钻孔灌注桩施工对周边建筑物振动影响研究

铁道建筑RailwayEngineeringNovember，2012文章编号:1003-1995(2012)11-0080-04钻孔灌注桩施工对周边建筑物振动影响研究徐磊(中铁十四局集团有限公司，山东济南250014)摘要:北京地铁6号线南锣鼓巷站为为明挖施工，施工位置离旧民居较近，应研究钻孔灌注桩施工对周边建筑物的振动影响，保证施工安全。通过现场振动检测及对检测数据的分析和研究，初步确定了钻孔灌注桩施工对周边建筑物的振动影响范围及程度，在施工前对周边结构状态较差、抗变形能力较弱的建筑物采取有针对性的保护措施，确保民众生命财产安全，为类似工程提供借鉴。关键词:钻孔灌注桩振动影响振动检测中图分类号:U456.3文献标识码:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2012．11．26收稿日期:2012-04-20;修回日期:2012-08-20作者简介:徐磊(1970—)，男，山东济南人，高级工程师，硕士。随着城市地铁建设高峰的到来，地铁施工的安全成了首要问题，不仅需要保证工程自身施工安全，如何保证周边建筑物的安全也是重中之重。根据北京的地质特点，明挖基坑的钻孔灌注桩一般采用旋挖钻机成孔，虽然旋挖钻机成孔对周边环境影响较小，但在城市中心施工，周边建筑物密集，情况复杂，测试和判定钻孔过程对周边建筑物的振动影响范围和程度是非常必要的，依据测试和分析结果，采取有效的保护措施，是降低施工风险的一种有效技术手段。1工程概况北京地铁6号线南锣鼓巷车站为明挖施工，主体沿地安门东大街路南侧设置，车站西端接近焕新胡同，距离周边的保护四合院建筑较近(最近处约2.1m)，车站东端接近火药局五条胡同。站址处的地安门东大街道路南侧多为临街2～3层仿古商铺建筑，除一些保护的四合院建筑没有拆除，大部分的破旧民房已拆除。但由于拆迁协调原因，场地内还存在部分民居未拆除。南锣鼓巷站为北京地铁6号线与8号线的换乘车站，为左右线叠落岛式站台车站，主体结构为地下三层框架结构，局部外挂地下一层结构，主体与风道、出入口结合建设。车站主体及附属风道、出入口结构全部采用明挖法施工。南锣鼓巷车站及其东端盾构始发井围护结构采用钻孔灌注桩，车站围护结构钻孔灌注桩采用1000@1400，共计495根;东端盾构始发井围护结构钻孔灌注桩采用1000@1500，共计40根。2振动影响范围测试及分析北京作为全国政治、经济、文化中心，城市环保要求非常高，本标段位于北京市的核心地带二环以内，最大限度地减少施工对周围环境的影响尤为重要。南锣鼓巷车站及其东端盾构始发井钻孔灌注桩施工采用TR180D型旋挖钻机，由于目前施工场地范围内尚有部分未拆迁的平房距离围护桩施工场地较近(南～东区间盾构始发井北侧未拆迁平房距盾构井最小间距仅2.73m，车站围护结构距未拆迁平房最小距离为5.60m)，由于这些平房多为砖墙结构，年久失修，已不同程度地开裂，车站主体及东端盾构井围护桩、降水井施工过程中所产生的振动可能会对该部分房屋造成一定影响，通过振动检测测定钻孔灌注桩施工对周围建筑物的振动影响，以便在后续施工过程中采取有效的措施控制钻孔灌注桩施工的振动影响范围，确保周围建筑物的安全。2.1检测项目检测项目包括:①地基(或房屋)横向振幅、加速度;②地基(或房屋)竖向振幅、加速度;③地基(或房屋)纵向振幅、加速度。2.2测点布设根据南锣鼓巷站钻孔灌注桩施工实际进展及周边房屋情况，以车站主体186#钻孔灌注桩为检测对象，以该桩为中心径向布置4个测点，其中3个测点位于地表，按间距5.5m，11.0m，22.4m布置，1个测点位于未拆迁平房的侧墙上，距离约10m，房屋测点安装在离地高度1m的墙顶上。测点布置如图1。每个测082012年第11期钻孔灌注桩施工对周边建筑物振动影响研究点安装横向、纵向、竖向三个方向传感器各一个。其中，布置于地表的3个测点人工挖土至原状土后，安放监测传感器。图1测点布置示意2.3检测方法及仪器主要测试仪器包括9818型压电式加速传感器、低频拾振器、信号数据采集器等。试验中振动幅值信号由国家地震局工程力学研究所生产的891-Ⅱ型低频拾振器拾取，由多通道信号放大器放大后，经北京东方振动与噪声技术研究所生产的INV306大型智能信号数据采集与处理系统直接进行采集和记录，最后采用DASP软件进行数据处理和分析。2.4现场测试测试过程各方法按照《城市区域环境振动测量方法》(GB10071—88)进行。钻机施工开始后，各传感器开始采样，同步记录在地面垂直方向(Z向)及水平径向(X向)、横向(Y向)各振动速度、加速度传感器的量值及时程曲线。每个测点连续测量10次，以10次读数的算术平均值为评价值。2.5测试结果有关振动波传递的表述，目前国内外相关研究与测试中主要用距振源不同距离处的速度或加速度来表述。本次测试中对各测点的速度、加速度进行了测试和分析。2.5.1旋挖钻机工作参数施工现场使用一台TR180D旋挖钻机进行钻孔桩施工，其主要工作参数如表1所示。