毗邻开关站桩基施工振动控制研究

张林涛

【摘要】本文结合工程实例，通过相似地质条件下桩基施工振动测试、距离开关站较远区域桩基施工监测、毗邻开关站的桩基施工振动监测三个阶段的监测数据积累和分析，寻找桩基冲击成孔过程中的振动规律及影响因素，确定适合开关站的振动控制阈值，制定有效的施工振动控制措施，保证了施工期间开关站内设备运行安全，同时可为后续类似施工提供借鉴、参考。

【关键词】复杂环境;冲孔灌注桩;振动监测;振动控制

某电站开关站一期工程时已建成并投入使用，开关站内有一期机组GIS、控制柜等重要电气设备。二期机组500kV高压母线廊道与开关站相接，设计基础形式为冲孔灌注桩基础，桩与开关站最近距离约6m。冲孔灌注桩施工会产生较大幅度的振动，如何在近距离的情况下控制施工振动，确保开关站站内设备安全运行是本工程的关键。

本工程通过对冲孔灌注桩成孔过程振动测试及施工过程中的长期监测，寻找距桩位不同距离地面的振动规律，以及桩锤锤重、提升高度对地面振动的影响规律，为二期机组500kV高压母线廊道桩基施工时的施工参数控制及开关站振动控制阈值的确定提供依据，为施工期间开关站结构及内部设备安全提供保证。

1、工程简介

1.1工程概况

本项目电站500kV高压母线廊道设计采用灌注桩基础，桩径800mm，桩端置于基岩，入岩深度不小于600mm。廊道与500kV开关站连接，500kV开关站一期施工完成，结构为单层钢结构，基础形式为筏板基础，厚度1.2m。

1.2樁基础施工主要难点

桩基施工过程中会产生较大振动，但振动的幅度范围与振动规律可查资料较少;开关站内有GIS装置、控制柜等正在运行的一期电气设备，设备无明确的振动控制阈值;桩基础与开关站的最小距离仅6m，增加了施工振动控制的难度。

2、桩施工振动监测及成果分析

本项目研究分为三个阶段：类似地质条件下施工振动测试，寻找成孔过程中的振动规律及影响因素。距离开关站较远区域桩基施工监测，通过测试和数据积累，确定开关站合适的振动控制阈值[1]。临近开关站三排桩基施工期间开关站内的振动监测。

2.1第一阶段桩施工振动测试及成果分析

选取桩基设计参数及施工工艺相同，以及地层情况基本相同位置 进行测试。振动测试分两步进行，第一步是测试正常成桩过程对地面固定点的振动影响，判断成桩施工深度与地面的振动幅度的关系。第二步是测试距桩孔不同距离的地面振动，分析其衰减规律，以及桩锤提升高度不同、桩锤重量不同对地面振动的影响规律。

2.1.1成桩过程深度振动测试及分析

冲孔桩成孔过程的振动测试，在成桩深度为2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、8m、10m、12m、14m、16m、17m时监测地面水平径向、水平切向和垂向的振动速度，冲孔锤重2.7T。

根据测试结果，显示如下规律：

（1）基桩成孔浅部施工时引起的地面振动相对较大，随着施工深度的增加，有逐渐减小的趋势。（2）在回填块石层施工时，地面振动相对较大;进入土层后，地面振动迅速减小;施工到基岩后，地面振动稍有增大，但总体仍较回填层小。（3）测点距离桩孔较近，振源较浅时，垂向和水平径向的振动相对较大，水平切向振动相对较小;振源较深时，三个方向的振动幅度相差相对不大。

由以上振动规律可知，回填块石层冲孔施工可引起地面较大幅度的振动，本次控制重点为回填块石层的冲孔施工。

测试的第二步就是在基桩浅部回填块石层成孔施工时，测试地面上距桩中心水平距离不同的测点的振动速度和振动加速度值，为后续开关站附近桩基施工时，控制桩基施工参数提供依据。

2.1.2地面振动随距桩孔水平距离衰减的测试结果及分析

本阶段测试时使用的3.4T的冲击锤，在深度3m左右开始测试。成孔过程中，距桩孔不同距离的振动测试，分0.5m、1m和1.5m桩锤提升高度三种情况分别进行，每次测试在距离3m、4m、5m、7m、9m、11m、13m、15m、20m、30m设立测点，分别测振动速度和加速度。

根据振动测试结果，显示如下规律：（1）基桩成孔施工时引起的地面振动近处大、远处小，在水平距离6m以内，振动随水平距离衰减较快，超过7m，衰减速率相对较缓。（2）地面同一点振动的幅度与成孔施工时桩锤的提升高度有关，提锤高度大，引起的地面振动幅度大。由于桩锤下落过程中，受到泥浆、孔壁等因素的影响，提锤高度与地面振动幅度并不呈简单的比例关系。（3）对比 2.7T的桩锤可发现，桩锤越重，相同提锤高度下的冲击能量越大，地面振动越大。

根据第一阶段测试结果分析，在水平距离6m以内振动较大，但振动随水平距离衰减较快，经设计人员核算桩基与开关站的最近距离由3m改为6m。

2.2第二阶段桩施工振动测试及成果分析

第二阶段施工主要距离开关站较远区域桩基施工监测，在距桩孔8m、10m、12m、14m、16m和开关站外墙等位置，记录桩基成孔施工全过程引起的地表振动波形，测量振动速度和加速度幅值，为确定适合现场施工的控制阈值提供参考[2]。

对成孔施工地表振动监测成果进行分析，可得出规律如下：（1）回填块石层成孔施工引起地面振动幅度相对较大，土层要小的多，成孔进入基岩后，地表振动明显增强;在回填块石层深度范围内，地面振动持续保持在较高的强度，并未随施工深度增加而明显减小。（2）在三个方向的振动中，水平径向相对最为强烈，水平切向和垂向的振动大致相当。

2.3第三阶段临近开关站桩施工振动控制及监测

施工振动控制措施，1桩机选择：选择人工操作的桩机，桩锤选择重量最低的2.7T桩锤;2降低回填层施工振动：施工前清除地表3m的回填石块，同时第一排桩施工前在3m以下进行人工挖孔，最大程度清除回填层。3单台桩机施工，避免产生振动效应叠加。

施工过程振动监测，第三阶段在开关站内共布置三个监测点，监测结果显示采取的控制措施有效，同时施工期间设备正常运行，未产生异常现象。

结论：

本项目三个阶段桩施工振动的测试合计完成38000点·次，积累了大量的工程实测数据，对施工中振动规律及影响因素进行分析，为桩施工过程中振动控制措施的选择提供理论基础，开关站振动控制阈值的确定提供数据参考，确保施工过程中开关站内设备安全，同时也可为后续类似施工提供借鉴、参考。

参考文献：

[1]徐建.建筑工程容许振动标准理解与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2013：166-169

[2]GB50868-2013.建筑工程容许振动标准