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沉桩施工对环境影响及预防措施

沉桩施工对环境影响及预防措施

发布时间:
2016-06-12 14:48
打桩对周围环境的影响,除震动、噪音外,还有土体的变形、位移和形成超静孔隙水压力,它使土体原来所处的平衡状态破坏,对周围原有的建筑物和地下设施带来不利影响。轻则使建筑物的粉刷脱落,墙体和地坪开裂;重则使圈梁和过梁变形,门窗开闭困难,它还会使邻近的地下管线破损或断裂,甚至中断使用;还能使邻近的路基变形,影响交通安全等;如附近有生产车间和大型设备基础,它亦可能使车间跨度发生变化、基础被推移,因而影响正常的生产。
产生这些危害,主要是因为打桩破坏了土体内部原来的静力平衡,产生了一系列新的变化。这些变化表现在土体方面则有:
1、地面垂直隆起,土体产生水平位移(包括表层土的水平位移和深层土的水平位移)。这是由于锤击沉桩时进行得很猛烈,地表受到大大超过其极限强度的冲击,很快形成挤出破坏,使桩周围的地面隆起并产生水平位移。随着打桩的进行,土中存在连续的滑动面,土不断地被挤出。
2、土孔隙中静水压力升高,形成超孔隙静水压力。这是由于沉桩时,深层土受到上层土覆盖压力的约束大,土不能向上挤出,猛烈沉桩时土体受到压缩和挤实,同时土中孔隙水压力升高。升高压力的孔隙水(有时其压力达到上覆土层压力的2~4倍),能沿着桩身向上渗流,经上层己破坏了的土体中的裂隙而逸出。孔隙水压力的消散受土渗透性的影响,在软土地区,其完全消散往往需用数月。
3、沉桩后期地面会发生新的沉降,使已入土的群桩产生负摩擦力。这是由于超静孔隙水压力随着时间而消散,有效应力增加,孔隙减小,土产生新的固结,因而形成地面沉降。
上述危害程度与以下因素有关:
(1)桩型、桩截面尺寸、桩长及桩群的密集程度;
(2)桩锤种类、重量及落距;
(3)地基土的物理力学指标与地下水情况;
(4)邻近建筑物、地下管线的结构和构造情况,以及与沉桩处的距离;
(5)沉桩顺序和沉桩速率;
(6)预防措施是否有效。
总结我国多年来的施工经验,减少或预防沉桩对周围环境的有害影响,可采用下述措施:
1.减少和限制沉桩挤土影响
(l)采用预钻孔打桩工艺。亦称“钻打法”,它是先在地面桩位处钻孔,然后在孔中插人预制桩,用打桩机将桩打到设计标高。如果桩顶埋在地表以下,残留的钻孔则用粗粒土回填。
钻孔用长螺旋钻,这种螺旋钻配备在D308三点支撑的柴油打桩机上,打桩架上配备有可水平旋转而又互相垂直的双向龙门导架。长螺旋钻与K-35筒式柴油锤配套,钻孔后不必移动桩机,也不需要换机,只要旋转导架后,即能进行插桩和打桩。长螺旋钻的上部是动力头,由电动机和减速机构组成;下部是长螺旋钻,螺旋钻的直径为350~1200mm .可任意选用,螺旋钻顶部有滑轮组,悬挂在机架上,通过钢丝绳的收放,使螺旋钻下降、钻孔和提升。
用长螺旋钻成孔非常方便,从钻孔到插桩要连续进行,钻孔后不需护壁。钻进顺利时,每分钟可钻lm,土屑由螺旋叶片反向旋转连续送出孔外,卸入土斗,由吊车运至弃土处。
钻孔深度与桩长、土质、邻近建筑物距离等因素有关,为了兼顾单桩的承载力,不致使承载力受到明显影响,钻孔深度一般不宜超过桩长的一半。
(2)合理安排沉桩顺序。沉桩顺序不同,挤土情况亦不同。由于先打入桩周围的土固结后,土与桩之间产生一定的摩阻力,可阻止土隆起,所以土隆起多发生在打桩推进的前方。因此为了保护附近的建筑物等,群桩宜采取由近而远的打入顺序。在较硬土地区打桩,为避兔桩难以打入,宜采取先中间后四周的打桩顺序。
(3)控制沉桩速率。沉桩时由于挤压产生超静孔隙水压力,它有一个消散过程。为避免在较短时间内连续打入大量桩,对超静孔隙水压力的增加有所控制,减少挤土效应,宜控制沉桩速率。这样做虽然会延长施工工期,有时还是需要的。
(4)挖防震沟。沿沉桩区四周挖防震沟,沟深1.5~2.0m,两边放坡,可隔断近地表处的土体位移,不致影响到沟槽以外的区域。同时还可阻断打桩产生的地震波,由于地震波主要沿地表层传播,深层的地震波易被吸收,且深处无地下管线和基础等,不会产生有害影响。事实证明,这种沟槽对防震和防止土体位移都有良好的作用。
