钻孔灌注桩施工对邻近建筑物振动影响监测分析

2022-04-25王宏伟

甘肃科技纵横 2022年2期

王宏伟

摘要：桥梁桩基在采用冲击钻进行成孔作业时，会使邻近建筑物受到冲击波的影响。为避免桩基施工过程中沿线邻近建筑物受波及而产生破坏，在桩基冲击钻作业时采用TC-4850测振仪对沿线邻近建筑物地面的振动特性进行了现场监测。监测数据表明，冲孔时冲击产生振动的振速沿测线方向衰减很快，在距作业点14 m处的测点时振速均已满足《爆破安全规程》相关要求，表明该工程桩基施工时，冲击振动对线路邻近建筑物的影响在允许范围之内。

关键词：桥梁工程；冲击钻；桩基础；监测

中图分类号：U456.3文献标志码：A

0引言

桥梁工程桩基础主要可分为沉入桩和灌入桩两种形式。按照桩基施工方法，又可将桩基分为钻孔灌注桩、沉入桩和人工挖孔桩三种类别[1]。其中，钻孔灌注桩具备承载能力强、设备简单、施工方便等优点，近些年来在桥梁工程中得到了广泛应用。钻孔灌注桩依据成桩的方式又可分为泥浆护壁成孔、沉管成孔、干作业成孔和爆破成孔等[2-4]。

泥浆护壁成孔桩主要采用正反循环钻、冲击钻、旋挖钻和潜水钻等设备进行成桩。其中，冲击钻在冲孔过程中伴随着冲击锤从高处落下与地面土体碰撞势必产生巨大的动能[5-6]，冲击产生的大部分动能将以应力波的形式逐渐扩散至周围地层，迫使邻近建筑物及地面产生相应振动，进而给邻近建筑物的稳定性带来不利影响，甚至严重危及结构的稳定性及其安全性能[7-8]。

基于此，本论述依托工程实例，在某桥梁冲击钻桩施工时，对冲击钻运行过程中的振动特性进行了现场测试，用以监测评价冲击钻孔施工对沿线邻近建筑物产生的影响及影响程度。通过对冲击钻钻孔时的主振频率和振动速度进行监测，提供现场检测的实际数据，以判断其是否符合相关设计规范规程、现行振动安全规程及其它相关设计资料及施工质量验收规范要求，并确定冲击波的振动传播范围，根据相应的安全判据和允许标准，判断邻近建筑物是否受波及及受影响程度。

1工程概况

某大桥的桥址属于丘陵河谷地貌单元，微地貌为缓坡、沟谷，线位位于村庄农田及沟谷之上，邻近建筑物为一般农村自建砖瓦房和部分土坯房。桥址区地形稍有起伏，自然坡度约5°，地面标高2 792.1 m～2 805.9 m。地表植被稍发育。勘察期间，沟谷流量相对较小，水深约0.15 m。桥位处百年一遇洪水设计流量204.46 m3/s，设计水位2788.69 m，最大冲刷线高程2 782.318 m。本桥平面位于R=8 600 m的左偏圆曲线上，纵断面纵坡1.21%；墩台径向布置。桥梁起点桩号YK75+604，终点桩号YK75+810.5，桥梁中心桩号YK75+707.25，全长206.5 m，跨径组合为6×20+（20+2*30）m，桥梁与路线前进方向右偏角为90°。上部结构采用装配式预应力混凝土连续小箱梁。下部采用双柱式桥墩，柱式台，肋板式桥台，墩台均采用桩基础。根据本桥地质情况，墩台基础均按照摩擦桩设计。安全红线设在距最外侧钻孔灌注桩15 m处。

该工程项目墩、台桩基直径分别为1.6、1.4、1.2 m，根据现场桩基分布、地质条件、设计桩径、桩长等情况采用旋挖钻与冲击钻成孔工艺，冲击钻主要在坚硬岩层中使用，河滩桩基施工前需提前筑岛。

2冲击钻施工原理及特点

2.1冲击钻施工原理

冲击钻在冲击成孔的施工过程中，采用了破碎原理，即冲击破碎入岩工艺，利用冲击钻钻头对岩石进行冲击，冲击钻钻头由钢绳连接，冲击起降时方便施工，大大增加工作效率，同时缩短施工时间。再利用正循环或反循环排渣的方法将破碎时产生的岩石碎渣及时排出孔外，在冲击钻进过程中如此往复，直至其达到孔底的设计标高[9]。

