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        鋼管樁免共振施工對鄰近地鐵的振動影響試驗研究

        2018-12-27 10:20:46楊春柳
        建筑施工 2018年9期
        關(guān)鍵詞:鋼管測點(diǎn)土體

        楊春柳

        上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司 上海 201108

        1 概述

        鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)樁基施工、基坑開挖等施工活動對隧道結(jié)構(gòu)或多或少會產(chǎn)生一定的影響,如果施工對鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)的擾動超標(biāo),將影響到地鐵的正常運(yùn)營甚至停運(yùn),后果將十分嚴(yán)重,社會影響惡劣[1-4]。為了最大限度降低施工造成的影響,探索鋼管樁施工過程中產(chǎn)生的振動影響程度,鋼管樁振沉可采用免共振的液壓振動錘施工。為獲取該工藝鋼管樁施工對鄰近土體的影響,確認(rèn)所選錘型的適應(yīng)性與可靠性,確保地鐵安全,在正式施工前現(xiàn)場選取一處(“彈鋼琴”段2號倉靠南側(cè))進(jìn)行鋼管樁免共振非原位施工測試,為后續(xù)大規(guī)模施工提供參考。

        2 工程概況

        上海市北橫通道新建工程Ⅱ標(biāo)篩網(wǎng)廠段在樁號K8+952.90~K9+113.73范圍內(nèi)需要穿越蘇州河,長度約160.83 m。其中,跨河段起止樁號為K9+020.00~ K9+086.00,長度約66 m。南北車道各呈現(xiàn)一定的弧度,其中南線隧道轉(zhuǎn)彎半徑為300 m,北線隧道轉(zhuǎn)彎半徑為550 m。本工程跨蘇州河段臨時圍堰有地鐵13號線通過,距離一期臨時圍堰最近處4.5 m,距離二期臨時圍堰最近處為14.5 m,為考慮地鐵運(yùn)行安全,本段施工鋼平臺加拉森鋼板樁作臨時圍堰,鋼平臺結(jié)構(gòu)形式為:基礎(chǔ)采用鋼管樁(φ800 mm×14 mm,長28 m);上部結(jié)構(gòu)依次為H700型鋼樁頂橫梁、H700型鋼縱梁、18#工字鋼橋面分布橫梁、厚10 mm鋼板橋面板、φ45 mm鋼管護(hù)欄,鋼平臺寬度8 m,鋼管樁設(shè)計底標(biāo)高為-25.5 m,設(shè)計頂標(biāo)高為+1.80 m。鄰近的地鐵13號線隧道頂標(biāo)高為-16.1~-14.4 m。

        3 測試流程

        3.1 測點(diǎn)布設(shè)

        為量化鋼管樁施工對鄰近土體的影響分布規(guī)律及程度,進(jìn)而判斷對鄰近隧道結(jié)構(gòu)的影響,考慮實(shí)際空間相鄰關(guān)系,決定在離鋼管樁施工位置3、5、10 m處分別布設(shè)振動測試點(diǎn)、深層水平向土體位移測試點(diǎn)、深層垂直向土體位移測試點(diǎn),測試深度達(dá)管樁端部以下,并至隧道底部一倍直徑以下,滿足測試全面覆蓋要求(圖1)。

        圖1 振動測試測點(diǎn)布置示意

        3.1.1 土體深層側(cè)向水平位移

        1)測點(diǎn)布置。與鋼管樁的間距分別為3、5、10 m,單孔深度設(shè)計為32 m,測斜管口測試方向正對鋼管樁。

        2)測點(diǎn)埋設(shè)。采用鉆孔法埋設(shè),單孔深32 m,鉆機(jī)開孔直徑為130 mm,在土質(zhì)較差地層鉆孔時應(yīng)用泥漿護(hù)壁,終孔后進(jìn)行清孔。測斜管沉放到位后,在測斜管與鉆孔空隙內(nèi)回填黃砂或漿液;孔內(nèi)充填物因固結(jié)下沉后及時補(bǔ)填;采用鉆孔法安裝的測斜管,應(yīng)至少穩(wěn)定一周以上,方能施測,并需確認(rèn)是否穩(wěn)定,測孔穩(wěn)定后方能進(jìn)行正式監(jiān)測工作。

