應力釋放孔在施工現(xiàn)場周邊環(huán)境保護中的應用

陳 磊 劉法民

(山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100)

應力釋放孔在施工現(xiàn)場周邊環(huán)境保護中的應用

陳 磊 劉法民

(山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100)

論述了管樁施工環(huán)境效應問題的原理，并結合工程案例，對應力釋放孔在施工現(xiàn)場周邊環(huán)境保護中的應用技術進行了研究，針對管樁施工環(huán)境效應問題提出了一些防護措施，以保證施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的安全性。

應力釋放孔，管樁，環(huán)境效應，超靜孔隙水壓力

管樁因為承載力大、可在工廠內標準化生產、機械化施工程度高、施工速度快、施工現(xiàn)場整潔、施工噪聲小、成本較低等優(yōu)點，而越來越多地被作為工業(yè)民用建筑的樁基礎。但在城市中心地區(qū)的管樁施工過程中，會對周邊的環(huán)境產生影響。但在城市中心地區(qū)，對建(構)筑物的變形控制要求十分嚴格。因此，在管樁施工過程中，如果施工現(xiàn)場周邊出現(xiàn)異常，且這種異常又沒有被及時發(fā)現(xiàn)任其發(fā)展，將導致施工環(huán)境效應問題的發(fā)生，后果不堪設想[1-3]。為了確保管樁施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的安全、實用、花費低的方法是采用應力釋放孔，以保證管樁施工現(xiàn)場周邊建(構)筑物的安全。

1 管樁施工環(huán)境效應問題的原理

飽和土體在外部作用或者邊界條件變化時，本應發(fā)生應變，但由于排水一時受阻，在土體中產生不同于靜水孔隙水壓力的那部分孔隙水壓力——超靜孔隙水壓力，從而限制了土體的變形。隨著滲流作用，超靜孔隙水壓力將逐漸消散，并在消散過程中土體的固結導致土體體積變化，正是這種體積變化導致地面沉降，從而影響城市中心區(qū)地面、地下建(構)筑物的安全。

在管樁施工過程中，引起超靜孔隙水壓力的外部作用主要包括兩類：管樁正常施工過程中由于擠土效應在飽和土體中產生的超靜孔隙水壓力；在靜力壓樁法沉樁工藝過程中，靜壓機的壓力儲備不夠而導致無法穿過個別土層，此時，為了保證管樁被順利地壓到持力層，在局部難壓地段采用沖擊法，而沖擊會在飽和土體中產生超靜孔隙水壓力[4-6]。

2 應力釋放孔的應用

2.1 工程概況

南京產業(yè)園位于江蘇省南京市龍蟠中路東側、中山東路南側、解放路西側，占地面積37 699.76 m2。計劃在園區(qū)內蓋10幢框架結構的大樓(見圖1)：1號，9號為11層，高度35.6 m；7號，10號為20層，高度61.5 m；2號為22層，高度67.5 m；其他均為26層，高度79.5 m；大樓之間為地下室。地下建筑面積34 637.1 m2，地上建筑面積112 652.4 m2，大樓、地下室基礎均為預應力工程樁——管樁，其中大樓采用PHC-600(130)AB-C80管樁，地下室采用PHC-500(110)AB-C80管樁，樁長28 m～31 m，施工方法采用靜力壓樁法沉樁工藝。

2.2 場地工程地質與水文地質條件

工程場地勘察深度范圍內揭露的巖土體各層具體詳述如下：

①層填土：雜灰黃～灰色，濕，松散，主要由黏性土夾大量碎石、碎磚等建筑垃圾為主，局部底部混雜有淤質填土，填齡一般大于10年。

②-1層粉土夾粉質黏土：黃灰色，濕～很濕，粉土呈中密為主，局部稍密，粉質黏土呈可塑狀，水平層理發(fā)育，搖振反應中等，無光澤，干強度及韌性中低。

②-2層淤泥質粉質黏土：灰色，飽和，流塑，局部夾薄層粉土，含少量腐殖物，干強度及韌性中低。場地普遍分布，厚度較均勻。

③-1層粉質黏土：灰綠色～灰黃色，硬塑，局部可塑，含鐵錳質浸染斑塊，夾青灰色團塊。切面有光澤，稍有光澤，干強度高，韌性高。

③-2層粉質黏土夾粉土：黃褐色，灰黃～黃灰色，粉質黏土可塑，局部硬塑，含鐵錳質浸染斑塊及青灰色～灰白色團塊，粉土中密～密實。稍有光澤，干強度中等，韌性中等。

③-3A層含卵礫石粉質黏土：黃灰色，硬塑狀，以粉質黏土為主，局部夾中粗砂及卵礫石，卵礫石含量5%～10%，粒徑1 cm～3 cm，個別大于8 cm，磨圓度差，次棱角狀。稍有光澤，干強度中高，韌性中高。

