建筑物的影響

人工挖孔樁的施工對臨近建筑物的影響是十分明顯的,由于在施工過程中,打破了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài),因此,挖孔樁附近的建筑物等為了達到新的應(yīng)力平衡,就會發(fā)生一系列變化,在這個變化過程中往往使得原有建筑物、地下設(shè)施等遭受不同程度的破壞,主要表現(xiàn)在幾個方面：一是圍護樁的水平位移,二是挖孔樁外建筑物的下沉,三是地下設(shè)施的側(cè)向位移。

1.1 導(dǎo)致圍護樁水平位移

在開展人工挖孔樁施工時,隨著開挖深度的不斷加深,臨近建筑物一側(cè)的圍護樁會發(fā)生水平位移,其位移量可達30cm,但不同的建筑物結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等位移量相差較大。通過對不同的圍護樁監(jiān)測發(fā)現(xiàn),其位移量最大的圍護樁為位于開挖樁附近。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因主要在于開挖前地表的應(yīng)力是平衡的,隨著開挖施工的不斷進行,在坑內(nèi)形成了應(yīng)力“空白區(qū)”,使得周圍的應(yīng)力失去了原有應(yīng)力的抵制,導(dǎo)致應(yīng)力逐漸向“空白區(qū)”轉(zhuǎn)移,在這個過程中,越靠近開挖坑的地基及地表建筑物、地下設(shè)施的變形也越大。此外,在對稱的推擠作用下,遠離建筑物的圍護樁頂部向坑外側(cè)移動,進而導(dǎo)致地表產(chǎn)生隆起形變[2]。

1.2 導(dǎo)致坑外建筑物發(fā)生沉降

人工挖孔樁在施工過程中,隨著坑的形成,附近的土體發(fā)生明顯位移,進而導(dǎo)致坑外建筑物發(fā)生不同程度的沉降,并具有隨著建筑物與坑的距離加大而沉降幅度逐漸減小的變化特征。一般來說,建筑物靠近坑的一側(cè)沉降幅度最大,而遠離坑的一側(cè)沉降幅度相對較小,這種不均勻的沉降使得建筑物的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而使得建筑物傾斜。研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致建筑物沉降的因素是復(fù)雜的,但總體表現(xiàn)在圍護樁剛度、支撐剛度等方面。

1.3 導(dǎo)致地下設(shè)施的側(cè)向位移

人工挖孔樁的施工不僅僅對地面的建筑物有影響,還嚴重的破壞了地下設(shè)施。在開挖時,應(yīng)力的突變不僅表現(xiàn)在地表淺層,隨著坑的深度不斷增加,土體下部的應(yīng)力變化也越來越明顯,這就對地下管道等產(chǎn)生了明顯的擠壓推動作用,可以使得管道發(fā)生位移、彎曲、破裂甚至是中斷。在空間上具有靠近坑一側(cè)的地下設(shè)施變形量遠大于遠離一側(cè)的,因此,在施工之前一定要查清地下管道的分布范圍以及走向、查明管道的結(jié)構(gòu)、粗細等狀況,進而確定相應(yīng)的防護措施。

1.4 導(dǎo)致引發(fā)的連鎖反應(yīng)

人工挖孔樁施工過程中對臨近建筑物的影響并不是單一的,往往是極為是極為復(fù)雜的,一般是水平位移、地面沉降等共同作用的結(jié)果。它不僅與人工挖孔樁的施工狀況密切相關(guān),還是建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)特征、水文地質(zhì)條件、建筑物的結(jié)構(gòu)等息息相關(guān)。因此,這也就決定了人工挖孔樁施工過程中產(chǎn)生的潛在威脅是難以估計的,需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況具體問題具體分析才能較好的解決。在施工過程中,我們?？梢姷揭恍┢毡榈默F(xiàn)象如地下管道發(fā)生彎曲、破裂等,對于已經(jīng)破裂的管道,我們可以及時發(fā)現(xiàn)并且及時處理,而對于那些發(fā)生了彎曲且處于破裂的臨界狀態(tài)的管道變形是很難排除的,但是隨著后期壓力的持續(xù)作用,就可輕易的造成管道等的破裂,進而引起嚴重的事故,然而往往這些隱患是當(dāng)時施工狀態(tài)下難以發(fā)現(xiàn)的。鑒于此,在施工之前,應(yīng)該充分分析各種可能發(fā)生的危害,才能較準確地進行評估潛在危害。

2 人工挖孔樁施工對臨近建筑物沉降的影響分析

前文已經(jīng)指出,人工開挖樁對鄰近建筑物有著明顯的影響,其中導(dǎo)致臨近建筑物發(fā)生不同程度的沉降是最主要的破壞方式之一,導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因很多,但主要體現(xiàn)在圍護樁剛度的影響、支撐剛度的影響等方面[2-3]。人工挖孔樁對于鄰近建筑物破壞的表現(xiàn)形式是多方面的,而不是單一的,如地表建筑物發(fā)生地面沉降,其圍護樁等肯定也隨之發(fā)生了水平位移。因此,在評估人工挖孔樁對臨近建筑物影響程度的評價工作時,應(yīng)從多個方面綜合考慮,才能較為準確的作出評估。

