鋼管樁免共振施工對(duì)鄰近地鐵的振動(dòng)影響試驗(yàn)研究

楊春柳

上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司 上海 201108

1 概述

鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)樁基施工、基坑開挖等施工活動(dòng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)或多或少會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如果施工對(duì)鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)超標(biāo)，將影響到地鐵的正常運(yùn)營甚至停運(yùn)，后果將十分嚴(yán)重，社會(huì)影響惡劣[1-4]。為了最大限度降低施工造成的影響，探索鋼管樁施工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)影響程度，鋼管樁振沉可采用免共振的液壓振動(dòng)錘施工。為獲取該工藝鋼管樁施工對(duì)鄰近土體的影響，確認(rèn)所選錘型的適應(yīng)性與可靠性，確保地鐵安全，在正式施工前現(xiàn)場(chǎng)選取一處（“彈鋼琴”段2號(hào)倉靠南側(cè)）進(jìn)行鋼管樁免共振非原位施工測(cè)試，為后續(xù)大規(guī)模施工提供參考。

2 工程概況

上海市北橫通道新建工程Ⅱ標(biāo)篩網(wǎng)廠段在樁號(hào)K8＋952.90～K9＋113.73范圍內(nèi)需要穿越蘇州河，長(zhǎng)度約160.83 m。其中，跨河段起止樁號(hào)為K9＋020.00～ K9＋086.00，長(zhǎng)度約66 m。南北車道各呈現(xiàn)一定的弧度，其中南線隧道轉(zhuǎn)彎半徑為300 m，北線隧道轉(zhuǎn)彎半徑為550 m。本工程跨蘇州河段臨時(shí)圍堰有地鐵13號(hào)線通過，距離一期臨時(shí)圍堰最近處4.5 m，距離二期臨時(shí)圍堰最近處為14.5 m，為考慮地鐵運(yùn)行安全，本段施工鋼平臺(tái)加拉森鋼板樁作臨時(shí)圍堰，鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式為：基礎(chǔ)采用鋼管樁（φ800 mm×14 mm，長(zhǎng)28 m）；上部結(jié)構(gòu)依次為H700型鋼樁頂橫梁、H700型鋼縱梁、18#工字鋼橋面分布橫梁、厚10 mm鋼板橋面板、φ45 mm鋼管護(hù)欄，鋼平臺(tái)寬度8 m，鋼管樁設(shè)計(jì)底標(biāo)高為－25.5 m，設(shè)計(jì)頂標(biāo)高為＋1.80 m。鄰近的地鐵13號(hào)線隧道頂標(biāo)高為－16.1～－14.4 m。

3 測(cè)試流程

3.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為量化鋼管樁施工對(duì)鄰近土體的影響分布規(guī)律及程度，進(jìn)而判斷對(duì)鄰近隧道結(jié)構(gòu)的影響，考慮實(shí)際空間相鄰關(guān)系，決定在離鋼管樁施工位置3、5、10 m處分別布設(shè)振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)、深層水平向土體位移測(cè)試點(diǎn)、深層垂直向土體位移測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試深度達(dá)管樁端部以下，并至隧道底部一倍直徑以下，滿足測(cè)試全面覆蓋要求（圖1）。

圖1 振動(dòng)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置示意

3.1.1 土體深層側(cè)向水平位移

1）測(cè)點(diǎn)布置。與鋼管樁的間距分別為3、5、10 m，單孔深度設(shè)計(jì)為32 m，測(cè)斜管口測(cè)試方向正對(duì)鋼管樁。

2）測(cè)點(diǎn)埋設(shè)。采用鉆孔法埋設(shè)，單孔深32 m，鉆機(jī)開孔直徑為130 mm，在土質(zhì)較差地層鉆孔時(shí)應(yīng)用泥漿護(hù)壁，終孔后進(jìn)行清孔。測(cè)斜管沉放到位后，在測(cè)斜管與鉆孔空隙內(nèi)回填黃砂或漿液；孔內(nèi)充填物因固結(jié)下沉后及時(shí)補(bǔ)填；采用鉆孔法安裝的測(cè)斜管，應(yīng)至少穩(wěn)定一周以上，方能施測(cè)，并需確認(rèn)是否穩(wěn)定，測(cè)孔穩(wěn)定后方能進(jìn)行正式監(jiān)測(cè)工作。

