人工挖孔桩施工对临近建筑物的影响

张桂荣

(中化地质矿山总局福建地质勘查院,福建 福州 350013)

随着城镇化建设的不断推进以及我国现代化基础设施的逐步完善,人们对于空间资源的利用逐渐从地表资源的利用向空中资源和地下空间资源利用转变,这种转变也就促进了有限资源的综合利用程度,进而提高了三维空间的综合利用程度,而赖以实现这一目的的主要原因在于科学技术的不断进步,使得各类建筑理念逐渐成为了现实。在向地下和空中“索要”资源的同时,人工挖孔桩、深基坑等的开挖起到了关键的作用,并随着开挖的深度、用途等的不同,相继面临着人工挖孔桩等对临近已有建筑物的影响问题日益突出[1]。众所周知,随着人工挖孔桩等的施工,在狭小的施工空间范围内,将会导致原有的空间应力平衡打破,为了达到新的应力平衡进而引起一系列的变化。基于此,本文以此为研究对象,试图分析人工挖孔桩施工对临近建筑物的影响。

1 人工挖孔桩施工对临近建筑物的影响

人工挖孔桩的施工对临近建筑物的影响是十分明显的,由于在施工过程中,打破了原来的应力平衡状态,因此,挖孔桩附近的建筑物等为了达到新的应力平衡,就会发生一系列变化,在这个变化过程中往往使得原有建筑物、地下设施等遭受不同程度的破坏,主要表现在几个方面：一是围护桩的水平位移,二是挖孔桩外建筑物的下沉,三是地下设施的侧向位移。

1.1 导致围护桩水平位移

在开展人工挖孔桩施工时,随着开挖深度的不断加深,临近建筑物一侧的围护桩会发生水平位移,其位移量可达30cm,但不同的建筑物结构、地质条件等位移量相差较大。通过对不同的围护桩监测发现,其位移量最大的围护桩为位于开挖桩附近。导致这一现象的原因主要在于开挖前地表的应力是平衡的,随着开挖施工的不断进行,在坑内形成了应力“空白区”,使得周围的应力失去了原有应力的抵制,导致应力逐渐向“空白区”转移,在这个过程中,越靠近开挖坑的地基及地表建筑物、地下设施的变形也越大。此外,在对称的推挤作用下,远离建筑物的围护桩顶部向坑外侧移动,进而导致地表产生隆起形变[2]。

1.2 导致坑外建筑物发生沉降

人工挖孔桩在施工过程中,随着坑的形成,附近的土体发生明显位移,进而导致坑外建筑物发生不同程度的沉降,并具有随着建筑物与坑的距离加大而沉降幅度逐渐减小的变化特征。一般来说,建筑物靠近坑的一侧沉降幅度最大,而远离坑的一侧沉降幅度相对较小,这种不均匀的沉降使得建筑物的受力结构发生改变而使得建筑物倾斜。研究发现导致建筑物沉降的因素是复杂的,但总体表现在围护桩刚度、支撑刚度等方面。

1.3 导致地下设施的侧向位移

人工挖孔桩的施工不仅仅对地面的建筑物有影响,还严重的破坏了地下设施。在开挖时,应力的突变不仅表现在地表浅层,随着坑的深度不断增加,土体下部的应力变化也越来越明显,这就对地下管道等产生了明显的挤压推动作用,可以使得管道发生位移、弯曲、破裂甚至是中断。在空间上具有靠近坑一侧的地下设施变形量远大于远离一侧的,因此,在施工之前一定要查清地下管道的分布范围以及走向、查明管道的结构、粗细等状况,进而确定相应的防护措施。

1.4 导致引发的连锁反应

人工挖孔桩施工过程中对临近建筑物的影响并不是单一的,往往是极为是极为复杂的,一般是水平位移、地面沉降等共同作用的结果。它不仅与人工挖孔桩的施工状况密切相关,还是建设区域的地质特征、水文地质条件、建筑物的结构等息息相关。因此,这也就决定了人工挖孔桩施工过程中产生的潜在威胁是难以估计的,需要结合当地的实际情况具体问题具体分析才能较好的解决。在施工过程中,我们常可见到一些普遍的现象如地下管道发生弯曲、破裂等,对于已经破裂的管道,我们可以及时发现并且及时处理,而对于那些发生了弯曲且处于破裂的临界状态的管道变形是很难排除的,但是随着后期压力的持续作用,就可轻易的造成管道等的破裂,进而引起严重的事故,然而往往这些隐患是当时施工状态下难以发现的。鉴于此,在施工之前,应该充分分析各种可能发生的危害,才能较准确地进行评估潜在危害。

