人工挖孔樁施工對臨近建筑物的影響

張桂榮

(中化地質礦山總局福建地質勘查院,福建 福州 350013)

隨著城鎮化建設的不斷推進以及我國現代化基礎設施的逐步完善,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變,這種轉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,而賴以實現這一目的的主要原因在于科學技術的不斷進步,使得各類建筑理念逐漸成為了現實。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,將會導致原有的空間應力平衡打破,為了達到新的應力平衡進而引起一系列的變化。基于此,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,打破了原來的應力平衡狀態,因此,挖孔樁附近的建筑物等為了達到新的應力平衡,就會發生一系列變化,在這個變化過程中往往使得原有建筑物、地下設施等遭受不同程度的破壞,主要表現在幾個方面：一是圍護樁的水平位移,二是挖孔樁外建筑物的下沉,三是地下設施的側向位移。

1.1 導致圍護樁水平位移

在開展人工挖孔樁施工時,隨著開挖深度的不斷加深,臨近建筑物一側的圍護樁會發生水平位移,其位移量可達30cm,但不同的建筑物結構、地質條件等位移量相差較大。通過對不同的圍護樁監測發現,其位移量最大的圍護樁為位于開挖樁附近。導致這一現象的原因主要在于開挖前地表的應力是平衡的,隨著開挖施工的不斷進行,在坑內形成了應力“空白區”,使得周圍的應力失去了原有應力的抵制,導致應力逐漸向“空白區”轉移,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移動,進而導致地表產生隆起形變[2]。

1.2 導致坑外建筑物發生沉降

人工挖孔樁在施工過程中,隨著坑的形成,附近的土體發生明顯位移,進而導致坑外建筑物發生不同程度的沉降,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沉降幅度最大,而遠離坑的一側沉降幅度相對較小,這種不均勻的沉降使得建筑物的受力結構發生改變而使得建筑物傾斜。研究發現導致建筑物沉降的因素是復雜的,但總體表現在圍護樁剛度、支撐剛度等方面。

1.3 導致地下設施的側向位移

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施。在開挖時,應力的突變不僅表現在地表淺層,隨著坑的深度不斷增加,土體下部的應力變化也越來越明顯,這就對地下管道等產生了明顯的擠壓推動作用,可以使得管道發生位移、彎曲、破裂甚至是中斷。在空間上具有靠近坑一側的地下設施變形量遠大于遠離一側的,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、查明管道的結構、粗細等狀況,進而確定相應的防護措施。

1.4 導致引發的連鎖反應

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雜的,一般是水平位移、地面沉降等共同作用的結果。它不僅與人工挖孔樁的施工狀況密切相關,還是建設區域的地質特征、水文地質條件、建筑物的結構等息息相關。因此,這也就決定了人工挖孔樁施工過程中產生的潛在威脅是難以估計的,需要結合當地的實際情況具體問題具體分析才能較好的解決。在施工過程中,我們常可見到一些普遍的現象如地下管道發生彎曲、破裂等,對于已經破裂的管道,我們可以及時發現并且及時處理,而對于那些發生了彎曲且處于破裂的臨界狀態的管道變形是很難排除的,但是隨著后期壓力的持續作用,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時施工狀態下難以發現的。鑒于此,在施工之前,應該充分分析各種可能發生的危害,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

前文已經指出,人工開挖樁對鄰近建筑物有著明顯的影響,其中導致臨近建筑物發生不同程度的沉降是最主要的破壞方式之一,導致這一現象的原因很多,但主要體現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形式是多方面的,而不是單一的,如地表建筑物發生地面沉降,其圍護樁等肯定也隨之發生了水平位移。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生變形的基礎設施,一般由0.8、1.0、1.2m的墻體組成,而地下連續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]。由上述實驗數據可知,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,適當的增加圍護墻的厚度,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加厚,雖然可持續增加圍護樁的剛度,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,主要表現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構和樁體潛入深度等決定[2]。因此,在建設施工過程中,僅僅憑借增強支撐剛度的措施進而實現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 維護結構水平位移與地表沉降的關系分析

圍護結構的水平位移與地表沉降之間存在著明顯的正相關關系,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,二者的變化關系近似于線性關系[4]。本文統計了前人研究模擬數據以及本次研究實測成果(表1),由統計表可以明確的看出,無論是實驗模擬數據還是實測數據,都具有較為明顯的線性關系,即二者的變化程度是十分吻合的,因此其結論也是可靠的。因而,可以利用此種變化規律,在相同的地質條件的基礎上,可以達到預估地面沉降的最大值,這對于現場施工有著積極的指導意義。

表1 臨近建筑物一側的模擬值與實測數據統計表

注：“*”為前人實驗模擬值

3 結束語

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,但是也隨之出現了諸多問題,如人工挖孔樁等對臨近已有建筑物、地下設施的破壞等。人工挖孔樁應具有承載力高、樁基質量好、造價成本低等廣發的應用于工程方面。但隨著應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致圍護樁水平位移、坑外建筑物發生沉降、地下設施的側向位移以及引發的連鎖反應等幾個方面分析了對臨近建筑物的影響,總結了導致這些變化的原因,并簡要的提出了相應的解決措施,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構的影響[J].上海交通大學學報,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分析[J].施工技術,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].巖石力學與工程學報,2010(S1)：2994-3000．

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