③-3層粉質黏土夾粉砂：灰黃色，粉質黏土呈可塑狀，含鐵錳質浸染斑塊，粉砂中密～密實。稍有光澤，干強度中等，韌性中等。

④含卵礫石中粗砂：灰色，飽和，中密～密實狀，以中粗砂為主，卵礫石含量5%～10%，粒徑1 cm～3 cm，個別大于10 cm，磨圓度較差，次棱角狀。

⑤-1強風化泥質砂巖：紫褐色，巖芯風化呈土狀、砂狀，手捏易碎，遇水易崩解。極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。管樁以⑤-1層強風化泥質砂巖為持力層。

⑤-2中風化泥質砂巖：紫褐色，巖芯多呈柱狀和短柱狀，少量破碎狀。錘擊易碎。屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

勘察期間測得潛水初見水位埋深為1.00 m～1.80 m，穩(wěn)定水位埋深為0.80 m～1.50 m，該地區(qū)潛水水位年變幅在1.0 m左右，因此，建議潛水位按場地整平后地表下埋深0.5 m考慮。

2.3 管樁施工環(huán)境效應問題的分析

南京產業(yè)園場地空曠，南、西、北均無重要的建(構)筑物，但場地東側為老式居民樓和變電站(見圖1)，人口密集，其中最外一排管樁中心離居民樓外墻面約5 m。在5號樓施工過程中，日常巡視發(fā)現(xiàn)居民樓外墻面出現(xiàn)了裂縫，分析原因如下：

1)以管樁樁長30 m考慮，管樁施工的影響范圍為1.5倍的樁長，即45 m，則場地東側的居民樓均在影響范圍內。以正常的施工速度15根/d，樁長30 m，樁徑600 mm、管樁樁頂埋深6 m計算，則每天的擠土量為153 m3。由于擠土效應會在含水率37.8%、飽和的②-2層淤泥質粉質黏土中產生超靜孔隙水壓力。

2)樁端為了到達持力層⑤-1層，需要穿過②-2層淤泥質粉質黏土，在該層土中產生超靜孔隙水壓力。

3)由于④層為含卵礫石中粗砂，中密～密實狀，以中粗砂為主，卵礫石含量5%～10%，樁端阻力大，而靜壓機的壓力儲備不夠，管樁底在穿過④層時，只能采用沖擊法，而沖擊會在②-2層中產生超靜孔隙水壓力。

在上述三種外部作用共同影響下，在東側居民樓②-2層地基土中產生超靜孔隙水壓力，在超靜孔隙水壓力消散過程中東側居民樓地面產生不均勻沉降，導致了居民樓的墻體上產生裂縫。

2.4 防護措施

為了保證居民樓的安全，施工單位馬上停止了施工，發(fā)現(xiàn)裂縫沒有繼續(xù)發(fā)展的跡象。但為了保證后續(xù)施工的正常進行，需要設置應力釋放孔；由于超靜孔隙水壓力消散速度緩慢，可能會使未來1號～10號樓和地下車庫地基中產生不均勻沉降，從而影響大樓和地下車庫的安全使用，為了保證未來1號～10號樓和地下車庫的正常使用，也需要設置應力釋放孔；由于緊挨1號樓為變電站，為了保證變電站的安全，也需要設置應力釋放孔，即在東邊最外一排管樁中心與居民樓外墻之間設置防擠溝、應力釋放孔(見圖1)。防擠溝、應力釋放孔的益處有：1)擠土效應和管樁直接穿過②-2層淤泥質粉質黏土引起的超靜孔隙水壓力不會傳遞到東側的居民樓、變電站的②-2層地基土中；2)在防擠溝的端頭、中間設置集水井，②-2層中的水會通過應力釋放孔進入防擠溝，然后進入集水井，從而加速②-2層土的滲流和固結，有利于1號～10號樓和地下車庫的安全使用。具體防護措施參數(shù)如下：

