鉆孔灌注樁施工對鄰近建筑物振動影響監測分析

王宏偉

摘要：橋梁樁基在采用沖擊鉆進行成孔作業時，會使鄰近建筑物受到沖擊波的影響。為避免樁基施工過程中沿線鄰近建筑物受波及而產生破壞，在樁基沖擊鉆作業時采用TC-4850測振儀對沿線鄰近建筑物地面的振動特性進行了現場監測。監測數據表明，沖孔時沖擊產生振動的振速沿測線方向衰減很快，在距作業點14 m處的測點時振速均已滿足《爆破安全規程》相關要求，表明該工程樁基施工時，沖擊振動對線路鄰近建筑物的影響在允許范圍之內。

關鍵詞：橋梁工程；沖擊鉆；樁基礎；監測

中圖分類號：U456.3文獻標志碼：A

0引言

橋梁工程樁基礎主要可分為沉入樁和灌入樁兩種形式。按照樁基施工方法，又可將樁基分為鉆孔灌注樁、沉入樁和人工挖孔樁三種類別[1]。其中，鉆孔灌注樁具備承載能力強、設備簡單、施工方便等優點，近些年來在橋梁工程中得到了廣泛應用。鉆孔灌注樁依據成樁的方式又可分為泥漿護壁成孔、沉管成孔、干作業成孔和爆破成孔等[2-4]。

泥漿護壁成孔樁主要采用正反循環鉆、沖擊鉆、旋挖鉆和潛水鉆等設備進行成樁。其中，沖擊鉆在沖孔過程中伴隨著沖擊錘從高處落下與地面土體碰撞勢必產生巨大的動能[5-6]，沖擊產生的大部分動能將以應力波的形式逐漸擴散至周圍地層，迫使鄰近建筑物及地面產生相應振動，進而給鄰近建筑物的穩定性帶來不利影響，甚至嚴重危及結構的穩定性及其安全性能[7-8]。

基于此，本論述依托工程實例，在某橋梁沖擊鉆樁施工時，對沖擊鉆運行過程中的振動特性進行了現場測試，用以監測評價沖擊鉆孔施工對沿線鄰近建筑物產生的影響及影響程度。通過對沖擊鉆鉆孔時的主振頻率和振動速度進行監測，提供現場檢測的實際數據，以判斷其是否符合相關設計規范規程、現行振動安全規程及其它相關設計資料及施工質量驗收規范要求，并確定沖擊波的振動傳播范圍，根據相應的安全判據和允許標準，判斷鄰近建筑物是否受波及及受影響程度。

1工程概況

某大橋的橋址屬于丘陵河谷地貌單元，微地貌為緩坡、溝谷，線位位于村莊農田及溝谷之上，鄰近建筑物為一般農村自建磚瓦房和部分土坯房。橋址區地形稍有起伏，自然坡度約5°，地面標高2 792.1 m～2 805.9 m。地表植被稍發育。勘察期間，溝谷流量相對較小，水深約0.15 m。橋位處百年一遇洪水設計流量204.46 m3/s，設計水位2788.69 m，最大沖刷線高程2 782.318 m。本橋平面位于R=8 600 m的左偏圓曲線上，縱斷面縱坡1.21%；墩臺徑向布置。橋梁起點樁號YK75+604，終點樁號YK75+810.5，橋梁中心樁號YK75+707.25，全長206.5 m，跨徑組合為6×20+（20+2*30）m，橋梁與路線前進方向右偏角為90°。上部結構采用裝配式預應力混凝土連續小箱梁。下部采用雙柱式橋墩，柱式臺，肋板式橋臺，墩臺均采用樁基礎。根據本橋地質情況，墩臺基礎均按照摩擦樁設計。安全紅線設在距最外側鉆孔灌注樁15 m處。

該工程項目墩、臺樁基直徑分別為1.6、1.4、1.2 m，根據現場樁基分布、地質條件、設計樁徑、樁長等情況采用旋挖鉆與沖擊鉆成孔工藝，沖擊鉆主要在堅硬巖層中使用，河灘樁基施工前需提前筑島。

2沖擊鉆施工原理及特點

2.1沖擊鉆施工原理

沖擊鉆在沖擊成孔的施工過程中，采用了破碎原理，即沖擊破碎入巖工藝，利用沖擊鉆鉆頭對巖石進行沖擊，沖擊鉆鉆頭由鋼繩連接，沖擊起降時方便施工，大大增加工作效率，同時縮短施工時間。再利用正循環或反循環排渣的方法將破碎時產生的巖石碎渣及時排出孔外，在沖擊鉆進過程中如此往復，直至其達到孔底的設計標高[9]。