2 人工挖孔桩施工对临近建筑物沉降的影响分析

前文已经指出,人工开挖桩对邻近建筑物有着明显的影响,其中导致临近建筑物发生不同程度的沉降是最主要的破坏方式之一,导致这一现象的原因很多,但主要体现在围护桩刚度的影响、支撑刚度的影响等方面[2-3]。人工挖孔桩对于邻近建筑物破坏的表现形式是多方面的,而不是单一的,如地表建筑物发生地面沉降,其围护桩等肯定也随之发生了水平位移。因此,在评估人工挖孔桩对临近建筑物影响程度的评价工作时,应从多个方面综合考虑,才能较为准确的作出评估。

2.1 维护桩刚度的影响

围护桩主要是用来维护建筑物发生变形的基础设施,一般由0.8、1.0、1.2m的墙体组成,而地下连续墙的厚度又是决定围护桩刚度的主要因素。一般来说,随着围护墙厚度的增加,可以明显的阻碍围护桩的水平位移量,进而减小坑外地表沉降幅度。前人的研究实验表明,随着围护墙厚度从0.8m增加至1.2m时,围护桩的最大位移量减小了30%左右,而地表建筑物沉降幅度也减小了23%[2]。由上述实验数据可知,围护墙的厚度对围护桩起着重要的保护作用,墙体的厚度决定着围护桩的刚度。因此,适当的增加围护墙的厚度,不仅可以减小围护桩的水平位移量,还可以减小地面沉降幅度；但是,随着墙体厚度的持续加厚,虽然可持续增加围护桩的刚度,但对减小围护桩的水平位移量的作用逐渐减弱,同时其成本也相继增加。

2.2 支撑刚度的影响

减小地面建筑物沉降幅度的影响因素不仅受控于围护桩的刚度,还与支撑刚度密切相关,主要表现在随着支撑刚度的逐渐增加,围护桩的水平位移和地表建筑物的沉降幅度军有不同程度的减小。但是随着支撑刚度的不断加大,其作用就显得不明显,而是取决于围护桩结构和桩体潜入深度等决定[2]。因此,在建设施工过程中,仅仅凭借增强支撑刚度的措施进而实现减小围护桩水平位移量和地表沉降幅度的目的效果是不明显的,因此,必须和其他解决措施配合使用才能达到最佳效果。

2.3 维护结构水平位移与地表沉降的关系分析

围护结构的水平位移与地表沉降之间存在着明显的正相关关系,总体上随着围护桩水平位移的加大而地面沉降幅度逐渐增加,二者的变化关系近似于线性关系[4]。本文统计了前人研究模拟数据以及本次研究实测成果(表1),由统计表可以明确的看出,无论是实验模拟数据还是实测数据,都具有较为明显的线性关系,即二者的变化程度是十分吻合的,因此其结论也是可靠的。因而,可以利用此种变化规律,在相同的地质条件的基础上,可以达到预估地面沉降的最大值,这对于现场施工有着积极的指导意义。

表1 临近建筑物一侧的模拟值与实测数据统计表

注：“*”为前人实验模拟值

3 结束语

随着城市资源的紧缩,社会向高空和地下“索要”资源的需求也越来越大,促使对地下的开挖深度逐渐增大。虽然地下空间的综合利用可以减缓人们对于空间资源的需求,但是也随之出现了诸多问题,如人工挖孔桩等对临近已有建筑物、地下设施的破坏等。人工挖孔桩应具有承载力高、桩基质量好、造价成本低等广发的应用于工程方面。但随着应用广度和深度的不断推进,人工挖孔桩对临近建筑物的影响也越来越大,基于此,本文从人工挖孔桩导致围护桩水平位移、坑外建筑物发生沉降、地下设施的侧向位移以及引发的连锁反应等几个方面分析了对临近建筑物的影响,总结了导致这些变化的原因,并简要的提出了相应的解决措施,为后期制定更为合理、细致的解决措施提供基础性的参考资料。

[1]金国龙,王勇,顾开云.人工挖孔桩施工对紧邻基坑围护结构的影响[J].上海交通大学学报,2012,46(1)：84-89．

[2]彭志雄,周元刚.深基坑开挖对临近建筑物相互影响效应分析[J].施工技术,2017,46(8)：32-36．

[3]王翠,闫澍旺,张启斌.深基坑开挖对临近桥桩的影响机制及控制措施研究[J].岩石力学与工程学报,2010(S1)：2994-3000．

[4]黄竟锋.人工挖孔桩技术在桥梁桩基施工中的应用研究[J].江西建材,2017(20)：158-160．