沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估

1、沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估一、前言沖擊鉆孔施工過程中由于鉆孔機的激振，使鉆點的土體產生振動，并以土體 為介質向四周傳播，從而激發(fā)周邊建筑物的震動。當震動超過一定的限度時，就 會對周圍環(huán)境產生不利影響，危及周圍建筑物等的穩(wěn)定與安全。因此，對沖擊鉆 孔施工引起的震動進行評估，是必要的。二、新建橋梁與既有橋梁基本資料2.1 新建橋梁工程概況此次新建的橫酃路西起蒸陽路口，連接湘桂路，上跨既有湘桂鐵路沿既有橫 湘公鐵路橋南側 25m（上游方向）并行，由新建橫酃路湘江大橋承擔機動車過江 交通（橋上保留基本的人行道及檢修道寬度），將原有橫湘公鐵路橋改為非機動 車及行

2、人的雙向過江交通。新建的橫酃路高架橋過到江東后跨越湘桂鐵路，然后 沿三化鐵路專用線高架接上原設計東風路立交?？缦娼鳂虿捎梦蹇缱兏叨冗B續(xù)箱梁，跨度布置為 63.5+3122+63.5m。橋 梁 起 點 里 程 為 mk0+443.710 ， 終 點 里 程 為 mk0+936.71 ， 橋 梁 中 心 里 程 為 mk0+690.210。主橋主墩采用時下花瓶墩，樁基礎；交接墩采用三柱式門架墩， 樁基礎。2.2 水文條件湘江又稱湘水，是湖南第一大河流，也是長江大支流之一。它發(fā)源于廣西壯 族自治區(qū)臨桂縣海洋坪的龍門界，流經廣西的性興安、全州及湖南的東安、永州、 祁陽、衡陽、株洲、湘潭、長沙、望城等

3、縣市，至湘陰縣濠河口分東南兩支呼入 洞庭湖。干流全長 856 公里（湖南境內約 670 公里），流域面積 94660 平方公里 （湖南境內 85383 平方公里），多年平均流量 664.9 億立方米。本橋位于衡陽水文站上游約 8.15km，根據我院委托湖南省水文水資源局于 2002 年 3 月完成的長衡高速鐵路橋位河段水文分析成果，衡陽水文站百年水 位 h1%=60.44m（1985 國家高程基準，下同），二十年一遇水位 h5%=58.24m， 河床平均坡度 j=1.2，由此推算本橋橋位處百年流量 q1=21300m /s，百年水 位 h1=61.39m，二十年一遇水位 h5=59.22m 。

4、2.3 航道條件湘江是湖南省骨干航道之一，根據湖南省航道管理局要求，本橋通航標準應 該按照規(guī)劃級航道考慮，須滿足-3 級航道標準。根據我國現(xiàn)行的內河通航標準， -3 級航道的跨越航道建筑物要求凈高 10m，側高 6m，凈寬 75m，上底寬 56m，最高通航水位按照二十年一遇水位采 用 59.18m。2.4 地質概況衡陽市橫酃路立交橋 a 標段為衡陽斷陷盆地中部，屬湘江一級階地，橋址第 1頁沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估跨越湘江，湘江由南流向北，江面寬約 360m，水深 5.39.2m，西岸為侵蝕岸。 一級階地上部為第四系全新統(tǒng)沖積粘性土，厚 34m，局部厚約有厚約 05m的人工填土，河流表

5、層為礫砂、圓礫、松散，厚約0.43.4m，下為第四系上更新 統(tǒng)網紋狀黏土，厚 010.4m ，亞粘土，松散，厚約 05.9m，圓礫土 012.3m。下 伏基巖為下第三系漸始新統(tǒng)霞流市組 e2+3x 粉砂巖，全風化層厚約 0.61.7m， 強風化層厚約 1.52.8m。2.5 既有湘桂鐵路公路兩用橋概況既有湘桂鐵路為單線，跨越湘江的橋梁采用公鐵兩用的形式，橋梁上層為寬 10m 的公路橋面，下層為單線鐵路明橋面，主跨布置為（260.5）m +（260.5） m +（260.5）m 三聯(lián)連續(xù)鉚接剛桁梁。主跨線路條件為平坡直線，擋碴墻前 墻間距為 426.9m，主跨全長 437.5m 。節(jié)間長度 6.

6、05m，采用鉚接組合桿件，剛 桁梁共重 1913t。該橋設計建造于 20 世紀 50 年代，軌底標高 66.62m，梁底標高 64.92m，墩 臺頂標高 63.92m，公路路面目前標高為 74.3m。設計百年水位采用 1924 年歷史 最高水位 59.9m，通航水位采用 51.6m。水中橋墩采用片石混凝土變截面圓端形 橋墩，基礎采用片石混凝土擴大基礎，底層順橋向 6.8m，橫橋向 12.8m，嵌入風 化巖 12m。經過認真細致的實地勘測，目前橋區(qū)鐵路兩側建有大量房屋，為盡可能節(jié)約 投資，必須盡量減少房屋的拆遷量，因此新老兩座湘江橋間距宜盡量小一些。從既有湘江公鐵兩用橋竣工圖可以看出，橋位處河床

7、基巖較淺，地質條件良 好。新建的橫酃路跨湘江橋可采用鉆孔灌注嵌巖樁基礎，將承臺頂置于河床表面 以上 12m，采用吊箱圍堰施工水下基礎，盡可能避免水下開挖以減少對既有橋 的干擾，根據初步設計成果，新湘江大橋主墩承臺橫向寬 19m，兩橋中心距采用 25m，則新橋承臺外側到既有橋擴大基礎外側凈距為 25-（19+12.8）/2=9.1m ，新 橋樁基中心到既有橋梁基礎外側凈距為 9.1+0.9+0.6=10.6m?？梢詽M足施工要求， 運營過程中兩橋基礎相互影響小，安全又足夠的保障。三、計算依據3.1 參考規(guī)范手冊古建筑防范工業(yè)振動技術規(guī)范 動力機械基礎設計規(guī)范 建筑抗震設計規(guī)范爆破安全規(guī)程樁基工程手

