沉桩施工对环境影响及预防措施

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。