鄧敬源

摘要：文章以竹洲大橋?yàn)槔?，分析了該橋基樁異常沉降情況與原因，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)，分析施工擾動造成異常沉降的機(jī)制以及施工擾動的影響，并提出了施工變更調(diào)整措施。

關(guān)鍵詞：樁基施工;變更控制;既有樁基

0 引言

百色竹洲大橋位于竹洲大道上，跨越右江，連接龍景新區(qū)和城東區(qū)，由百色市開發(fā)投資有限責(zé)任公司投資建設(shè)。竹洲大橋于2009年12月開工建設(shè)，2011-09-25合龍，2012-01-15通車，工期為24個(gè)月，是百色一環(huán)的重要組成部分。該橋設(shè)計(jì)為梁-拱組合剛構(gòu)橋，全橋長526 m，其中主橋長276 m、寬42 m，引橋長250 m、寬40 m，道路設(shè)計(jì)行車時(shí)速60 km/h，雙向六車道。竹洲大橋起到了打通竹洲大道，連通龍景新區(qū)和城東區(qū)的作用，使百色鵝城區(qū)的道路和橋梁交通壓力得到有效緩解。

1 施工期間異常狀況及原因分析

2015年，橋下建筑物施工時(shí)，施工單位發(fā)現(xiàn)橋梁跨越水系北岸附近路段橋面發(fā)生變形，當(dāng)時(shí)橋下正進(jìn)行基樁施工，橋下道路與橋中心線距離約20 m ，與橋墩樁帽最近邊距約為5 m。依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，有5個(gè)橋墩呈明顯的V型沉降 （P625～P629），影響范圍有 7 跨，長度約200 m，其中P627橋墩沉降量最大為60 mm，橋下道路橋墩與臨近橋墩相關(guān)位置見下頁圖1。上述異常沉降期間，橋下工程正在進(jìn)行全套管基樁工程施工，其中P1E-1樁澆筑混凝土拔除套管時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼筋籠上浮，經(jīng)處理直至第二日后，仍未見成效于是放棄施作。推測造成沉降的可能原因包括：（1）額外的活荷重或靜荷重;（2）承載力不足;（3）抽取地下水造成地層下陷;（4）施工擾動地層造成沉降。

本次異常沉降事件的特性是局部、短期，事件發(fā)生時(shí)并無臺風(fēng)、暴雨、地震等天然災(zāi)害可能增加額外荷重。依據(jù)附近試樁的成果推測，橋墩欲達(dá)5 cm的沉降，最少需要有8 000 t 以上的荷重，而橋墩受力約1 750 t，僅達(dá)最低必要荷重的25%。故事件發(fā)生時(shí)的荷重并不足以造成異常沉降，排除第（1）項(xiàng)可能原因。

倘若P627橋墩基樁的樁底承載力為零，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算書，四支基樁的極限摩擦承載力為11 144 t，由于發(fā)現(xiàn)沉降的時(shí)間點(diǎn)其靜荷重為1 750 t，僅為極限摩擦承載力的16%，應(yīng)不致橋墩5 cm的沉降。再保守估計(jì)，倘若摩擦阻力僅為設(shè)計(jì)值的50%，則基樁的承載力仍遠(yuǎn)大于荷重，因此第（2）項(xiàng)承載力不足的可能性可以排除。另經(jīng)分析相關(guān)設(shè)計(jì)施工與監(jiān)測數(shù)據(jù)后，亦可排除第（3）項(xiàng)可能原因。

基于橋面變形與橋墩沉降發(fā)生時(shí)間點(diǎn)契合的事實(shí)，基樁P1E-1在施工過程中遭遇困難，同時(shí)橋墩的沉降量與基樁P1E-1的距離越遠(yuǎn)，其量越小，兩項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示第（4）項(xiàng)橋下道路基樁P1E-1的施工擾動最有可能是造成P625～P629橋墩沉降的原因。再由施工記錄得知，P627附近的橋下道路工程在施作A1W、P1E、P1W及P2E橋墩的基樁均產(chǎn)生混凝土超量使用現(xiàn)象，分析可能在鉆掘施工過程中，在地下35～50 m間的地層曾產(chǎn)生土方流失的砂涌現(xiàn)象，其累積效應(yīng)使其上覆土層產(chǎn)生沉降，致摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)摩擦力。再考慮P1E-1因施工遭遇困難使施工工期達(dá)18 d，且鉆掘了兩次，第二次曾使用沖擊錘，可能因沖擊式施工對原已產(chǎn)生砂涌崩坍的砂質(zhì)土層加大擾動，地層產(chǎn)生的壓縮量加劇從而導(dǎo)致負(fù)摩擦力進(jìn)一步發(fā)揮。當(dāng)上述負(fù)摩擦力及原有荷重總和大于壓縮土層下方的正摩擦力及樁底承載力，產(chǎn)生基樁承載力破壞而造成約5 cm的沉降應(yīng)屬合理，故分析P627附近的橋下工程各橋墩的基樁施工異常所造成的擾動，是P627橋墩產(chǎn)生沉降最可能的原因。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)分析

