毗鄰開關站樁基施工振動控制研究

張林濤

【摘要】本文結合工程實例，通過相似地質條件下樁基施工振動測試、距離開關站較遠區域樁基施工監測、毗鄰開關站的樁基施工振動監測三個階段的監測數據積累和分析，尋找樁基沖擊成孔過程中的振動規律及影響因素，確定適合開關站的振動控制閾值，制定有效的施工振動控制措施，保證了施工期間開關站內設備運行安全，同時可為后續類似施工提供借鑒、參考。

【關鍵詞】復雜環境;沖孔灌注樁;振動監測;振動控制

某電站開關站一期工程時已建成并投入使用，開關站內有一期機組GIS、控制柜等重要電氣設備。二期機組500kV高壓母線廊道與開關站相接，設計基礎形式為沖孔灌注樁基礎，樁與開關站最近距離約6m。沖孔灌注樁施工會產生較大幅度的振動，如何在近距離的情況下控制施工振動，確保開關站站內設備安全運行是本工程的關鍵。

本工程通過對沖孔灌注樁成孔過程振動測試及施工過程中的長期監測，尋找距樁位不同距離地面的振動規律，以及樁錘錘重、提升高度對地面振動的影響規律，為二期機組500kV高壓母線廊道樁基施工時的施工參數控制及開關站振動控制閾值的確定提供依據，為施工期間開關站結構及內部設備安全提供保證。

1、工程簡介

1.1工程概況

本項目電站500kV高壓母線廊道設計采用灌注樁基礎，樁徑800mm，樁端置于基巖，入巖深度不小于600mm。廊道與500kV開關站連接，500kV開關站一期施工完成，結構為單層鋼結構，基礎形式為筏板基礎，厚度1.2m。

1.2樁基礎施工主要難點

樁基施工過程中會產生較大振動，但振動的幅度范圍與振動規律可查資料較少;開關站內有GIS裝置、控制柜等正在運行的一期電氣設備，設備無明確的振動控制閾值;樁基礎與開關站的最小距離僅6m，增加了施工振動控制的難度。

2、樁施工振動監測及成果分析

本項目研究分為三個階段：類似地質條件下施工振動測試，尋找成孔過程中的振動規律及影響因素。距離開關站較遠區域樁基施工監測，通過測試和數據積累，確定開關站合適的振動控制閾值[1]。臨近開關站三排樁基施工期間開關站內的振動監測。

2.1第一階段樁施工振動測試及成果分析

選取樁基設計參數及施工工藝相同，以及地層情況基本相同位置 進行測試。振動測試分兩步進行，第一步是測試正常成樁過程對地面固定點的振動影響，判斷成樁施工深度與地面的振動幅度的關系。第二步是測試距樁孔不同距離的地面振動，分析其衰減規律，以及樁錘提升高度不同、樁錘重量不同對地面振動的影響規律。

2.1.1成樁過程深度振動測試及分析

沖孔樁成孔過程的振動測試，在成樁深度為2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、8m、10m、12m、14m、16m、17m時監測地面水平徑向、水平切向和垂向的振動速度，沖孔錘重2.7T。

根據測試結果，顯示如下規律：

（1）基樁成孔淺部施工時引起的地面振動相對較大，隨著施工深度的增加，有逐漸減小的趨勢。（2）在回填塊石層施工時，地面振動相對較大;進入土層后，地面振動迅速減小;施工到基巖后，地面振動稍有增大，但總體仍較回填層小。（3）測點距離樁孔較近，振源較淺時，垂向和水平徑向的振動相對較大，水平切向振動相對較小;振源較深時，三個方向的振動幅度相差相對不大。

由以上振動規律可知，回填塊石層沖孔施工可引起地面較大幅度的振動，本次控制重點為回填塊石層的沖孔施工。

測試的第二步就是在基樁淺部回填塊石層成孔施工時，測試地面上距樁中心水平距離不同的測點的振動速度和振動加速度值，為后續開關站附近樁基施工時，控制樁基施工參數提供依據。

2.1.2地面振動隨距樁孔水平距離衰減的測試結果及分析

本階段測試時使用的3.4T的沖擊錘，在深度3m左右開始測試。成孔過程中，距樁孔不同距離的振動測試，分0.5m、1m和1.5m樁錘提升高度三種情況分別進行，每次測試在距離3m、4m、5m、7m、9m、11m、13m、15m、20m、30m設立測點，分別測振動速度和加速度。

根據振動測試結果，顯示如下規律：（1）基樁成孔施工時引起的地面振動近處大、遠處小，在水平距離6m以內，振動隨水平距離衰減較快，超過7m，衰減速率相對較緩。（2）地面同一點振動的幅度與成孔施工時樁錘的提升高度有關，提錘高度大，引起的地面振動幅度大。由于樁錘下落過程中，受到泥漿、孔壁等因素的影響，提錘高度與地面振動幅度并不呈簡單的比例關系。（3）對比 2.7T的樁錘可發現，樁錘越重，相同提錘高度下的沖擊能量越大，地面振動越大。

根據第一階段測試結果分析，在水平距離6m以內振動較大，但振動隨水平距離衰減較快，經設計人員核算樁基與開關站的最近距離由3m改為6m。

2.2第二階段樁施工振動測試及成果分析

第二階段施工主要距離開關站較遠區域樁基施工監測，在距樁孔8m、10m、12m、14m、16m和開關站外墻等位置，記錄樁基成孔施工全過程引起的地表振動波形，測量振動速度和加速度幅值，為確定適合現場施工的控制閾值提供參考[2]。

對成孔施工地表振動監測成果進行分析，可得出規律如下：（1）回填塊石層成孔施工引起地面振動幅度相對較大，土層要小的多，成孔進入基巖后，地表振動明顯增強;在回填塊石層深度范圍內，地面振動持續保持在較高的強度，并未隨施工深度增加而明顯減小。（2）在三個方向的振動中，水平徑向相對最為強烈，水平切向和垂向的振動大致相當。

2.3第三階段臨近開關站樁施工振動控制及監測

施工振動控制措施，1樁機選擇：選擇人工操作的樁機，樁錘選擇重量最低的2.7T樁錘;2降低回填層施工振動：施工前清除地表3m的回填石塊，同時第一排樁施工前在3m以下進行人工挖孔，最大程度清除回填層。3單臺樁機施工，避免產生振動效應疊加。

施工過程振動監測，第三階段在開關站內共布置三個監測點，監測結果顯示采取的控制措施有效，同時施工期間設備正常運行，未產生異?，F象。

結論：

本項目三個階段樁施工振動的測試合計完成38000點·次，積累了大量的工程實測數據，對施工中振動規律及影響因素進行分析，為樁施工過程中振動控制措施的選擇提供理論基礎，開關站振動控制閾值的確定提供數據參考，確保施工過程中開關站內設備安全，同時也可為后續類似施工提供借鑒、參考。

參考文獻：

[1]徐建.建筑工程容許振動標準理解與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2013：166-169

[2]GB50868-2013.建筑工程容許振動標準