鋼板樁墻的打拔不會引起土壤沉降, 喜迎城市基礎新時代
發布日期:2018-06-08 14:14:33 瀏覽次數:2677

中國每年有成千上萬個鋼板樁項目在施工。鋼板樁非常適用于臨時性基礎作業,符合現代的減排-再利用-回收理念。這是我們在深基礎微信群里經常討論的話題。本周我們分享一些令人興奮的關于打拔鋼板樁引起土壤沉降的科學研究結果。
鋼板樁的主要應用是在開挖地和周圍建筑之間創建一個臨時或永久性屏障,如岸壁、擋土墻、隧道和地下停車場。鋼板樁也非常適合臨時挖掘工作,如基坑的防水隔墻。在中國,地連墻是建設擋土墻的首選方法。相對于地連墻來說,鋼板樁墻是一種臨時結構。這種臨時方案很適合當代趨勢,如減少混凝土、膨潤土泥漿和鋼筋籠。在實踐中,建地連墻的材料常常除了擋土外并沒有別的功能,而且在項目結束之后很難拆除。但鋼板樁卻容易拔出,并在新的工地再用。今天,我們通過分析鋼板樁打拔過程中土壤沉降的一些常見誤解,再次看看挖掘深達18米機坑時使用鋼板樁的好處。
社會的一個總趨勢是環境問題日益重要(如膨潤土污染),人們對諸如噪音、排放和交通堵塞等不適的接受率正在下降。因此,對建設活動,特別是城市化地區的建設活動所造成的環境問題和潛在風險研究需求也在增長?,F在的建設項目需要評估對整個環境的影響,以確保安全。鋼板樁墻和免共振錘能解決這些重要問題。幾年來,人們已經很重視避免振動干擾。隨著免共振打樁法的興起和普遍接受,人們的注意力開始轉移到振動打樁過程中的土壤沉降。預測土壤沉降是一項挑戰性工作。Meijers博士將他的的博士論文研究重點放在建模過程中打拔臨時鋼板樁墻時土壤的沉降。以下的許多信息是對他的論文( “振動法打鋼板樁過程中的土壤沉降,Delft大學 土木工程與地質學系, 2007”)的釋義。本文末有該論文的鏈接。
在論文中,Meijers博士回顧了現有的預測模型,并開發了自己的模型。其模型隨后被現場工作證實?,F場工作表明,模型還需改進,但來自現場的數據是廣泛的,有助于做出明智的設計決定。打拔樁過程中最有可能導致土壤沉降的機制是土壤的密實和土壤對樁體積的置換。下面更詳細地討論這兩種情況。
打鋼板樁的過程中
土壤的密實化大多發生在打鋼板樁墻的過程中。振動經由在鋼板樁和土壤的接觸面被導入到土壤中。振動波進入土壤,振動強度隨距離而消減。這些振動能量循環的給土壤加載。正是這些負載導致土壤密實、形成土壤超孔隙壓力。循環加載是個連續的過程,負載不斷地隨著土壤條件和打樁力而變化,導致土壤基質發生連續變化。首先受到緊緊擠壓的土壤顆??赡軙テ鋰鷫汉驮谕寥乐蟹瓭L的空隙。而另外的顆粒則開始相互滑動,會有輕微的旋轉。結果是土壤基質會有些變化,形成新結構,可能密度也改變。隨著鋼板樁下沉,更多的土壤顆粒獲得穩定狀態,變形將會減少。在實踐中,土壤的沉降量是有限的,因為鋼板樁的插入體積抵消了密實影響。
拔樁過程中
拔樁過程和打樁過程是類似的。振動錘原位振動,直到樁被震松?!霸谶@一階段,土壤中可能出現各種情況,比如 鋼板樁周圍產生超孔隙壓力、鋼板樁拉伸、樁和土壤之間界面摩擦減少。當降解(包括液化)降低鋼板樁和土壤之間的摩擦力到足夠程度,鋼板樁就會開始移動。此后,鋼板樁被拔出,通常拔出速度會不斷增加?!变摪鍢侗旧碛幸欢w積,因而拔樁則會在下層土中留下空隙?!爱斢型琳车綐渡?,拔樁留下的空隙會超過樁的凈體積。在沙土中,這種影響?。?mm以下),而在粘土中,大量的泥會粘到鋼板樁上??障恫粫3滞暾?,泥土會流入空隙,將其填補,從而導致更多的沉降?!币獪p少拔樁過程中粘到樁上的泥土,常見做法是給樁涂上潤滑劑,或者把樁打深一點,以降低樁-土摩擦力,抑制泥土附著到樁上。Meijers博士總結到:“在拔樁階段,測得的表面沉降值與模型計算值一致,或稍低。這種情況下,拔樁過程引起的沉降主要由被拔除鋼板樁的體積決定??傮w趨勢是鋼板樁附近沉降多,距離越遠沉降越少?!?/span>
Meijers博士的研究表明,在沙性土壤中,當使用高頻振動錘時,在距離鋼板樁墻0~1米之間,鋼板樁振動引起的沉降是不同的。沉降深度通常在幾厘米以內。許多情況下,鋼板樁引起的沉降被忽視了,因為工作區域內其他的干擾更大(如 重型機械的移動)?!凹s占一半的鋼板樁研究項目,其鋼板樁墻附近(>1米)的土壤沉降超過0.1米。在距離為打樁深度的一半之處,地表沉降變得可忽略不計?!?/span>
這些土壤沉降的觀測結果與開始挖防滲墻時抓斗工作引起的表面沉降一致。
基礎產業的發展
基礎產業正在迅速變化:市場供應的鋼板樁更寬更長,鋼板樁-護筒組合墻或鋼板樁- 工字鋼組合墻可選用,打樁設備日新月異,監管機構正在推動更環保的方法,而設計院也正在為市場帶來真實的變化。對不同的土壤類型也需要做更多的研究。