(5)打设钢板桩等围护。沿被保护的建筑物等外围打设钢板桩等,利用其自身刚度约束沉桩后的挤土影响。有的工程中采用过这种做法,有一定的效果。不过在拔除钢板桩时会扰动一定深度内的土体,有时会导致建筑物、地下管线或路面产生不均匀沉降。
(6)采用钢管桩。打设开口的钢管桩,挤土效应很小。不过钢管桩价格昂贵,从长远看还存在锈蚀问题,只能用于一些特殊情况。
2.减小孔隙水压力
(1)井点降水,采用井点降水使地下水位下降,可在一定深度范围内不产生超孔隙静水压力。不过,单纯为了减小孔隙水压力的目的,采用井点降水者较少。而且在降水范围内要引起土体固结,会带来沉降,这对周围环境亦产生影响。
(2)袋装砂井。袋装砂井是在普通砂井的基础上于60年代末期发展起来的一项技术。根据太沙基的一维固结理论,粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比。因此,要缩短钻性土的固结时间,设法缩短排水距离是最有效的办法。因而把袋装砂井埋设在软土地基中,人为地造成土固结的排水通道,使孔隙水压力得以较快地消散,从而达到缩短软土地基的固结时间,加速沉降,提高地基土强度的目的。
砂袋一般用抗拉强度很高的聚丙烯编织物缝制而成,砂用洁净的中砂,砂袋的直径、长度和间距,应根据工程对固结时间的要求、工程地质情况等通过固结理论计算确定。袋装砂井常用的直径为70mm。其长度主要取决于软土层的排水固结效果,而排水固结效果与固结压力的大小成正比。由于在地基中固结应力随着深度而逐渐减小,所以,袋装砂井有一个最佳有效长度,砂井不一定打穿整个压缩层。然而当软土层不太厚或软土层下面又有砂层,且施工机具又具备深层打入能力时,则砂井尽可能地打穿软土层,这对排水固结有利。
至于袋装砂井的间距,固结理论计算表明,缩短间距比增大井径对加速固结更为有效,即细而密的方案比粗而疏的方案效果好。当然砂井亦不能过细、过密,否则难以施工,也会扰动周围的土体。当袋装砂井的直径为70mm时,井径比为15~25,效果都是比较理想的。
袋装砂井的施工工艺如下:首先用振动贯入法、锤击打入法或静力压入法将成孔用的无缝钢管作为套管埋入土层,到达规定标高后放人砂袋;然后拔出套管,再于地表面铺设排水砂层即可。用振动打桩机成孔时,一个长20m的孔约需20~30s,完成一个袋装砂井的全套工序,亦只需6~8min,施工十分简便。
{3)预钻排水孔。在沉桩区范围内,预钻一些排水孔,沉桩时土被挤压,孔隙水即沿排水孔涌上排出,可使孔深范围内的孔隙水压力不致升高。不过软土地区孔壁易坍塌,且钻孔时扰动土层易引起桩位偏移。
(4)预埋塑料板排水:塑料板排水法是随着塑料工业的发展,在砂井排水法和纸板排水法(1937年由瑞典皇家岩土研究所W. Kjellman等人发明)基础上发展起来的。在打桩前,用插板机将带状塑料排水板插人桩区的软土层中,打桩时产生挤土效应,土中的孔隙水受压后沿塑料排水板中的通道逸出,则可减少孔隙水压力,使地基土得到加固。塑料板排水不只用于打桩工程,在以堆载预压、真空预压等进行地基处理时亦应用。
塑料排水板有多孔质单一结构型和复合结构型两类。前者为聚氯乙烯经特殊加工而成,断面中有连通的孔隙,透水性极好,供排水用,这种排水法称为PVC排水法;后者是由塑料芯板外套透水挡泥滤膜组成的排水板。芯板材料用特殊的硬质聚氯乙烯或聚丙烯,并加工成回字型、十字型、中波型等形式,具有纵向通水能力,透水挡泥的滤膜,由涤纶类或丙烯类合成纤维制成,透水性好。
插板机种类很多,我国常用的UB-16型步履式插板机,每次可同时插两根塑料板,深10m,间距为1.3m和1.6 m。
3.减少震动影响
用锤击沉桩,在锤击时必然产生震动波,震动波在传播过程中对邻近桩区的地下结构和管线会带来危害。为减少震动波的产生,宜采用液压锤或用“重锤轻击”。为限制震动波的传播,可采用上述开挖防震沟的措施,用防震沟来阻断沿地表层传播的地震波。为防止震动对地下敏感的地下管线等的影响,可在沉桩期间将地下管线等挖出暂时暴露在外,沉桩结束时再回土掩埋。
 
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