2.2沖擊鉆特點

沖擊鉆成孔作業時，因其具備不易塌孔，不易偏孔，沉渣較少，成孔率高等特點，在鉆孔灌注樁施工時應用甚廣，尤其是對于河床或地質為嵌巖、基巖等地質較為復雜時，往往采用沖擊鉆孔來進行成樁孔作業[10]。

3現場監控量測

3.1測點布置

根據本橋梁工程的特點，采用TC-4850測振儀測試系統對沖擊鉆作業過程中鄰近建筑物附近地表振動進行監測，以確保建筑物所受沖擊波符合有關安全標準，測試儀器如圖1所示。

測試時選擇沿線建筑物的地面振動質點進行測試，并選兩個測線進行開挖階段測試，相互校核。每條測線上布設5個測點，分別進行了3次不同鉆進深度的振動測試，多次下挖監測以利于保證測試值的準確性。其中前兩個測點選擇在沿線地面上，后3個測點為周圍鄰近建筑物。各側點距沖擊鉆作業點的距離分別為2 m，6 m，14 m，30 m，62 m。測試過程中，測試儀器有0.05 Hz和0.02 Hz兩種觸發頻率，采樣時間保持在10 s～40 s之間。布設儀器時，確保Y方向朝向沖擊鉆機點，現場布設如圖2所示。測試過程中主要監測沖擊鉆進時地表質點的振動速度和鉆進不同深度施工工況下地表各質點的振動速度。

3.2測試結果分析

以其中一條測線的測試數據為例進行分析。測線上5個測點第1次下挖測試結果見表1所列。

由表1可以看出，Y通道的振速值為最大值，其距離沖擊鉆2 m的測點值為1.32 cm/s，而距離沖擊鉆62 m的測點值為0.02 cm/s。沖擊鉆進過程中，振速值由1號測點的1.32 cm/s逐漸衰減到5號測點的0.02 cm/s，其主頻率在10 Hz～20 Hz之間。

沖擊鉆施工時，1號測點測試所得典型振動效應波形如圖3所示。

測線上5個測點第2次下挖測試結果見表2所列。

由表2可以看出，Y通道的振速值為最大值，其距離沖擊鉆2 m的測點值為1.25 cm/s，而距離沖擊鉆62 m的測點值為0.02 cm/s。沖擊鉆進過程中，振速值由1號測點的1.25 cm/s逐漸衰減到5號測點的0.02 cm/s，其主頻率在10 Hz～20 Hz之間。

測線上5個測點第3次下挖測試結果如表3所列。

由表3可以看出，Y通道的振速值為最大值，其距離沖擊鉆2 m的測點值為1.16 cm/s，而距離沖擊鉆62 m的測點值為0.02 cm/s。沖擊鉆進過程中，振速值由1號測點的1.16 cm/s逐漸衰減到5號測點的0.02 cm/s，其主頻率在10 Hz～20 Hz之間。

現場監測數據表明，振速值除沿著測線方向不斷衰減之外，隨沖孔深度的增加，振動速度值也在不斷下降。1號測點在3次鉆進沖擊作業時的最大振速由1.32 cm/s逐漸衰減至1.16 cm/s。2號測點在3次鉆進沖擊作業時的最大振速由0.55 cm/s逐漸衰減至0.14 cm/s。3號測點和4號測點在3次鉆進沖擊作業時的最大振速均出現反彈現象，這是由于低頻振動的特性所產生。5號測點在3次鉆進沖擊作業時的最大振速均為0.02 cm/s。此外，當測試主頻范圍在10 Hz～20 Hz時，依據爆破安全規程可得出，一般磚房的振動安全容許振速為2.3 cm/s～2.425 cm/s，土坯房的振動安全容許振速為0.7 cm/s～0.825 cm/s。而從監測數據發現，在距離沖擊鉆孔點14 m的地面時，3次鉆進所測的振速值分別為0.55 cm/s、0.14 cm/s和0.14 cm/s，其值均遠遠小于安全的允許振速限值。表明當沖擊鉆作業時，沖擊波傳至施工紅線以外建筑物附近時的振速已衰減至安全允許振速限值，其影響屬正常范圍之內不會危及鄰近建筑結構的穩定性。

4結論

（1）在沖擊鉆進作業過程中，其沖擊產生的振速沿測線方向衰減很快，傳至距施工紅線附近的測點時，振動波速遠未達到安全允許的限值，進一步表明臨近鄰近建筑物在沖樁施工時，所受沖擊波的影響符合有關安全標準。

（2）試驗監測結果表明在距離沖擊鉆14 m處的2號測點的振速就已衰減至安全允許振速限值，也可認為安全距離大體在14 m左右。同時也說明施工紅線設置位置的合理性。

（3）現場測試數據表明，其振動頻率均在10 Hz～20 Hz之間，屬于低頻振動，在沿鉆孔深度方向上，振動速度逐漸減緩，但也可能出現反彈現象。

參考文獻：

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