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岩土研究院

夯扩桩施工的振动与挤土效应测试实例

333 2022-07-12 10:42:12

一、前 言

夯扩桩是挤土桩,利用锤击打入沉管,通过内管锤击将外管底端内混凝土夯扩成大头鞋形的灌注桩。由于其施工成桩工艺的特点;夯扩振动与挤土,一方面锤击沉管和夯扩,引起地面较强烈的振动,对周边邻近建筑物造成不良影响,同时不断的振动引起地基土中各层的孔,隙水压力变化上升;另-方面挤十使夯扩桩所径越地层和桩端土层《桩周土和桩端持力层)受其影响,使原有土层的物理力学性质产生显著变化,挤土也会引起地基土中各层的孔隙水压力变化上升及积露。振动与挤十产生的效应对周边环境及成桩质量直接影响,为提高成桩质量、尽量减小地面振动带来的负影响,必须对其影响变化规律进行测试分析。为此,我院检测中心对财神广场、君安大厦、江龙大厦、声直大厦等高层建筑的密集型、大直径的夯扩桩施工时的振动和挤十效应影响进行了监测与测试。根据测试结果,提出相应的施工建议与措施。本文就汉口闹市中心的某夯扩桩施工时的监测与测试结果如何指导施工的实例作分析。


二、工 程 概 况

夯扩桩施工场地位于汉口繁华的商业地段,四周楼房林立,市政设施多,且相距甚近,离施工场地周边建筑物最近点的二轻局和机械局办公楼6.8m,最远点是一幢 30年代的4 层中心百货大楼 22.5m(图1)。


施工场地工程地质条件∶属长江。Ⅰ级阶地,原始地形为湖塘分布区,经人工改造后地形平坦,起伏甚微,杂填土与基岩之间的土层为第四系全新统长江冲积层,地层自上而下物理力学性质如表1。


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三、监测与测试分析


1.孔隙水压力测试

在长江 1级阶地、水位较高的地基土特别是饱和土层中打桩,施工速度过快,施工流程安排不当,使土层中的孔,隙水压力骤增,地下水在邻近尚未初凝的桩身内形成临时非水通道,使桩身内出现离析、断裂等影响桩的质量的现象;同时取决于有效应力的土的抗剪强度就会暂时降低甚至完全丧失,在挤土的作用下,更容易产生地面隆起和水平位移,以及"拒打"或"桩塞"现象,使桩不能打到设计深度,影响成桩质量,还会造成与邻近既成桩身上台、桩位偏离,产生桩的负摩擦力,降低单桩承载力、随着孔踱水压力的消散还会产生附加沉降。因此在夯扩桩施工前做试验研究及夯施工过程夯扩施工对地基土层中孔. 隙水压力影响范围及大小、各土层的积累与消散规律,合理安排最佳施工顺序,及时调整施工速度、流程,提高成桩质量。


本次孔隙水压力测试在夯扩桩施工区内、外埋设了6个孔位18个压力计,从施工开始前7天至施工结束后8天连续测试分析,以超孔隙水压力与土层有效上覆压力之比≤1.4 作为夯扩桩施工控制标准;为初步安排施工进度与施工间距,利用1号、2号孔位6个压力计在工程施工前进行夯扩桩施工对不同土层的影响范围及消教情况;图 2、图3不同土层的孔隙水压力与打桩距离的关系,图 4、图5不同土层的孔隙水压力随时间消散的变化曲线;为了对比施工前后不同土层的消散情况,施工结束后,对1号、2号孔位6个压力计又连续测试了 8天,图 6、图 7 施工完成后不同土层的孔隙水压力随时间消散的变化曲线。


从图 2~图7 分析可得出如下规律∶


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(1)从图2、图3不同土层的孔隙水压力与打桩距离的关系表明∶打桩对不同的土层影响范围不同,土层透水性的好差,决定打桩对不同土层的影响距离,本场地透水性好的⑥粉土与粉质粘土互层及⑦粉砂约为3~4.5m,而透水性差的⑤粘土及其它土层约为4.5~6.0m,但5m 范围外它们的值很小,因此打桩施工间距可定在 5m;打桩所产生的不同土层的超孔隙水压力大小取决于土性、振动频率、成桩过程中所受的力,如桩端持力层⑤、⑥两层,在夯扩成形桩头时,虽然很快消散很大一部分,但产生很大的瞬间孔隙水压力。

(2)从图4~图7不同主层的超孔隙水压力消散曲线表明∶不同十层的孔隙水压力消散时间随土层的透水性不同而异,土层的透水性越好,消散时间越短;透水性好的③粉土与粉质粘土互层及⑦粉砂施工前做试验时的消散时间为4~5天,透水性最差的⑤粘土试验时的消散时间为7~8天;桩基施工完后,土层由于受桩基的挤密而使得透水性较差的土层消散时间更长,但透水性好的⑥粉土与粉质粘土互层及⑦粉砂则与施工前做试验的消散时间基本一致4~5天,而透水性最差的⑥粘土8天后仍有 40%未消散完,且前5天消散速度缓慢,因此随着施工桩数的增加,更须放慢施工速度和回打施工完毕桩的邻桩,在施工初期,回打时间间隔可以为 7天,而后根据监测情况加大时间间隔。