1)在基坑支護樁內側與管樁之間(距離約為2.2 m)、雙軸深攪拌樁外側與圍墻之間(距離約為1.7 m)分別設置一排防擠溝。其中內側防擠溝的參數(shù)為長260 m、寬1 m、深1 m；外側防擠溝的參數(shù)為長260 m、寬0.8 m，深0.5 m，防擠溝的作用是形成連通的排水通道，便于施工排水。

2)在內、外防擠溝內施工應力釋放孔，孔徑為400 mm，間距為800 mm，孔深為15 m，到達②-2層淤泥質粉質黏土底部，兩排梅花狀布置。

3)在孔內填入細度模數(shù)2.85粗砂，砂井的作用是增加豎向排水通道對壓樁施工造成的地下超靜孔隙水壓力進行消散。

4)在防擠溝的兩端端頭、中間分別設置一個集水井，集水井深1 m，直徑600 mm，在集水井內放置水泵，定期抽水。

5)建立健全監(jiān)測系統(tǒng)，做到信息化施工。每天上、下午各巡查圍墻一次，看墻體上有無裂縫。在確保東側居民樓安全的前提下，把沉樁速率和壓樁流程調整到最佳狀態(tài)，若位移達到報警值時應暫停施工[7]。

2.5 應用效果

建設方花費32萬元，在東側設置了兩排應力釋放孔。施工工藝流程如下：場地平整→定位放線→挖防擠溝→鉆機就位→鉆孔至設計孔深→孔內填塞砂→鉆機移至下一個孔→鉆集水井。布置應力釋放孔后，在日常巡視過程中，在居民樓外墻面上已出現(xiàn)的裂縫未進一步發(fā)展，也未在其他外墻面上發(fā)現(xiàn)裂縫，變電站地面也未發(fā)現(xiàn)沉降。這樣，緩和了與居民之間緊張的關系，保證了安全文明施工。

3 結語

1)當管樁穿過飽和土體時，由于擠土效應和沖擊力，會在飽和土體中產生超靜孔隙水壓力。在超靜孔隙水壓力逐漸散失過程中，會導致飽和土體體積發(fā)生變化，表現(xiàn)為產生了地面沉降，從而影響施工現(xiàn)場周邊建(構)筑物的安全。為此，可以在現(xiàn)場與周邊構筑物之間設置防擠溝、應力釋放孔，它們能阻止超靜孔隙水壓力向周邊的傳遞，從而保證施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的安全。2)應力釋放孔要穿過飽和土層或到達飽和土層的底部，從而加速飽和土體的滲流和固結。3)靜壓機應配有足夠的壓力儲備，保證管樁被順利地壓到持力層；而在局部難壓地段，盡量不要采用沖擊法。

[1] 王 平,王衛(wèi)東,王子江.深基坑圍護技術指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2] 寧 波,李科興,胡建明.黃土地區(qū)隧道襯砌背后空洞對結構影響模擬分析[J].河南科學,2011,29(6):707-709.

[3] 李遠強.探地雷達探測地裂縫的幾個實例[J].物探與化探,2012,36(4):651-654.

[4] 吳 俊,陳開圣,龍萬學.高填方路基沉降變形有限元數(shù)值模擬[J].公路工程,2009,34(2):27-30.

[5] 熊建明,金生吉,余天慶.路基沉降試驗研究及數(shù)值模擬[J].華中科技大學學報,2008,25(4):54-56.

[6] 中國土木工程學會土力學及巖土工程學會.深基坑支護技術指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[7] 林 鳴,徐 偉.深基坑工程信息化施工技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

Application of stress releasing hole for the surrounding environmental protection near the construction site

Chen Lei Liu Famin

(ShandongZhengyuanConstructionEngineeringCo.，Ltd,Jinan250100,China)

This paper discussed the principle of tubular pile construction environmental effect problem, and combining with the engineering case, researched the application technique of stress release hole in construction site surrounding environmental protection, according to the tubular pile construction environmental benefits problem put forward some protective measures, to ensure the safety of construction site surrounding environment.

stress release hole, tubular pile, environmental benefit, excess pore water pressure

2014-12-17

陳 磊(1984- )，男，助理工程師； 劉法民(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)06-0086-02

TU473.1

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