為量化基樁施工對土層擾動的影響，并作為評估后續(xù)工程基樁施工對既有基樁影響的依據(jù)，在原位進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，評估反循環(huán)與全套管基樁施工法對于地層的擾動性，包括基樁施工前后地層的性質(zhì)變化（CPT）、基樁鉆掘?qū)е碌目紫端畨鹤兓?、地層?cè)向位移及垂直沉降等[1]。

試驗(yàn)場地主要的地層為砂、粉土及黏土及其互層，淺層地下水位約在地表下 1.5 m，深度越深則有水壓泄降的現(xiàn)象。試驗(yàn)?zāi)康臑檎{(diào)查不同基樁施工方法對土層擾動的機(jī)制、程度與范圍。本次試驗(yàn)計(jì)劃共施工5支基樁，其中編號AP1、AP2 為反循環(huán)樁，其余為全套管樁，所有基樁直徑均為1.2 m，長度為40 m。試驗(yàn)主要量測對象為AP1（反循環(huán)工法）及TP（全套管工法）。

通過試驗(yàn)評判，總結(jié)試驗(yàn)成果，可以得到以下四條結(jié)論：

（1）基樁施工對砂土地層的擾動大于黏土層及具有塑性的粉土層，而深度較深及中度密實(shí)的砂土層可能受擾動更嚴(yán)重。

（2）反循環(huán)及全套管工法施工時(shí)均對砂土層產(chǎn)生孔隙水壓的作用，反循環(huán)工法使孔隙水壓略為升高，而全套管工法則致使孔隙水壓產(chǎn)生較大幅的上下振蕩，但孔隙水壓變化的影響范圍估計(jì)均約為 13～14 m。

（3）全套管工法對地層強(qiáng)度的擾動大于反循環(huán)工法，全套管樁擾動范圍估計(jì)為6 m，而反循環(huán)工法則<1.4 m。

（4）全套管工法施工時(shí)還可能造成砂土涌入套管而致使砂土流失、地層產(chǎn)生沉降及側(cè)向位移，此現(xiàn)象為對地層的不可恢復(fù)改變，其影響范圍可能因樁數(shù)的增加而累積加大[2]。

3 工序施工變更調(diào)整

后續(xù)施工中，與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了詳細(xì)的交底與協(xié)調(diào)，根據(jù)施工補(bǔ)勘資料，地表下65 m內(nèi)主要為粉土質(zhì)砂及黏土互層，淺層地下水位約在地表下1.5 m。場地內(nèi)新增平行于既有橋兩側(cè)的基礎(chǔ)，采用樁徑為1.5 m、深度為63 m的基樁，與14處既有橋墩柱相鄰（長度約為420 m）。為確保新基樁施工時(shí)不會對現(xiàn)有基礎(chǔ)造成擾動，參考上文所述試驗(yàn)的研究成果，基樁采用反循環(huán)樁且與既有高架橋墩柱基樁保持4.5 m以上的凈間距?；鶚妒┕こ跗谶x擇特定位置進(jìn)行兩階段測試，確定新樁施工不會擾動既有基礎(chǔ)后，方進(jìn)行全面施工[3]。第一階段測試施作位于兩橋墩間距離 較遠(yuǎn)的工作樁 （P1樁最近距離約為15.8 m），并埋設(shè)儀器監(jiān)測周圍地層、水壓及橋墩沉降、傾斜變化;第二階段測試則施作最靠近既有基樁的工作樁（P2、P3，最近距離約為4.5 m），同時(shí)監(jiān)測施工過程中，橋墩柱的沉降及傾斜變化。