        3.1.2 土體分層沉降

        1)測點(diǎn)布置。本試驗采用“磁環(huán)法”進(jìn)行測試,測點(diǎn)與“坑外土體深層側(cè)向位移”測點(diǎn)共用。沿豎向布設(shè)7個磁環(huán),考慮監(jiān)測代表性及有效覆蓋,在地鐵隧道頂、中心、底、上下各3 m均進(jìn)行布置,其余按每5 m布設(shè)1個磁環(huán)。

        2)測點(diǎn)埋設(shè)。具體可參考土體測斜監(jiān)測孔鉆孔法埋設(shè)方法。

        3.2 測試節(jié)點(diǎn)

        監(jiān)測頻率的確定應(yīng)以能系統(tǒng)反映監(jiān)測對象所測項目的重要變化過程而又不遺漏其變化時刻為原則。根據(jù)本次試驗要求,現(xiàn)場監(jiān)測節(jié)點(diǎn)初定按表1執(zhí)行。

        表1 測試節(jié)點(diǎn)安排

        3.3 數(shù)據(jù)分析

        試驗開始前,對場地振動背景值進(jìn)行采集。場地質(zhì)點(diǎn)振動速度三維矢量峰值背景值為0.311 mm/s,數(shù)值較小。

        3.3.1 壓樁過程

        距離試驗鋼管樁3、5、10 m處典型振動速度波形分別如圖2~圖4所示。數(shù)據(jù)成果如表2所示。

        3.3.2 拔樁過程

        限于篇幅原因,拔樁階段典型振動速度波形不一一列舉?,F(xiàn)將數(shù)據(jù)成果匯總?cè)绫?所示。

        4 結(jié)論與建議

        4.1 主要結(jié)論

        前文介紹了鋼管樁免共振施工過程中振動的測試流程及結(jié)果,從結(jié)果可以得出:

        1)場地背景振動數(shù)值為0.311 mm/s,數(shù)值較小。

        圖2 距離試驗鋼管樁3 m處典型振動速度波形

        圖3 距離試驗鋼管樁5 m處典型振動速度波形

        圖4 距離試驗鋼管樁10 m處典型振動速度波形

        表2 測試結(jié)果匯總(壓樁階段)

        2)壓樁試驗測試數(shù)據(jù)表明:

        ① 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動速度三維矢量峰值為4.72、4.55、2.36 mm/s,徑向質(zhì)點(diǎn)振動速度略大于切向、垂向質(zhì)點(diǎn)振動速度。隨著距離的增加,施工造成的振動速度逐漸減小。

        表3 測試結(jié)果匯總(拔樁階段)

        ② 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動主頻為34.6、36.1、34.4 Hz,與振動錘頭設(shè)計施振參數(shù)基本一致。

        ③ 在此階段,所測水平位移量介于2.11~9.43 mm之間,垂直位移量介于-3.38~7.22 mm之間。

        3)拔樁試驗測試數(shù)據(jù)表明:

        ① 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動速度三維矢量峰值為4.870、4.530、0.751 mm/s。隨著距離的增加,拔樁施工造成的振動速度逐漸減小。

        ② 距試樁3、5、10 m處質(zhì)點(diǎn)振動主頻為25.6、32.7、31.5 Hz。

        4)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定,此次非原位振動試驗測試數(shù)據(jù)符合地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

        4.2 下一步工作

        1)盡管此次非原位測試結(jié)果給后續(xù)施工作業(yè)提供了一定的參考依據(jù),但正式施工時仍建議從地鐵隧道結(jié)構(gòu)處直接測試振動結(jié)果,這樣更能反映實(shí)際振動情況。

        2)此次試驗過程中由于條件所限,采用的是單傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,造成部分?jǐn)?shù)據(jù)未能同步采集,在后續(xù)測試過程中應(yīng)加以完善。

        3)此次試驗壓樁及拔樁過程中,地基土均出現(xiàn)了不同程度的液化現(xiàn)象,液化的范圍及其對隧道結(jié)構(gòu)的影響程度可作為后續(xù)的研究課題。

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