樁基工程環境問題解析

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摘要：樁基施工是建筑工程中重要的基礎性工程，本研究從樁基工程對水文地質、臨近樁的影響及其產生的噪音污染切入，深入分析樁基工程造成的環境問題。同時，結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，提出相應的解決對策。文章結果可為建設綠色樁基施工環境提供依據。

關鍵詞：樁基；工程；環境；對策；防治

1樁基工程環境問題分析

1.1對水文地質的影響

淺基礎施工過程中，受力層下方如果存在承壓含水層，且樁基基礎埋設深度過大，開挖時容易出現突涌，俗稱流土現象。其根本原因是水文地質受到了影響。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。在不良地質區施工，還會出現涌沙和坍孔現象。過去突涌事故一般被認為不易發生，類似報道較少[1]。但不難發現，因突涌造成水文地質影響的報道逐漸增多。如喀斯特地貌區樁基涌水[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-水文地質互作效應的認識，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

打樁相當于對周邊土壤和臨近樁形成一個動荷載，其產生的波會引起地面震動，周圍土體因此受到影響，性狀發生改變，致使臨近樁基失穩，因而影響臨近建筑物的結構安全。近年來，樁基工程在城市構筑物密集區開展的實例日益增多，打樁對臨近樁影響的相關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

沖擊樁施工是傳統的也是成熟的施工方法，由于具備較好的經濟性和安全性，目前沖擊樁施工工藝在國內被廣泛使用。但受到其工作原理限制，樁機尤其是老化的樁機，會產生很大的噪聲，在樁機周邊30m范圍內，噪聲可達到100分貝以上[5-7]。盡管噪音并不具備持續性，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習，與國家倡導的環保要求相悖[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的要求，也是社會要求和居民生活需求。

2樁基工程環境防治對策

2.1基坑事故防治

在樁基礎施工準備過程中，為了降低對施工現場地質水文的影響，應當對施工現場地質水文狀況進行充分的調研。不僅應獲得施工現場過去的地質水文數據，還應進行實地勘測，了解周圍是否有抽排水影響，根據實際情況調整施工措施。例如，如果發現現場屬于易液化土質，而且水位較高，就應當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鉆頭造孔替代沖擊法造孔。同時應當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臨近樁失穩防治

打樁對臨近樁的影響首先應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生擠壓土壤的現象，因此應當結合施工現場狀況、樁基數量、樁基范圍等合理進行施工規劃，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，應當注意土壤性質。當施工現場土壤屬于黏土、碎石土、粉土或沙土土質，應當采用沖擊成孔法，同時跟蹤觀測施工過程對臨近環境的影響[9]。不同施工工藝中，泥漿護壁成孔和干作業成孔方法對土壤的擠壓效應最小，甚至不會出現擠土現象[10-11]。因此，綜上所述，根據施工現場的實際情況選擇合理的施工工藝，對于預防因打樁造成的臨近樁失穩和臨近構筑物結構破壞有深遠影響。探索打樁對臨近樁及周圍土層的影響機理，通過模型構建模擬樁貫入過程，利用理論成果指導施工實踐，是防治打樁造成臨近樁失穩的重要突破口。筆者前期研究中，針對城市中樁基工程引發的環境問題，通過有限元軟件Abaqus對高頻振動打樁的環境效應進行了三維模型模擬，結果表明樁尖深度處應力較為集中，打入樁距離遠的位置受到的影響相對較小，且模型模擬結果表明，高頻打樁作為高頻液壓振動錘新技術，對臨近樁基的影響不大[12]。對全過程貫入模擬的結果表明，樁尖周圍的土體的水平應力和豎向應力有應力突變現象產生，靜載力和激振力呈負相關；頻率越高，貫入所需時間越久；土體密實度高、樁和土體摩擦系數越大，打樁對周邊環境影響越大[13]。這些結果探明了打樁環境效應的機理，為科學調控打樁對土體和臨近樁產生的負面影響奠定了一定基礎。

2.3噪音防治

樁基工程產生的噪音應當從施工組織和施工過程兩方面考慮。施工組織方面，應建立完善的監督體系。國家在《建筑施工場界環境噪聲排放標準》（GB_12523-2011）中規定：在建筑施工過程中，施工現場環境噪音晝間（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，超過限值即可向當地環保部門進行投訴[14-15]。因此，樁基施工方應建設施工噪音監督機制，抽調專業力量成立實施小組負責噪音監督，做到責任明確，同時建立抽查制度和獎懲機制。施工過程方面，沖擊樁產生的噪音一般由馬達振動和設備摩擦等造成，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）加強設備檢測和保養。對老化的設備進行修繕，對狀態良好的設備進行保養。（2）減少振動幾率。避免不必要的工序，根據地質條件選擇樁錘和高度參數，有條件的工地可考慮在樁機下加墊木方。（3）設置隔音罩。在發聲嚴重的機械部位用全封閉裝置罩住，降低噪音產生。（4）設置隔離墻。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部消耗，從而大幅降低噪音[16]。

3結束語

本研究從樁基工程對水文地質、臨近樁的影響及其產生的噪音污染切入，深入分析樁基工程造成的環境問題。同時，結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，提出相應的解決對策。進一步研究可從以下兩個角度考慮：（1）研發新材料、新器械、新工藝，通過技術變革在最大程度上降低樁基工程對周邊環境的負面影響；（2）加強樁基施工過程中的基礎研究，明確樁基影響環境的產生機制和作用機理，實現精準調控。

作者：楊祁 陳競楠 單位：福建農業職業技術學院