(3)在整个监测过程中的结果表明∶打桩流程(间隔方式和间隔时间)对土层中超孔隙水压力的积累有明显影响,特别对透水性差的⑤粘土层的积累影响更大;打桩流程若按开始试验所提供的参数施工,则没有超出孔隙水压力施工控制标准,过快间距过短,则超出施工控制标准;对孔隙水压力的测试控制透水性差的⑤粘土层是关键。


从所监测的其他地质条件类似的工程均体现出了上述共性,因此这些结论对将来在相同场地条件下施工,可直接应用。


2.场地地面振动衰减规律及振动对周边建筑物的影响

(1)场地地面振动衰减规律

为了研究锤击沉管及夯扩桩端大头过程中的振动对周边建筑物的影响,特别是离施工场地22、5m 的某中心百货大楼的影响,我们特地在施工前在施工边线夯扩试桩 4"时和工程桩施工过程中在.A、C作业区两台夯扩机同时靠近江汉路该测线时(即对该测线产生最大振动),讲行了地面振动衰减规律测试(包括水平向、垂直向)。图8~图9振动速度峰值与距离关系。


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从图 8~图9及其对比可得出∶


1)夯扩桩施工引起的振动速度峰值随距离而衰减,振动的垂直向比水平向衰减得快,在距夯扩桩的施工距离近点,垂直向幅值大于水平向振幅,但10.5~11.0m 后水平向振幅大于垂直向幅值,且相差越来越大;


2)振动的衰减幅值简单可以用Y=Ae-",两次所测得的衰减系数a基本相等,垂直向施工前为 0.08050,第二次为0.07997,水平向施工前为0.03174,第二次为0.03384,与振动能量相关振幅 A 虽然相差很大,但单桩试验结果的水平向和垂直向均可乘于同一系数,得到多台夯扩桩在施工时的幅值,如本场地×(2.4~2.6)即得施工过程中的各点的水平向、垂直向振幅值,因此在施工过程中可以通过单桩试验的结果来推算对周边建筑物的地面影响。


(2)振动对周边建筑物的影响

根据施工现场周边邻近受影响建筑物的情况,施工前分别选择最靠近二轻局办公楼、机械工业局办公楼、中心百货大楼的试桩1号、2号、3号夯扩施工时作施工前试验,测试试桩夯扩施工时各建筑物各层的振动振幅峰值和振动频率;以及4 个作业区同时在夯扩施工,且两台最靠近被测建筑物施工时,测试各建筑物各层在相同点的振动振幅峰值和振动痛率.

这些测点的布设分别为;


4层楼的二轻局办公楼设在一、三、四楼中部窗台上(A1、A3、A4);7层楼的机械局办公楼设在一、三、五、七楼面上(B1、B3、B5、B7)∶5层楼的中心百货大楼设在一,一. 五楼面上(C1、C2、C3)。


各建筑物测点基本均在一条竖向投影线上,在地面投影为同一点,每点各布置垂直向和水平向两个速度检波器,试验测试及施工过程中测得最大的振幅及频率结果见表 2(单位cm/s)。


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从表2试验与施工过程期间测试的数据表明∶


1)夯扩桩施工产生的振动,虽然对周边建筑物会引起振动,但若用地面振动速度峰值为 5cm/s 为建筑物作为振动允许值,则表明夯扩施工所引起的建筑物振动远远小于该值,一般情况下夯扩桩所产生的振动不会引起建筑物的破坏;


2)夯扩桩夯扩施工所引起建筑物的振动频率为7~16Hz,而周边建筑物的固有自振频率一般小于 7Hz,不会引起该场地周边建筑物的共振效应;


3)各建筑物的楼面测点振动速度值较一楼的大,特别是木楼面,幅值增加较大;4)单桩夯扩振动测试试验远小于施工过程中的多台同时施工所引起的振动蜂值,因此,


应该强调施工过程中的测试监测,而不是单桩夯扩振动试验,或在施工前作多台最大引起振动幅值试验,否则难于得出结论,与施工前振动率减试验乘以某一系数不一样。


三、夯扩桩对地基土物理力学性质的影响


为了研究夯扩桩施工完后对桩周土和桩端持力层的挤密影响及范围,本场地施工前在桩中间土层作了14个静力触探孔和标贯试验,桩全部施工完毕7天后,又在同一位置重作静力触探孔和标贯试验,其结果如表3;还在离场地边桩(256 号)1m的位置起,在一线上沿外每隔 1m作了5个静力触探孔试验,其测试结果如图 10。


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