2.2冲击钻特点

冲击钻成孔作业时，因其具备不易塌孔，不易偏孔，沉渣较少，成孔率高等特点，在钻孔灌注桩施工时应用甚广，尤其是对于河床或地质为嵌岩、基岩等地质较为复杂时，往往采用冲击钻孔来进行成桩孔作业[10]。

3现场监控量测

3.1测点布置

根据本桥梁工程的特点，采用TC-4850测振仪测试系统对冲击钻作业过程中邻近建筑物附近地表振动进行监测，以确保建筑物所受冲击波符合有关安全标准，测试仪器如图1所示。

测试时选择沿线建筑物的地面振动质点进行测试，并选两个测线进行开挖阶段测试，相互校核。每条测线上布设5个测点，分别进行了3次不同钻进深度的振动测试，多次下挖监测以利于保证测试值的准确性。其中前两个测点选择在沿线地面上，后3个测点为周围邻近建筑物。各侧点距冲击钻作业点的距离分别为2 m，6 m，14 m，30 m，62 m。测试过程中，测试仪器有0.05 Hz和0.02 Hz两种触发频率，采样时间保持在10 s～40 s之间。布设仪器时，确保Y方向朝向冲击钻机点，现场布设如图2所示。测试过程中主要监测冲击钻进时地表质点的振动速度和钻进不同深度施工工况下地表各质点的振动速度。

3.2测试结果分析

以其中一条测线的测试数据为例进行分析。测线上5个测点第1次下挖测试结果见表1所列。

由表1可以看出，Y通道的振速值為最大值，其距离冲击钻2 m的测点值为1.32 cm/s，而距离冲击钻62 m的测点值为0.02 cm/s。冲击钻进过程中，振速值由1号测点的1.32 cm/s逐渐衰减到5号测点的0.02 cm/s，其主频率在10 Hz～20 Hz之间。

冲击钻施工时，1号测点测试所得典型振动效应波形如图3所示。

测线上5个测点第2次下挖测试结果见表2所列。

由表2可以看出，Y通道的振速值为最大值，其距离冲击钻2 m的测点值为1.25 cm/s，而距离冲击钻62 m的测点值为0.02 cm/s。冲击钻进过程中，振速值由1号测点的1.25 cm/s逐渐衰减到5号测点的0.02 cm/s，其主频率在10 Hz～20 Hz之间。

测线上5个测点第3次下挖测试结果如表3所列。

由表3可以看出，Y通道的振速值为最大值，其距离冲击钻2 m的测点值为1.16 cm/s，而距离冲击钻62 m的测点值为0.02 cm/s。冲击钻进过程中，振速值由1号测点的1.16 cm/s逐渐衰减到5号测点的0.02 cm/s，其主频率在10 Hz～20 Hz之间。

现场监测数据表明，振速值除沿着测线方向不断衰减之外，随冲孔深度的增加，振动速度值也在不断下降。1号测点在3次钻进冲击作业时的最大振速由1.32 cm/s逐渐衰减至1.16 cm/s。2号测点在3次钻进冲击作业时的最大振速由0.55 cm/s逐漸衰减至0.14 cm/s。3号测点和4号测点在3次钻进冲击作业时的最大振速均出现反弹现象，这是由于低频振动的特性所产生。5号测点在3次钻进冲击作业时的最大振速均为0.02 cm/s。此外，当测试主频范围在10 Hz～20 Hz时，依据爆破安全规程可得出，一般砖房的振动安全容许振速为2.3 cm/s～2.425 cm/s，土坯房的振动安全容许振速为0.7 cm/s～0.825 cm/s。而从监测数据发现，在距离冲击钻孔点14 m的地面时，3次钻进所测的振速值分别为0.55 cm/s、0.14 cm/s和0.14 cm/s，其值均远远小于安全的允许振速限值。表明当冲击钻作业时，冲击波传至施工红线以外建筑物附近时的振速已衰减至安全允许振速限值，其影响属正常范围之内不会危及邻近建筑结构的稳定性。

4结论

（1）在冲击钻进作业过程中，其冲击产生的振速沿测线方向衰减很快，传至距施工红线附近的测点时，振动波速远未达到安全允许的限值，进一步表明临近邻近建筑物在冲桩施工时，所受冲击波的影响符合有关安全标准。

（2）试验监测结果表明在距离冲击钻14 m处的2号测点的振速就已衰减至安全允许振速限值，也可认为安全距离大体在14 m左右。同时也说明施工红线设置位置的合理性。