樁基工程環(huán)境問(wèn)題解析
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摘要：樁基施工是建筑工程中重要的基礎(chǔ)性工程，本研究從樁基工程對(duì)水文地質(zhì)、臨近樁的影響及其產(chǎn)生的噪音污染切入，深入分析樁基工程造成的環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，結(jié)合筆者所做的前期工作，從事故防治、施工工藝、理論研究和施工組織等角度，提出相應(yīng)的解決對(duì)策。文章結(jié)果可為建設(shè)綠色樁基施工環(huán)境提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：樁基；工程；環(huán)境；對(duì)策；防治
1樁基工程環(huán)境問(wèn)題分析
1.1對(duì)水文地質(zhì)的影響
淺基礎(chǔ)施工過(guò)程中，受力層下方如果存在承壓含水層，且樁基基礎(chǔ)埋設(shè)深度過(guò)大，開(kāi)挖時(shí)容易出現(xiàn)突涌，俗稱(chēng)流土現(xiàn)象。其根本原因是水文地質(zhì)受到了影響。在基坑開(kāi)挖以后，坑底土壤給予其下方的覆蓋壓力大幅降低，而承壓含水層頂部存在較大的靜水壓力，無(wú)法平衡時(shí)，坑底土即會(huì)被沖破，造成水土流散。在不良地質(zhì)區(qū)施工，還會(huì)出現(xiàn)涌沙和坍孔現(xiàn)象。過(guò)去突涌事故一般被認(rèn)為不易發(fā)生，類(lèi)似報(bào)道較少[1]。但不難發(fā)現(xiàn)，因突涌造成水文地質(zhì)影響的報(bào)道逐漸增多。如喀斯特地貌區(qū)樁基涌水[2]、巴曲河大橋樁基涌水[3]、北京昆侖飯店樁基工程涌土[4]等。因此，加強(qiáng)對(duì)樁基工程-水文地質(zhì)互作效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，提高樁基事故防范意識(shí)，對(duì)于保障樁基工程順利進(jìn)行尤為重要。
1.2對(duì)臨近樁的影響
打樁相當(dāng)于對(duì)周邊土壤和臨近樁形成一個(gè)動(dòng)荷載，其產(chǎn)生的波會(huì)引起地面震動(dòng)，周?chē)馏w因此受到影響，性狀發(fā)生改變，致使臨近樁基失穩(wěn)，因而影響臨近建筑物的結(jié)構(gòu)安全。近年來(lái)，樁基工程在城市構(gòu)筑物密集區(qū)開(kāi)展的實(shí)例日益增多，打樁對(duì)臨近樁影響的相關(guān)研究也得到了越來(lái)越多的重視。打樁對(duì)臨近樁影響的機(jī)理是打樁時(shí)引起樁間土壤擠壓滑移，受擠壓滑移的土層在臨近樁樁基上形成附加位移和彎矩。目前樁基工程對(duì)臨近樁的影響被認(rèn)為是較為典型的被動(dòng)樁問(wèn)題。
1.3噪音污染
沖擊樁施工是傳統(tǒng)的也是成熟的施工方法，由于具備較好的經(jīng)濟(jì)性和安全性，目前沖擊樁施工工藝在國(guó)內(nèi)被廣泛使用。但受到其工作原理限制，樁機(jī)尤其是老化的樁機(jī)，會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，在樁機(jī)周邊30m范圍內(nèi)，噪聲可達(dá)到100分貝以上[5-7]。盡管噪音并不具備持續(xù)性，但對(duì)周邊居民的身心健康影響極大，嚴(yán)重影響居民的生活和學(xué)習(xí)，與國(guó)家倡導(dǎo)的環(huán)保要求相悖[8]。因此，考慮如何有效降低樁基施工的噪聲污染不僅是城市建設(shè)的要求，也是社會(huì)要求和居民生活需求。
2樁基工程環(huán)境防治對(duì)策
2.1基坑事故防治
在樁基礎(chǔ)施工準(zhǔn)備過(guò)程中，為了降低對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文的影響，應(yīng)當(dāng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文狀況進(jìn)行充分的調(diào)研。不僅應(yīng)獲得施工現(xiàn)場(chǎng)過(guò)去的地質(zhì)水文數(shù)據(jù)，還應(yīng)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，了解周?chē)欠裼谐榕潘绊?，根?jù)實(shí)際情況調(diào)整施工措施。例如，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)屬于易液化土質(zhì)，而且水位較高，就應(yīng)當(dāng)對(duì)突涌事故進(jìn)行考慮并加以防范，盡可能不要使用振動(dòng)強(qiáng)的施工器械，在施工工藝上盡量選取旋轉(zhuǎn)鉆頭造孔替代沖擊法造孔。同時(shí)應(yīng)當(dāng)重視試樁和沖孔過(guò)程觀察，對(duì)施工過(guò)程細(xì)致跟蹤，做好事故防范工作。
2.2臨近樁失穩(wěn)防治