表1旋挖钻机主要工作参数主要性能参数旋挖钻机TR180D最大输出扭矩/(kN·m)180发动机功率/kW187发动机转速/(转/min)1800牵引力/kN＞420总质量/t552.5.2地基及平房振动特征值当旋挖钻机开始施工时，由各传感器多次测量值的平均值计算得到振动的加速度与速度特征值，如表2所示。表2振动加速度与速度特征值测点编号测点距离/m速度/(mm/s)加速度/(mm/s2)横向径向竖向横向径向竖向测点15.52.542.282.591356.51363.71597.4测点211.11.110.550.76618.4306.6425.6测点322.40.160.160.45163.183.2288.5测点410.00.432.880.68324.3366.3299.91)距震源5.5m处测点1最大地基振动速度、最大加速度波段图见图2。2)距震源10.0m处平房振动测点4最大地基振动速度、最大加速度波段图见图3。2.5.3旋挖钻机停钻时的振速及振动加速度在旋挖钻机停钻时，测试了地基及房屋在外界其它干扰源影响下的振动速度值，如表3所示。表3外界干扰源的振动速度特征值测点编号测点距离/m速度/(mm/s)横向径向竖向测点211.10.160.070.072.5.4振速及加速度衰减情况分析地基测点的振速及加速度衰减见图4。由图4可知:测点与振源距离的增大，其加速度及振速衰减趋势显著，当增大到一定距离时，则衰减趋势变缓。由加速度—距离曲线可见，距震源11.1m以内衰减很快，但11.1m以后则曲线平缓。同一测点在竖直方向(Z方向)与水平方向(X，Y方向)上的速度、加速度差异较小，表明旋挖钻机在各个方向上的振速、加速度差异不大。临近房屋的振动及加速度:平房距震源10.0m，在其墙上所布测点4的振速及加速度测值与距震源11.1m处测点2的测值相比，各方向振动速度稍微偏大，加速度偏小。主要是其距震源距离稍近、墙体结构及地基结构不同所致。振动影响范围:通过对正常施工时测点3取得的振速和停钻时测点2取得的振速测值进行比较，可以得出地基各向振动速度值大小基本相同(见表4)。18铁道建筑November，2012图2测点1地基振动速度、加速度波段图3测点4地基振动速度、加速度波段282012年第11期钻孔灌注桩施工对周边建筑物振动影响研究图4地基测点的振速及加速度衰减表4外界干扰源的振动速度特征值测点编号测点距离/m速度/(mm/s)横向径向竖向停钻时测点211.10.160.070.07施工时测点322.40.160.160.453结论国内有关施工振动对构筑物影响方面的研究均采用质点的最大振动速度、振动加速度，或以位移和谱烈度以及能量比等地震指标作为评价指标。根据《建筑抗震设计规范》(GBJ11—89)中对地震烈度的定义，地震烈度与相应的水平和垂直加速度有相对应的关系，如表5所示。表5地震烈度与相应的水平和垂直加速度之间的关系地震烈度水平加速度/g垂直加速度/g9度0.4000.808度0.2000.407度0.1000.206度0.0500.105度0.0250.051)振动的安全距离应根据被保护物的要求确定，对于一般工业与民用建筑需抗7度地震，因此，旋挖钻机振动安全边界的确定标准与该地震烈度下对应的加速度可以相对应，水平加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g。《爆破安全规程》中规定，地面质点的安全振动速度为:土窑洞、土坯房、毛石房屋为1cm/s;一般砖房、非抗震的大型砌块建筑为2～3cm/s。由于没有具体的房屋振动安全评价标准，参照上述表述，可以考虑振动对周围构筑物的安全影响区域以径向加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g或振动速度＜1cm/s作为可接受房屋振动评价的指标。2)测试结果表明，当测点距震源点为5.5m时，地面测点横向及径向最大振动加速度＜0.1g，超过房屋建筑震动7级烈度允许标准，主要工况为旋挖钻机在卵石类较坚硬地层施工;当测点距震源点为10.0m时，地面及房屋的各方向振动速度峰值都在1cm/s以内，加速度峰值都＜0.1g，而且建筑物没有产生任何破损。可以认为，旋挖钻机施工一般对10.0m以外的建筑物影响很小，一般也不会造成破坏，但若在10.0m范围内有土坯房或质量较差的砖混结构，则旋挖钻机振动可能会对其产生破坏性的影响。参考文献［1］田宪国．地铁车站深基坑开挖围护结构与施工技术研究［J］．铁道建筑，2011(6):61-63．［2］金瓯，胡正华，陈成振．基坑变形与内力监测数据与有限元理论对比研究［J］．铁道建筑，2011(6):114-116．［3］杨震伟．基坑工程开挖支护的数值计算分析［J］．铁道建筑，2012(5):116-119．［4］TIMOSHENK．工程中的振动问题［M］．胡人礼，译．北京:人民铁道出版社，1978．［5］林洪桦．动态测试数据处理［M］．北京:北京理工大学出版社，1995．(责任审编王红)38