3.1.2 土體分層沉降

1）測(cè)點(diǎn)布置。本試驗(yàn)采用“磁環(huán)法”進(jìn)行測(cè)試，測(cè)點(diǎn)與“坑外土體深層側(cè)向位移”測(cè)點(diǎn)共用。沿豎向布設(shè)7個(gè)磁環(huán)，考慮監(jiān)測(cè)代表性及有效覆蓋，在地鐵隧道頂、中心、底、上下各3 m均進(jìn)行布置，其余按每5 m布設(shè)1個(gè)磁環(huán)。

2）測(cè)點(diǎn)埋設(shè)。具體可參考土體測(cè)斜監(jiān)測(cè)孔鉆孔法埋設(shè)方法。

3.2 測(cè)試節(jié)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)頻率的確定應(yīng)以能系統(tǒng)反映監(jiān)測(cè)對(duì)象所測(cè)項(xiàng)目的重要變化過程而又不遺漏其變化時(shí)刻為原則。根據(jù)本次試驗(yàn)要求，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)初定按表1執(zhí)行。

表1 測(cè)試節(jié)點(diǎn)安排

3.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)開始前，對(duì)場(chǎng)地振動(dòng)背景值進(jìn)行采集。場(chǎng)地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度三維矢量峰值背景值為0.311 mm/s，數(shù)值較小。

3.3.1 壓樁過程

距離試驗(yàn)鋼管樁3、5、10 m處典型振動(dòng)速度波形分別如圖2～圖4所示。數(shù)據(jù)成果如表2所示。

3.3.2 拔樁過程

限于篇幅原因，拔樁階段典型振動(dòng)速度波形不一一列舉?，F(xiàn)將數(shù)據(jù)成果匯總?cè)绫?所示。

4 結(jié)論與建議

4.1 主要結(jié)論

前文介紹了鋼管樁免共振施工過程中振動(dòng)的測(cè)試流程及結(jié)果，從結(jié)果可以得出：

1）場(chǎng)地背景振動(dòng)數(shù)值為0.311 mm/s，數(shù)值較小。

圖2 距離試驗(yàn)鋼管樁3 m處典型振動(dòng)速度波形

圖3 距離試驗(yàn)鋼管樁5 m處典型振動(dòng)速度波形

圖4 距離試驗(yàn)鋼管樁10 m處典型振動(dòng)速度波形

表2 測(cè)試結(jié)果匯總（壓樁階段）

2）壓樁試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明：

① 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度三維矢量峰值為4.72、4.55、2.36 mm/s，徑向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度略大于切向、垂向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。隨著距離的增加，施工造成的振動(dòng)速度逐漸減小。

表3 測(cè)試結(jié)果匯總（拔樁階段）

② 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)主頻為34.6、36.1、34.4 Hz，與振動(dòng)錘頭設(shè)計(jì)施振參數(shù)基本一致。

③ 在此階段，所測(cè)水平位移量介于2.11～9.43 mm之間，垂直位移量介于－3.38～7.22 mm之間。

3）拔樁試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明：

① 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度三維矢量峰值為4.870、4.530、0.751 mm/s。隨著距離的增加，拔樁施工造成的振動(dòng)速度逐漸減小。

② 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)主頻為25.6、32.7、31.5 Hz。

4）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，此次非原位振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)符合地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 下一步工作

1）盡管此次非原位測(cè)試結(jié)果給后續(xù)施工作業(yè)提供了一定的參考依據(jù)，但正式施工時(shí)仍建議從地鐵隧道結(jié)構(gòu)處直接測(cè)試振動(dòng)結(jié)果，這樣更能反映實(shí)際振動(dòng)情況。

2）此次試驗(yàn)過程中由于條件所限，采用的是單傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，造成部分?jǐn)?shù)據(jù)未能同步采集，在后續(xù)測(cè)試過程中應(yīng)加以完善。

3）此次試驗(yàn)壓樁及拔樁過程中，地基土均出現(xiàn)了不同程度的液化現(xiàn)象，液化的范圍及其對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響程度可作為后續(xù)的研究課題。