南京某電纜隧道工程拔樁對河堤穩(wěn)定的影響研究

韋 煒 陳文偉

(1.國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210000； 2.福建省漳州城投集團(tuán)有限公司，福建 漳州 363000)

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南京某電纜隧道工程拔樁對河堤穩(wěn)定的影響研究

韋 煒1陳文偉2

(1.國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210000； 2.福建省漳州城投集團(tuán)有限公司，福建 漳州 363000)

以南京某電纜隧道秦淮河拔樁工程為例，開展了豎向沉降和水平位移的觀測工作，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究了套管法拔樁全過程對秦淮河大堤的影響，并得出了一些有意義的結(jié)論，為今后類似工程提供參考。

電纜隧道，堤岸，斷面觀測點(diǎn)，水平位移

0 引言

電纜隧道在城區(qū)地下穿越施工中，難免會遇到地面既有建(構(gòu))筑物的樁基工程。這些樁基工程成了電纜隧道盾構(gòu)穿越施工的重大障礙，基樁內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)刀盤的損毀和螺旋輸送機(jī)的工作故障。因此，在盾構(gòu)穿越施工前，必須將既有樁基拔除，從而確保盾構(gòu)機(jī)的安全穿越和電纜隧道施工的順利進(jìn)行。

曹玉忠等[1]認(rèn)為在樁體拔出過程中，難免對周邊的土體產(chǎn)生擾動，甚至?xí){到既有建筑物的安全，必須加強(qiáng)施工中對周圍環(huán)境的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)，保證周邊結(jié)構(gòu)物的安全。宋輝等[2]認(rèn)為對于套管法拔樁來說，拔出樁體屬于微擾動施工，而對周圍環(huán)境影響最大的是壓入套管和拔出套管并回填的過程。Ramanathan等[3]研究在砂土中進(jìn)行拔樁并獲得相關(guān)的摩阻力規(guī)律。武鋼[4]結(jié)合樁的拔除工藝，分析了影響樁抗拔承載力的兩個因素，一是樁身材料強(qiáng)度；二是樁周土所能提供的承載力，并介紹了在樁拔除工程中回填的重要性。

本文以南京某變電纜輸電線路盾構(gòu)隧道穿秦淮河堤岸障礙抗滑樁拔除工程為研究對象，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了套管法拔樁全過程對秦淮河大堤的影響，為今后類似工程提供借鑒經(jīng)驗。

1 工程概況

本文電纜隧道工程位于南京市中心，其中盾構(gòu)段下穿秦淮河，由于秦淮河堤岸的抗滑樁與盾構(gòu)段路線沖突，需對堤岸的抗滑樁進(jìn)行處理，整體處理思路是“先加固、后拔樁、再恢復(fù)”，主要任務(wù)是在確保堤防安全的前提下，置換現(xiàn)有堤岸抗滑樁，使得盾構(gòu)機(jī)順利穿過堤基及河床。

本工程地質(zhì)單元巖性成因?qū)匍L江河床漫灘相沉積，以巨厚層軟土廣泛分布為其主要特征。河堤填土以粉質(zhì)黏土為主，局部為粉土。各土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。工作區(qū)內(nèi)秦淮河兩岸第四系沉積層中的地下水主要為孔隙潛水。勘察期間鉆孔地下水穩(wěn)定水位：上游一般為▽6.50 m～▽7.00 m，下游一般為▽5.50 m～▽6.50 m。地下水水位變化主要受大氣降水和秦淮河水的影響。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

2 現(xiàn)場觀測分析

本文主要對秦淮河大堤左岸開展了豎向沉降和水平位移的觀測工作。在秦淮河左岸共布置18個沉降觀測點(diǎn)，分三個斷面布點(diǎn)：第一個斷面包括DA1～DA8,DA15,DA16，第二個斷面包括DA9～DA11，第三個斷面包括DA12～DA14，DA17,DA18；水平位移觀測共布置6個觀測點(diǎn)DS1～DS6，分布在第一個斷面部分豎向沉降觀測點(diǎn)附近，各觀測點(diǎn)布置位置見圖1。

