水上锤击沉桩施工对相邻陆域桩基和轨道梁的影响分析
水上锤击沉桩施工对相邻陆域桩基和轨道梁的影响分析
杨涛1 ， 黎金箭2 ，梁忠华3
（1.2.中交第四航务工程局有限公司 广东广州510231；3.中国公路工程咨询集团有限公司 湖北武汉 430000）
摘要：锤击沉桩法是桩基施工的一种常用方法，而锤击沉桩施工振动往往对周边建筑物产生不利影响，从而制约了其应用范围。本文通过对靠近水域的滑道护岸和部分陆域桩基进行监测，确定了水上锤击沉桩基本不会对距离水上桩基最近的陆域桩基和轨道梁产生影响。
关键词：锤击沉桩 振动 影响 分析
Analysis of the influence on terrestrial pile foundation and beam from water hammer sinking pile construction pile foundation structure
Abstract: Hammer-driving pile is a common method, but the vibration of hammer-driving pile often build structures of adverse effects on surrounding construction , which restrict the scope of its application. This article，though monitor on proximity to water chute revetment and part of terrestrial pile foundation , determine that the water hammer sinking pile basically will not affect terrestrial pile foundation and beam.
Key words：Hammer-driving pile vibration effects analysis
0.前言
某造船基地工程，受办理水上施工许可证、整体工期等的影响，在陆域沉桩基本完成、陆域横向轨道梁施工过半后，准备进行水上桩基施工。在进行水上沉桩方案讨论评审，有关专家认为陆域横向轨道梁在桩基为完成前进行施工，不符合正常的施工顺序；且水上桩基采用锤击沉桩，在桩进入岩层的瞬间会产生强大的振动，从桩位处向外传播，将会引起周围地基振动，虽然由于振动几何阻尼和地基土材料阻尼作用，一般在很短时间内（约0.4～1.0s）消失，同时其振动强度随着与桩位距离的增加而减弱，当桩位点周围一定范围内的地基振动强度达到一定数值时，会引起地基与周围已有结构的共振，从而使之产生不同程度的损坏与破坏等危害；同时由于连续锤击，造成地面振动的强度比较大，陆域横向轨道梁轨道梁以及距离水上桩基最近的陆域桩基有可能因此受到破坏。为论证水上沉桩是否会对已施工桩基、结构物产生影响，建设单位决定对靠近水域的滑道护岸和距离水上桩基最近的陆域桩基进行观测。
1.工程概况
某滑道工程位于珠江三角洲崖门水道，水域宽阔，纳潮量大，潮汐动力强，拟建设船台、滑道、舾装码头及靠泊码头各一座。
根据《某码头施工图阶段岩土工程勘察报告》资料，场地岩土地层自上而下可分为：
①素填土层：层厚1.10~3.30m，主要由砾质粘性土（花岗岩残积土）组成，局部混有少两块石。
②第四系全新统海陆交互相沉积层：层厚10.5~38.3m发育、分布基本连续，厚度大；上部主要为淤泥，下部主要为粗砂和砾砂，呈现由上往下变粗的沉积韵律；
③第四系残积层：层厚0.40~19.30m，灰白、黄褐、肉红间灰褐等色，稍湿，硬塑；原岩结构完全破坏，粘性较差，含较多沙砾，少量细砾，遇水易软化、崩解，主要为花岗岩残积土，部分孔段为砂质粘性土；
④燕山三期岩浆岩：层厚0.2~5.90m属硬质岩石，中粗粒花岗结构，块状构造；按风化程度分为全风化、强风化、中风化和微风化四个风化岩带。
滑道水上桩基施工前，船台及滑道现浇段PHC桩基已经基本施工完成，船台横向现浇轨道梁正在施工。陆域桩基全部为Φ600PHC管桩，轨道梁为现浇钢筋混凝土结构，水上Φ1000组合桩（PHC桩+钢管桩），桩端持力层均为强风化花岗岩，桩长15～35m，自下向上桩长逐渐增加，最近桩位距已施工PHC桩仅7.4m（图1）。
图1 陆域轨道梁、滑道护岸、陆域桩基与水上桩基示意图
2.锤击沉桩影响分析
水上组合桩沉桩施工前，专家在评审施工方案时位认为锤击沉桩将对距离水上桩基最近的陆域桩基和结构物产生不利影响，一致建议对距离水上桩基最近的陆域桩基和结构物进行监测，以确定水上沉桩是否会对已施工工程造成影响。专家组经过讨论认为：
⑴水上沉桩锤击引起的振动是一种瞬时型的冲击振动，地基土体的强度和锤击沉桩能量等级决定了振动的影响程度和传播距离，地基土体强度越高（土越硬、空隙越小）、锤击沉桩能量越大，振动也越大、传播距离最近；
⑵根据国家地震局制定的《中国地震烈度表》和国家标准《动力机器基础设计规范》，并参考以往工程经验和相关资料：
①、在距离夯点5m以内，土体振动加速度大于0.5～1.0g，速度大于50mm/s，振幅大于1mm。该距离内振动将对地面上一般建筑物造成一定程度破坏，此范围为振动破坏区，振感较大。