2.1 維護樁剛度的影響

圍護樁主要是用來維護建筑物發(fā)生變形的基礎(chǔ)設(shè)施,一般由0.8、1.0、1.2m的墻體組成,而地下連續(xù)墻的厚度又是決定圍護樁剛度的主要因素。一般來說,隨著圍護墻厚度的增加,可以明顯的阻礙圍護樁的水平位移量,進而減小坑外地表沉降幅度。前人的研究實驗表明,隨著圍護墻厚度從0.8m增加至1.2m時,圍護樁的最大位移量減小了30%左右,而地表建筑物沉降幅度也減小了23%[2]。由上述實驗數(shù)據(jù)可知,圍護墻的厚度對圍護樁起著重要的保護作用,墻體的厚度決定著圍護樁的剛度。因此,適當(dāng)?shù)脑黾訃o墻的厚度,不僅可以減小圍護樁的水平位移量,還可以減小地面沉降幅度；但是,隨著墻體厚度的持續(xù)加厚,雖然可持續(xù)增加圍護樁的剛度,但對減小圍護樁的水平位移量的作用逐漸減弱,同時其成本也相繼增加。

2.2 支撐剛度的影響

減小地面建筑物沉降幅度的影響因素不僅受控于圍護樁的剛度,還與支撐剛度密切相關(guān),主要表現(xiàn)在隨著支撐剛度的逐漸增加,圍護樁的水平位移和地表建筑物的沉降幅度軍有不同程度的減小。但是隨著支撐剛度的不斷加大,其作用就顯得不明顯,而是取決于圍護樁結(jié)構(gòu)和樁體潛入深度等決定[2]。因此,在建設(shè)施工過程中,僅僅憑借增強支撐剛度的措施進而實現(xiàn)減小圍護樁水平位移量和地表沉降幅度的目的效果是不明顯的,因此,必須和其他解決措施配合使用才能達到最佳效果。

2.3 維護結(jié)構(gòu)水平位移與地表沉降的關(guān)系分析

圍護結(jié)構(gòu)的水平位移與地表沉降之間存在著明顯的正相關(guān)關(guān)系,總體上隨著圍護樁水平位移的加大而地面沉降幅度逐漸增加,二者的變化關(guān)系近似于線性關(guān)系[4]。本文統(tǒng)計了前人研究模擬數(shù)據(jù)以及本次研究實測成果(表1),由統(tǒng)計表可以明確的看出,無論是實驗?zāi)M數(shù)據(jù)還是實測數(shù)據(jù),都具有較為明顯的線性關(guān)系,即二者的變化程度是十分吻合的,因此其結(jié)論也是可靠的。因而,可以利用此種變化規(guī)律,在相同的地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,可以達到預(yù)估地面沉降的最大值,這對于現(xiàn)場施工有著積極的指導(dǎo)意義。

表1 臨近建筑物一側(cè)的模擬值與實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

注：“*”為前人實驗?zāi)M值

3 結(jié)束語

隨著城市資源的緊縮,社會向高空和地下“索要”資源的需求也越來越大,促使對地下的開挖深度逐漸增大。雖然地下空間的綜合利用可以減緩人們對于空間資源的需求,但是也隨之出現(xiàn)了諸多問題,如人工挖孔樁等對臨近已有建筑物、地下設(shè)施的破壞等。人工挖孔樁應(yīng)具有承載力高、樁基質(zhì)量好、造價成本低等廣發(fā)的應(yīng)用于工程方面。但隨著應(yīng)用廣度和深度的不斷推進,人工挖孔樁對臨近建筑物的影響也越來越大,基于此,本文從人工挖孔樁導(dǎo)致圍護樁水平位移、坑外建筑物發(fā)生沉降、地下設(shè)施的側(cè)向位移以及引發(fā)的連鎖反應(yīng)等幾個方面分析了對臨近建筑物的影響,總結(jié)了導(dǎo)致這些變化的原因,并簡要的提出了相應(yīng)的解決措施,為后期制定更為合理、細致的解決措施提供基礎(chǔ)性的參考資料。

[1]金國龍,王勇,顧開云.人工挖孔樁施工對緊鄰基坑圍護結(jié)構(gòu)的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報,2012,46(1)：84-89．

[2]彭志雄,周元剛.深基坑開挖對臨近建筑物相互影響效應(yīng)分析[J].施工技術(shù),2017,46(8)：32-36．

[3]王翠,閆澍旺,張啟斌.深基坑開挖對臨近橋樁的影響機制及控制措施研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2010(S1)：2994-3000．

[4]黃竟鋒.人工挖孔樁技術(shù)在橋梁樁基施工中的應(yīng)用研究[J].江西建材,2017(20)：158-160．