8、冊建筑振動工程手冊3.2 計算原理gb/t 504522008 gb5004096gb500112001gb67222003沖擊鉆孔是用質量為數(shù)噸的重錘，自數(shù)米高處自由落體沖擊地基土石，以達 到鉆孔的目的。沖擊鉆孔是一種沖擊型振源，當落錘沖擊地基土石時，產生強大沖擊波（包 括體波和面波），從沖擊點向四周土體傳播，從而引起地面振動。第 2頁ww沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估假定把土體看成是均質各向同性彈性半空間，則其彈性波可分為體波和面波 兩大類。體波包括縱波（壓縮波）及橫波（剪切波），面波一般呈瑞利波，3 種 彈性波占輸入能量的百分比為：瑞利波 67%，剪切波 26%，壓縮波 7%。由于瑞

9、 利波占來自豎向振蕩振源總輸入能量的 2/3，以及瑞利波隨距離的增加而衰減比 體波慢得多等原因，所以在離震源一定距離以為，對于位于或接近于地面的建筑 物及其基礎，瑞利波在振動中起主導作用。同時，對于任意一個地面振動而言， 都包含有 3 個振動參數(shù)，即振幅、速度、加速度。迄今為止，在評價有關振動引 起的危害性問題時，為何種參數(shù)為依據或標準，各個國家并不統(tǒng)一。目前國內還 沒有制定沖擊鉆孔振動的環(huán)境安全允許標準，在具體評價強夯環(huán)境振動影響時， 基本上都參照爆破安全規(guī)程（gb67222003）中的相關規(guī)定，該規(guī)程規(guī)定：爆破振動安全允許標準序號保護對象類別安全允許振速(cm/s)10hz10hz50hz

10、50hz100hz1土窯洞、土坯房、毛石房屋a0.51.00.71.21.11.52一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物a2.02.52.32.82.73.03鋼筋混凝土結構房屋a3.04.03.54.54.25.04一般古建筑與古跡b0.10.30.20.40.30.5美國的爆破規(guī)程確定的安全振動速度界限值為 5cm/s，即認為當建筑物的振 動速度 v 5cm/s 時，建筑物是安全的；顯見國內的規(guī)程較美國的規(guī)程要求更加 嚴格。四、計算過程4.1 沖擊振動振源振幅衰減特性沖擊鉆的工作特點是鉆頭瞬時沖擊孔底，造成孔底的局部破壞，鉆頭不會反 彈回來。在兩次沖擊的時間間隔內，一般由于沖擊在孔底形成振動和

11、此振動在土 體中的傳播（波動）的耗散已經完成。將沖擊簡化為瞬時完成，其本身的振動忽 略不計。則由沖擊在孔底引起的振動可以簡化為有阻尼的自由振動：m z( t)+c (z )+t k=z 0（1）初始條件為：t = 0, z ( t ) = 0; t = 0, z ( t ) = v1求解得：z ( t ) =e-bta 21+b 21cos( tw2+b2+e)式中：eb=arctg 1a1即得衰減振動的形式。衰減振動的圓頻率 小于無阻尼的自由振動的圓頻o率 。第 3頁mm1d沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估設鉆頭的質量為 ，以速度ovo沖擊孔底，設 表示沖擊影響土體的質量，則m =c /

12、2 b=k / w2。由于動量守恒定理得： m vv = o om +mo由于土層參數(shù)缺乏，故據 p.w.mayne 的統(tǒng)計資料，確定沖擊引起的初始振動 ppv 值： v = 0.26 m / s1。將初始條件代入方程（2），得a =0, b =v / 1 1 1所以，振動方程為：w2 -b2z ( t ) =vw 21-b2e-btsin(w 2 - b2 ) t其振幅 a 為：a =m vo( k /w2 +moo) w 2 -be2-bt由于自由振動是一種諧振，其圓頻率： w =2pt, t 為自由振動的周期，取為0.35，故振動的圓頻率為 17.95rad/s。一般土層阻尼比 l 取

13、0.15。故衰減系數(shù) b ：b = lw= 2.69 rad / s因此，振動隨時間的衰減方程的方程可表示為：z ( t ) = 0.015 e-2.69 tsin(17.95 t )（3）表明沖擊引起的振動，其振幅隨時間呈負指數(shù)關系衰減。t =0 時，即沖擊引起的最大振幅為 amax=1.5cm ； t =1s 時， a =amax/14.7 。也就是說，沖擊引起的最大振幅在 1s 內衰減大于 90%。4.2 既有橋梁基礎處最大振動峰值速度從經驗上來看，w.p.mayne 總結了美國及其他國家的強夯沖擊加固土體方面 的經驗。由于強夯沖擊過程與鉆頭沖擊孔底的過程是類似的，區(qū)別在于前者的沖 擊發(fā)生在地表，后者的沖擊發(fā)生在孔底，采用前者的經驗對后者來說應該是偏于 保守的。因此 mayne 總結的振動峰值速度經驗公式可以為本工程所參考。 wh ppv = 25.4 8 0.552 1.7ppv振動峰值速度(mm/s)；第 4頁10.6wh沖擊鉆孔樁施工條件下既有橋安全評估 鉆頭質量(ton)；鉆頭落距(m)；d 距沖擊點距離(m)。距既有橋梁基礎最近的鉆孔