主要施工進(jìn)度為：第1天～第5天為高壓旋噴加固地基，第6天～第16天為托換鉆孔灌注樁施工，第17天～第21天拆除堤岸原有擋墻，第22天～第27天拔樁機(jī)械進(jìn)場并進(jìn)行安裝，第28天～第34天為拔樁施工期間，第35天～第37天為拔樁結(jié)束后繼續(xù)對堤岸進(jìn)行監(jiān)測。

2.1 沉降觀測

圖2為第一斷面觀測點(diǎn)沉降隨時間的變化。可見，第一斷面各觀測點(diǎn)總體來說均有下沉，但沉降量不大。累積沉降最小的觀測點(diǎn)DA1為-0.59 mm，最大的是觀測點(diǎn)DA8的-8.10 mm，原因是DA1觀測點(diǎn)離拔樁中心線較遠(yuǎn)，拔樁前地基加固與拔樁施工對其影響不大，沉降較小；DA8觀測點(diǎn)在拔樁中心線附近，受施工影響較大。高壓旋噴加固地基時對堤岸底下土體擾動小，各觀測點(diǎn)沉降變化穩(wěn)定在0.50 mm以內(nèi)；托換樁施工時對DA8，DA15影響較大，其原因可能是因為打樁過程土體產(chǎn)生擾動，應(yīng)力釋放，堤岸沉降變化穩(wěn)定在2.20 mm以內(nèi)，對其他觀測點(diǎn)影響不大，穩(wěn)定在1.00 mm以內(nèi)；拔樁施工時，各觀測點(diǎn)沉降變化較加固地基時大，拔樁中心線附近DA6,DA8,DA15沉降變化在3.00 mm左右，沉降日變化速率平均為0.61 mm/d，從拔樁中心線往兩邊各觀測點(diǎn)沉降變化逐漸減小，平均日變化速率也逐漸減小，其原因是拔樁后灌入細(xì)石混凝土?xí)r，混凝土還未達(dá)到一定強(qiáng)度，樁周土體受堤頂施工荷載影響，致使該斷面觀測點(diǎn)沉降變化較大，且變化規(guī)律如前所述。圖2中第28天部分觀測點(diǎn)隆起，部分下沉，原因是當(dāng)天大型吊機(jī)停在DA5,DA6,DA8之間，該區(qū)間受到附加壓力。當(dāng)基底壓力增大到某一數(shù)值即相應(yīng)于極限荷載時，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起，中間區(qū)域?qū)a(chǎn)生沉降，地基受局部剪切破壞，因而該三個觀測點(diǎn)下沉速率較大，其他觀測點(diǎn)則向上隆起，對堤岸穩(wěn)定影響小，滿足規(guī)范要求。拔樁施工結(jié)束后各觀測點(diǎn)基本不再沉降，逐漸趨于穩(wěn)定。

由圖3可見，在進(jìn)行高壓旋噴加固地基及托換樁施工時第二斷面沉降觀測點(diǎn)附近土體擾動小，沉降變化較小，最大沉降變化不大于1.20 mm；拔樁施工時第二斷面觀測點(diǎn)沉降變化速率較大，但本次累積沉降不大于1.00 mm。第二斷面總體累積沉降不大于2.00 mm。可見，本次拔樁過程對該斷面觀測點(diǎn)影響較小，累積沉降滿足規(guī)范要求。

由圖4可見，第三斷面觀測點(diǎn)在整個工程施工期間呈下沉趨勢。觀測點(diǎn)布置在秦淮河邊上臺階上，在高壓旋噴加固地基及托換樁施工時對該斷面觀測點(diǎn)的影響較第一、二斷面觀測點(diǎn)小，各點(diǎn)累積沉降平均在0.42 mm左右；拔樁施工各點(diǎn)沉降變化速率相對于加固地基時大，但累積沉降不大于0.40 mm。整個施工過程中該斷面觀測點(diǎn)累積沉降不大于0.80 mm，原因是該斷面觀測點(diǎn)離拔樁中心線距離較遠(yuǎn)，平均距離約15.0 m，施工對該斷面穩(wěn)定影響較小，滿足規(guī)范要求。