3.1 第一階段測試成果

在鉆掘過程中，當(dāng)鉆頭達(dá)各深度砂土層時(shí)，該深度壓力水頭有升高的現(xiàn)象，鉆掘深度持續(xù)增加后水壓便回降至接近施工前狀況。依照前文所述的評估方法，地層沉降計(jì)（深度15 m、35 m、45 m及55 m）監(jiān)測到的最大沉降量約為1 mm，而地表的最大沉降量約為1.5 mm，均無顯著沉降產(chǎn)生，沉降量與擾動試驗(yàn)樁距離亦無顯著關(guān)系。距離P1樁2 m、4 m的土中測斜管數(shù)據(jù)顯示，最大側(cè)向變形<1.5 mm，在監(jiān)測誤差范圍內(nèi)，其線形并無特定的位移方向。分析可知，此位移并非地層擾動所致。比對施工前的鉆孔及施工完成后鉆孔 （距離P1均為4 m），地層并無顯著差異，且施工前、后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) N 值大致重合，顯示基樁施工對4 m外地層的 SPT-N 值無明顯擾動。

3.2 第二階段測試成果

第二階段測試樁為P2及P3，監(jiān)測施工過程中緊鄰的橋墩柱的沉降及傾斜變化。電子式傾斜計(jì)量得的數(shù)值在測試樁施工過程中隨溫度起伏變化，最大傾斜變化量僅約10 sec，尚在量測誤差范圍，并無顯著傾斜量產(chǎn)生，最接近擾動試驗(yàn)樁的3處橋墩柱的最大累積沉降量低于1 mm。可以確定在監(jiān)測誤差范圍內(nèi)，并無顯著沉降產(chǎn)生。

綜合上述監(jiān)測資料可知，反循環(huán)基樁在沖積土層中鉆掘施工時(shí)，對水壓水頭最遠(yuǎn)影響距離推測約達(dá)17～18 m。地層中安裝的儀器 （最近為2 m） 均未測得顯著位移，既有橋墩柱均無顯著傾斜及沉降量發(fā)生，因而確定新基樁施工不會對舊橋墩基礎(chǔ)產(chǎn)生影響[4]。

4 結(jié)語

在以往的工程經(jīng)驗(yàn)中，由于全套管工法以套管保護(hù)孔壁，故其施工時(shí)較不易坍孔，因此認(rèn)為其施工對周圍地基擾動應(yīng)小于反循環(huán)基樁。然而通過現(xiàn)場試驗(yàn)的實(shí)測資料分析，可推測全套管基樁施工對地層的可能擾動模式為抓斗沖撞地層及來回上下取土動作，導(dǎo)致地層孔隙水壓振蕩變化。且施工過程中若未能及時(shí)在套管內(nèi)補(bǔ)水，則砂土?xí)商坠艿撞肯蜚@孔內(nèi)流失，嚴(yán)重者會導(dǎo)致砂涌，因而導(dǎo)致周圍土體松動。而反循環(huán)工法的擾動源為采用定速旋轉(zhuǎn)動作的鉆頭，故對地層的擾動為點(diǎn)狀，其擾動多為穩(wěn)定且連續(xù)性的，其擾動區(qū)僅位于鉆頭深度附近，故在正常施工 （無異常及坍孔）狀況下，反循環(huán)樁對周圍土層的擾動反而小于全套管基樁。

基樁施工對地層的擾動及臨近構(gòu)造物的影響，與施工方法、機(jī)具、施工流程及地層性質(zhì)、水位/水壓特性等因素均有關(guān)系，本文所述的監(jiān)測數(shù)值僅能供初步參考，各新建工程應(yīng)謹(jǐn)慎規(guī)劃施工步驟，并進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際測試驗(yàn)證。建議可參考本文的測試程序及監(jiān)測儀器使用。在施工初期根據(jù)新施工基樁與既有基樁距離遠(yuǎn)近，先后進(jìn)行地層擾動試驗(yàn)及對既有構(gòu)造影響等兩階段測試，以界定基樁施工擾動范圍及確定工作樁施工時(shí)既有構(gòu)造物的安全后，再大量施作其他工作樁。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉芬芬，胡學(xué)山.樁基施工對臨近建筑物的影響分析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014（36）：161.

[2] 錢建固，曲文婷，李偉偉，等.地基加固控制開挖對附近樁基影響有限元分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2011（S2）：69-72.

[3] 金 舫.應(yīng)用兩階段分析法測定基礎(chǔ)工程施工對鄰近建筑樁基的影響[J].建筑施工，2009，31（5）：338-340.

[4] 張浩龍.基礎(chǔ)施工振動對相鄰建筑物影響評價(jià)及檢測方法[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2016（5）：82-84.