打樁對(duì)臨近樁的影響首先應(yīng)從沉樁工藝角度考慮，沉樁方式一般包括擊打、振動(dòng)和靜壓等方式，這些方式或多或少均會(huì)發(fā)生擠壓土壤的現(xiàn)象，因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)狀況、樁基數(shù)量、樁基范圍等合理進(jìn)行施工規(guī)劃，對(duì)于不同條件采用不同方法有針對(duì)性地減少擠土。灌注樁樁基施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意土壤性質(zhì)。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)土壤屬于黏土、碎石土、粉土或沙土土質(zhì)，應(yīng)當(dāng)采用沖擊成孔法，同時(shí)跟蹤觀測(cè)施工過(guò)程對(duì)臨近環(huán)境的影響[9]。不同施工工藝中，泥漿護(hù)壁成孔和干作業(yè)成孔方法對(duì)土壤的擠壓效應(yīng)最小，甚至不會(huì)出現(xiàn)擠土現(xiàn)象[10-11]。因此，綜上所述，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇合理的施工工藝，對(duì)于預(yù)防因打樁造成的臨近樁失穩(wěn)和臨近構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)破壞有深遠(yuǎn)影響。探索打樁對(duì)臨近樁及周?chē)翆拥挠绊憴C(jī)理，通過(guò)模型構(gòu)建模擬樁貫入過(guò)程，利用理論成果指導(dǎo)施工實(shí)踐，是防治打樁造成臨近樁失穩(wěn)的重要突破口。筆者前期研究中，針對(duì)城市中樁基工程引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)有限元軟件Abaqus對(duì)高頻振動(dòng)打樁的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了三維模型模擬，結(jié)果表明樁尖深度處應(yīng)力較為集中，打入樁距離遠(yuǎn)的位置受到的影響相對(duì)較小，且模型模擬結(jié)果表明，高頻打樁作為高頻液壓振動(dòng)錘新技術(shù)，對(duì)臨近樁基的影響不大[12]。對(duì)全過(guò)程貫入模擬的結(jié)果表明，樁尖周?chē)耐馏w的水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力有應(yīng)力突變現(xiàn)象產(chǎn)生，靜載力和激振力呈負(fù)相關(guān)；頻率越高，貫入所需時(shí)間越久；土體密實(shí)度高、樁和土體摩擦系數(shù)越大，打樁對(duì)周邊環(huán)境影響越大[13]。這些結(jié)果探明了打樁環(huán)境效應(yīng)的機(jī)理，為科學(xué)調(diào)控打樁對(duì)土體和臨近樁產(chǎn)生的負(fù)面影響奠定了一定基礎(chǔ)。
2.3噪音防治
樁基工程產(chǎn)生的噪音應(yīng)當(dāng)從施工組織和施工過(guò)程兩方面考慮。施工組織方面，應(yīng)建立完善的監(jiān)督體系。國(guó)家在《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB_12523-2011）中規(guī)定：在建筑施工過(guò)程中，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪音晝間（早上6:00至夜間22:00之間的時(shí)段）不得大于70分貝；夜間（指晚間22:00至次日早上6:00之間的時(shí)段）不得大于55分貝，超過(guò)限值即可向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)進(jìn)行投訴[14-15]。因此，樁基施工方應(yīng)建設(shè)施工噪音監(jiān)督機(jī)制，抽調(diào)專(zhuān)業(yè)力量成立實(shí)施小組負(fù)責(zé)噪音監(jiān)督，做到責(zé)任明確，同時(shí)建立抽查制度和獎(jiǎng)懲機(jī)制。施工過(guò)程方面，沖擊樁產(chǎn)生的噪音一般由馬達(dá)振動(dòng)和設(shè)備摩擦等造成，以聲波的形式存在并在空間中傳遞。聲能越大，傳播距離越遠(yuǎn)，影響也越嚴(yán)重。從聲波的產(chǎn)生和傳播機(jī)理考慮，樁基工程降低噪聲的方法包括：（1）加強(qiáng)設(shè)備檢測(cè)和保養(yǎng)。對(duì)老化的設(shè)備進(jìn)行修繕，對(duì)狀態(tài)良好的設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)。（2）減少振動(dòng)幾率。避免不必要的工序，根據(jù)地質(zhì)條件選擇樁錘和高度參數(shù)，有條件的工地可考慮在樁機(jī)下加墊木方。（3）設(shè)置隔音罩。在發(fā)聲嚴(yán)重的機(jī)械部位用全封閉裝置罩住，降低噪音產(chǎn)生。（4）設(shè)置隔離墻。用一定重量和不透氣的金屬外殼及吸聲材料制作成隔音裝置，使得較多噪音在墻壁形成反射并在內(nèi)部消耗，從而大幅降低噪音[16]。
3結(jié)束語(yǔ)
本研究從樁基工程對(duì)水文地質(zhì)、臨近樁的影響及其產(chǎn)生的噪音污染切入，深入分析樁基工程造成的環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，結(jié)合筆者所做的前期工作，從事故防治、施工工藝、理論研究和施工組織等角度，提出相應(yīng)的解決對(duì)策。進(jìn)一步研究可從以下兩個(gè)角度考慮：（1）研發(fā)新材料、新器械、新工藝，通過(guò)技術(shù)變革在最大程度上降低樁基工程對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響；（2）加強(qiáng)樁基施工過(guò)程中的基礎(chǔ)研究，明確樁基影響環(huán)境的產(chǎn)生機(jī)制和作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。
作者：楊祁 陳競(jìng)楠 單位：福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院