②、距离夯点5～15m，该区域内的地面振动加速度在0.2～0.5g，速度在30～50mm/s，振幅在0.2～1.0mm。这样的振动对一般建（构）筑物有振感，但不会对结构造成影响，此范围为振动影响区。
③、距离夯点15m以外，此区域的振动加速度小于0.2g，振动速度小于30mm/s，振幅小于0.2mm，振感不大。这种振动只对精密仪器、精密仪表、精密机械会有一定的影响，对一般建（构）筑物不会造成影响，属于振动安全区。
⑶本工程滑道第一排桩基距离已施工陆域桩基最近距离为7.4m,正好在振动影响区范围内，水上沉桩有可能影响其完整性，造成断桩。
⑷同时，专家组认为：
1）、根据设计图纸，陆域桩基间距（6.8米）比水上桩基与陆域桩基最近的距离（7.4米）更近，施打陆域桩基时相邻桩基的影响会比施打水上Φ1000桩时的影响更大，既然陆域Φ600桩基小应变检测结果仅有少量二类桩，即使施打水上Φ1000桩基所需的能量比施打Φ600桩基所需能量大，也不会破坏桩基的完整性，；
2）、水上桩基虽然距陆域桩基仅为7.4m，但两者之间存在陆域土体、水中土体及河水三种主要介质。土体，特别是水对振动产生的波具有吸收作用，减轻了振动波的向外传播；
（5）已施工陆域现浇轨道梁，距离水上沉桩距已超过15米，且两者之间存在滑道护岸土体，若土体未发生沉降、位移，轨道梁应该是安全的。
鉴于以上分析，专家组一致建议对距离水上沉桩最近的陆域桩基进行沉降、位移观测，同时，在水上第一排桩基部分沉桩完成后，对距离最近的陆域桩基再次进行小应变检测，两次结果对比，以确定陆域桩基是否被损坏；与此同时，在滑道护岸均部九个地表沉降观测点、五个深层水平位移监测点，观测土体是否发生沉降、滑移，进而论证陆域现浇轨道梁是否安全。
3.监测
根据上述分析，建设单位委托具有资质的监测单位在水上第一排桩基施工过程中进行沉降、位移观测；同时在第一排桩基施工部分完成后，对距离水上桩基陆域桩基进行小应变检测。监测设备采用TCR1201+R400全站仪、徕卡DNA03电子水准仪、北京航天 CX-06B 测斜仪，监测数据采用BlastWare系列Ⅲ软件处理；小应变检测采用美国PDI公司生产的PIT-Collector型桩完整性测试仪和武汉岩海公司生产的RS-1616K（S）型基桩完整性检测仪。
（1）监测点布置
根据相关监测规范和现场实际情况，经过和设计单位沟通，在现场区域内共布置9个沉降观测点,5个深层水平位移观测点，并在5根距离水上桩基最近的陆域桩基桩顶设置位移观测点（兼顾沉降观测）。
图2监测点布置示意图
（2）锤击沉桩过程监测
根据监测方案，监测单位每天按时进行沉降、位移观测，并记录现场施工进展情况；每天下班前，及时把监测结果报送施工单位、监理单位、设计单位和建设单位，出现危险信号时直接报告建设单位现场主管。
①、桩顶位移观测
桩顶位移观测是通过在法兰盘上焊接钢筋头，利用全站仪和电子水准仪进行观测。通过数据处理，分析桩基位移的变化情况，绘制桩基在水上桩基施打过程中的水平和竖向位移时程曲线图。
②、地表沉降观测
沉降观测是指在滑道护岸土体表面上埋置沉降观测点，利用全站仪和电子水准仪进行观测。通过数据处理，分析滑道护岸几何外观的变化情况，绘制滑道护岸各观测点在水上桩施打过程中的水平和竖向位移时程曲线图以及表层位移矢量图，从而了解滑道护岸滑动范围和滑动情况，提供预警信息。
③、深层水平位移观测
滑道护岸的深层水平位移观测是在滑道护岸上钻孔埋设测斜管，利用测斜仪对边坡深层土体的侧向变形进行观测。通过滑道护岸深层水平位移观测可以确定边坡滑动面的具体位置、滑动大小和滑动方向，对滑道护岸的预警和稳定性分析具有重要作用。
在水上第一排桩基部分完成后，监测单位汇总监测数据如下：
根据上表、《工程测量规范》及其他相关规范、标准，监测单位得出如下监测结论：
A、桩顶水平位移最大位移速率小于10mm/d，地表沉降值最大沉降速率小于5mm/d，深层水平位移最大位移速率小于1.5mm/d，均未超过监测方案规定的数据；
B、根据各项监测项目的成果，其值均未超过警戒值，所监测的滑道护岸、陆域桩基目前整体处于较稳定的状态。
C、邻近陆域桩基施工完成后应对滑道护岸、陆域桩基不定期进行稳定监测，以此评价沉桩的影响。
根据方案评审时的意见，若滑道护岸是稳定的，则陆域部分已施工的横向现浇轨道梁也是安全的。
同时，经有资质的桩基检测单位再次检测，距离最近的陆域桩基（一类桩46根，二类桩2根），与第一次检测结果相同，说明沉桩所产生的振动未对距离水上桩基最近的陆域桩基造成损坏。
4.施工
根据监测结果及论证结论，锤击沉桩施工单位先对距离陆域最近的部分水上桩基进行了施打，整个监测完成后，按照正常的施打顺序完成了剩余水上桩基的施工。
在剩余滑道水上桩基施打过程中，监测单位不定期进行了观测，未发现危险信号出现。
5.结论
综合监测单位的报告和整个施工过程的详细记录，以及距离水上桩基最近陆域桩基低应变检测结果，分析得到如下结论：
⑴锤击沉桩施工时，要加强对临近结构物、土体等的观测；
⑵在水上进行锤击沉桩施工，河水对振动波具有吸收作用，振动频率随距离的增加而减小，对邻近结构物的影响比陆域桩基沉桩的影响要小。
⑶锤击沉桩影响评价应考虑施工场地地质条件、周围建（构）筑物抗震设防等级、锤击沉桩施工工艺等因素有关，应注意与监测方案相结合进行全面系统的分析。
参考文献：
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