樁基工程環(huán)境問題解析
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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)境問題。同時，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；對策；防治
1樁基工程環(huán)境問題分析
1.1對水文地質(zhì)的影響
淺基礎(chǔ)施工過程中，受力層下方如果存在承壓含水層，且樁基基礎(chǔ)埋設(shè)深度過大，開挖時容易出現(xiàn)突涌，俗稱流土現(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，無法平衡時，坑底土即會被沖破，造成水土流散。在不良地質(zhì)區(qū)施工，還會出現(xiàn)涌沙和坍孔現(xiàn)象。過去突涌事故一般被認為不易發(fā)生，類似報道較少[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，加強對樁基工程-水文地質(zhì)互作效應(yīng)的認識，提高樁基事故防范意識，對于保障樁基工程順利進行尤為重要。
1.2對臨近樁的影響
打樁相當(dāng)于對周邊土壤和臨近樁形成一個動荷載，其產(chǎn)生的波會引起地面震動，周圍土體因此受到影響，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，樁基工程在城市構(gòu)筑物密集區(qū)開展的實例日益增多，打樁對臨近樁影響的相關(guān)研究也得到了越來越多的重視。打樁對臨近樁影響的機理是打樁時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。目前樁基工程對臨近樁的影響被認為是較為典型的被動樁問題。
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)濟性和安全性，目前沖擊樁施工工藝在國內(nèi)被廣泛使用。但受到其工作原理限制，樁機尤其是老化的樁機，會產(chǎn)生很大的噪聲，在樁機周邊30m范圍內(nèi)，噪聲可達到100分貝以上[5-7]。盡管噪音并不具備持續(xù)性，但對周邊居民的身心健康影響極大，嚴重影響居民的生活和學(xué)習(xí)，與國家倡導(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，也是社會要求和居民生活需求。
2樁基工程環(huán)境防治對策
2.1基坑事故防治
在樁基礎(chǔ)施工準備過程中，為了降低對施工現(xiàn)場地質(zhì)水文的影響，應(yīng)當(dāng)對施工現(xiàn)場地質(zhì)水文狀況進行充分的調(diào)研。不僅應(yīng)獲得施工現(xiàn)場過去的地質(zhì)水文數(shù)據(jù)，還應(yīng)進行實地勘測，了解周圍是否有抽排水影響，根據(jù)實際情況調(diào)整施工措施。例如，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場屬于易液化土質(zhì)，而且水位較高，就應(yīng)當(dāng)對突涌事故進行考慮并加以防范，盡可能不要使用振動強的施工器械，在施工工藝上盡量選取旋轉(zhuǎn)鉆頭造孔替代沖擊法造孔。同時應(yīng)當(dāng)重視試樁和沖孔過程觀察，對施工過程細致跟蹤，做好事故防范工作。
2.2臨近樁失穩(wěn)防治
打樁對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、振動和靜壓等方式，這些方式或多或少均會發(fā)生擠壓土壤的現(xiàn)象，因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工現(xiàn)場狀況、樁基數(shù)量、樁基范圍等合理進行施工規(guī)劃，對于不同條件采用不同方法有針對性地減少擠土。灌注樁樁基施工時，應(yīng)當(dāng)注意土壤性質(zhì)。當(dāng)施工現(xiàn)場土壤屬于黏土、碎石土、粉土或沙土土質(zhì)，應(yīng)當(dāng)采用沖擊成孔法，同時跟蹤觀測施工過程對臨近環(huán)境的影響[9]。不同施工工藝中，泥漿護壁成孔和干作業(yè)成孔方法對土壤的擠壓效應(yīng)最小，甚至不會出現(xiàn)擠土現(xiàn)象[10-11]。因此，綜上所述，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況選擇合理的施工工藝，對于預(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)破壞有深遠影響。探索打樁對臨近樁及周圍土層的影響機理，通過模型構(gòu)建模擬樁貫入過程，利用理論成果指導(dǎo)施工實踐，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，針對城市中樁基工程引發(fā)的環(huán)境問題，通過有限元軟件Abaqus對高頻振動打樁的環(huán)境效應(yīng)進行了三維模型模擬，結(jié)果表明樁尖深度處應(yīng)力較為集中，打入樁距離遠的位置受到的影響相對較小，且模型模擬結(jié)果表明，高頻打樁作為高頻液壓振動錘新技術(shù)，對臨近樁基的影響不大[12]。對全過程貫入模擬的結(jié)果表明，樁尖周圍的土體的水平應(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相關(guān)；頻率越高，貫入所需時間越久；土體密實度高、樁和土體摩擦系數(shù)越大，打樁對周邊環(huán)境影響越大[13]。這些結(jié)果探明了打樁環(huán)境效應(yīng)的機理，為科學(xué)調(diào)控打樁對土體和臨近樁產(chǎn)生的負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。國家在《建筑施工場界環(huán)境噪聲排放標準》（GB_12523-2011）中規(guī)定：在建筑施工過程中，施工現(xiàn)場環(huán)境噪音晝間（早上6:00至夜間22:00之間的時段）不得大于70分貝；夜間（指晚間22:00至次日早上6:00之間的時段）不得大于55分貝，超過限值即可向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門進行投訴[14-15]。因此，樁基施工方應(yīng)建設(shè)施工噪音監(jiān)督機制，抽調(diào)專業(yè)力量成立實施小組負責(zé)噪音監(jiān)督，做到責(zé)任明確，同時建立抽查制度和獎懲機制。施工過程方面，沖擊樁產(chǎn)生的噪音一般由馬達振動和設(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，影響也越嚴重。從聲波的產(chǎn)生和傳播機理考慮，樁基工程降低噪聲的方法包括：（1）加強設(shè)備檢測和保養(yǎng)。對老化的設(shè)備進行修繕，對狀態(tài)良好的設(shè)備進行保養(yǎng)。（2）減少振動幾率。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下加墊木方。（3）設(shè)置隔音罩。在發(fā)聲嚴重的機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
本研究從樁基工程對水文地質(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)境問題。同時，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)的解決對策。進一步研究可從以下兩個角度考慮：（1）研發(fā)新材料、新器械、新工藝，通過技術(shù)變革在最大程度上降低樁基工程對周邊環(huán)境的負面影響；（2）加強樁基施工過程中的基礎(chǔ)研究，明確樁基影響環(huán)境的產(chǎn)生機制和作用機理，實現(xiàn)精準調(diào)控。
作者：楊祁 陳競楠 單位：福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院