綜合以上對三個斷面各觀測點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)的分析，各沉降觀測點(diǎn)累積值均不大于8.50 mm，在預(yù)警值+10 mm～-20 mm之間，滿足設(shè)計要求。可知，本次拔樁工程在整個施工過程中對秦淮河大堤豎向沉降的影響小，堤岸穩(wěn)定性滿足要求。第一斷面沉降觀測點(diǎn)累積沉降值見表2。

表2 秦淮河堤岸豎向沉降觀測點(diǎn)累積沉降值 mm

2.2 水平位移觀測

由于在高壓旋噴加固地基時對堤岸水平位移影響小，累積位移基本為零，故本次從托換樁施工時得到的水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由圖5分析可知，各觀測點(diǎn)水平位移累積值變化基本呈S形曲線分布。在托換樁施工時，各觀測點(diǎn)水平位移累積值不大于1.0 mm，其原因是在施工過程中對土體擾動小，對堤岸水平位移影響小；拔樁施工過程，總體上看各觀測點(diǎn)水平位移變化速率較托換樁施工大，但累積值不超過預(yù)警值要求，滿足規(guī)范要求。從局部上看，在拔樁中心附近，DS2～DS5水平位移累積值較DS1,DS6累積值大，影響原因與豎向沉降觀測點(diǎn)沉降影響原因類似，在所需拔除的障礙樁中心附近，拔樁施工對土體擾動大，對水平位移影響程度大于離軸線較遠(yuǎn)的觀測點(diǎn)。拔樁結(jié)束后土體基本不受擾動，水平位移累積值趨于不變。

綜合對比表2與表3中各觀測點(diǎn)豎向沉降變化與水平位移變化情況，在豎向沉降變化大的位置水平位移變化也大，但均不大于預(yù)警值，大體上堤岸呈微微傾斜趨勢，但堤岸整體穩(wěn)定性不受到威脅。其中豎向沉降累積值平均約為水平位移累積值的1.8倍。

表3 秦淮河堤岸水平位移觀測點(diǎn)水平位移累積值 mm

3 結(jié)語

1)拔樁引起的堤岸豎向沉降變化累積值最大為-8.10 mm，水平位移累積值最大為3.62 mm，均在設(shè)計預(yù)警值之內(nèi)，滿足設(shè)計要求，并得出各觀測點(diǎn)沉降累積值與水平位移累積值從拔樁中心軸線向兩邊遞減的規(guī)律。

2)在沉降累積值大的觀測點(diǎn)附近水平位移累積值也相對較大，豎向沉降累積值平均約為水平位移累積值的1.8倍，進(jìn)一步驗證在研究拔樁對周圍環(huán)境影響時，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)豎向沉降監(jiān)測，并配以水平位移監(jiān)測為輔的研究方法。

[1] 曹玉忠,劉建國,徐 東.套管法拔樁施工對鄰近箱涵的影響分析[J].城市軌道交通研究,2007,10(8):70-71.

[2] 宋 輝,常 瑩,黃 超,等.套管法拔樁對既有大直徑地下污水管的影響[J].上海大學(xué)學(xué)報,2011,17(3):320-324.

[3] Ramanathan,T.S.,Ganapathy,A.P.Pull out resistance of piles in sand[J].Indian Nat.Soc.Soil Mech.Found.Eng.，1970，9(2):189-202.

[4] 武 鋼.對樁拔除工程中若干問題的探討[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(22):210-211.

Study on the impact of the cable tunnel engineering pile pulling in Nanjing upon the embankment stability

Wei Wei1Chen Wenwei2

(1.NanjingPowerSupplyCompany,StateGridJiangsuElectricPowerCompany,Nanjing210000,China;2.FujianZhangzhouInvestmentGroupCo.,Ltd,Zhangzhou363000,China)

Taking the cable tunnel Qinhuai river pile pulling in Nanjing as an example, the paper launches vertical subsidence and horizontal displacement observation, studies the impact of casing pile pulling process upon Qinhuai river dam, and obtains some meaningful conclusions, which has provided some guidance for similar engineering in future.

cable tunnel, embankment, section observation point, horizontal displacement

1009-6825(2017)18-0159-03

2017-03-15

韋 煒(1981- )，男，工程師

U452

A