勞驥民

(中國地質大學 (武漢)工程學院,湖北 武漢 430074)

1 問題的提出

由于重視程度不夠及缺乏科學發(fā)展的眼光,目前在我國城市地下遺留了大量的廢棄樁基。這些廢棄樁基給城市的后續(xù)發(fā)展,尤其對地下空間開發(fā)造成了很大的困難,同時,增加了后續(xù)項目開發(fā)的成本。由于數(shù)量眾多,部分樁基深度極深以及新樁型的影響,使得問題變得復雜。在相關研究中,由于實驗條件復雜,難以模擬控制,試驗周期長,確定性及安全性較差,相應的科學研究項目較少。為了城市今后的可持續(xù)發(fā)展對廢棄樁的處理必須引起高度重視。

2 廢棄樁產生原因

2.1 結構原因

GB 50068—2001《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》規(guī)定了建筑物的設計使用年限(見表1)。

表1 結構與建筑使用年限表

當建筑物達到設計使用年限后,應予以處理。在多數(shù)情況下,尚未達到耐用年限,建筑結構便已破壞,必須予以拆除。雖然樁基礎深埋在地下,有地基土體保護,加之耐久性設計[1],其使用年限往往比上部結構長。但在使用過程中受諸多不利因素的影響而損壞,主要有:①材料、施工質量問題;②地基沉降、位移及有關設計問題;③使用不當,管理不善;④受自然災害,如地震、臺風影響;⑤周圍環(huán)境影響,水、土腐蝕;⑥其他意外事故[2]。

以上因素都將使樁基工程因其結構原因而需要拆除。

2.2 外部原因

某些情況下,雖然樁基結構尚未破壞,但由于其地理位置有礙規(guī)劃(地下工程、地鐵、隧道等)或需要改變設計,進行改建、擴建時,也會產生廢棄樁基,此類情況主要由人為因素造成。例如:

2010年5月底,武漢華潤鳳凰城,因位于武漢地鐵2號線的施工路線上,不得不進行拆遷。經(jīng)鐵路施工方面勘探發(fā)現(xiàn),華潤鳳凰城部分建筑打下了56根深樁基,每根深達30 m,擋住了建在地下10～15 m的2號線,使得盾構機無法通過,只能把這些樁基作為廢棄樁基處理,予以拆除。而鳳凰城二期于2006年竣工,使用不過4 a。

2009年7月,武漢東西湖博大學府花園小區(qū)8至11棟樓因與軌道交通1號線二期線路走向相撞,將遭拆除。面臨拆除的4棟樓層是商住兩用樓,每棟6層,一樓多為商鋪,預計樁基深度在20～30 m。而小區(qū)用戶入住大多數(shù)不及3 a。

南京地鐵2號線一期工程茶亭站—莫愁湖站區(qū)間隧道施工中,盾構機要穿越2處已拆除建筑物的廢棄樁基,即南京鍋爐廠原中心試驗樓預制方樁基礎和管材車間振沖灌注樁基礎,分別有49,23根樁基侵入隧道區(qū)域。由于這些廢棄樁基多數(shù)為鋼筋混凝土預制樁或鋼筋混凝土灌注樁,盾構機穿越施工非常困難,因此實際工程中,采用提前拔除廢棄樁的施工方案。

3 廢棄樁的影響危害

廢棄樁基的存在會對當?shù)丨h(huán)境、發(fā)展等多方面產生影響。

3.1 限制該地區(qū)新工程建設

如果在原有地基基礎上直接進行二次建筑的修建,大量廢棄樁基將:

(1)對新樁基位置布設的影響。當舊樁基被埋在地下未處理時,占據(jù)了一定的地下空間。由于新建筑全新的結構布局,舊樁基的存在就干擾新樁基的布設。尤其當新樁基型式為擴徑樁或擴盤樁時,舊樁基的干擾尤為強烈。

(2)造成新樁基及地基受力情況的改變,形成不均勻壓力。當舊樁基埋在地下時,會對地下空間應力場產生作用。所以在計算新樁基周圍的土體壓力時,需要考慮舊樁基的影響,由于舊樁基分布不均勻,由此會產生不均勻壓力。

(3)對施工產生干擾。施工中存在舊樁干擾新樁的情況,如新樁為鉆孔樁,舊樁是擴徑樁,螺旋鉆碰到擴徑樁的斜面容易改變方向,施工也會比較困難[2]。

(4)修建地下工程時,廢棄樁基將直接阻礙其施工。在城市地鐵修建過程中,時常要穿過存在深樁基的地層。目前的主要解決手段是托換技術,但該方法操作麻煩、工期長、成本較高。

3.2 影響地下水、土環(huán)境

從現(xiàn)有資料來看,由于受實驗條件復雜、難以模擬、實驗周期長、不確定性高等因素限制,有關廢棄樁基對地下水、土環(huán)境影響的研究很少。廢棄樁基在地下,主要受地下水的侵蝕作用,這種侵蝕作用大致可分為結晶性侵蝕、分解性侵蝕和結晶分解復合性侵蝕等。馬曉軒通過多年的實驗研究,總結出混凝土和鋼筋混凝土在我國有代表性的某些土壤中的腐蝕情況[3]。在這種侵蝕作用下,樁基材料發(fā)生物理、化學反應,部分物質交換到水土環(huán)境中,造成樁基的強度降低,結構破壞。而地下水土中也逐漸富集樁基材料中的部分有害添加劑,形成污染。

當廢棄樁基在數(shù)量、深度、埋藏時間達到一定程度后,這種影響是不容忽視的。

4 廢棄樁拆除手段

在拆除過程中需考慮噪聲、振動、安全等多方面因素。目前在工程實際中常用的手段有機械拆除法和高壓水破壞拆除法。

樁基在地下的受力模型見圖1。

圖1 樁基在地下的受力模型圖

可見,在拔除樁基過程中,主要考慮樁本身的重力和土側向壓力造成的摩擦力,拔除力F的計算:

式中:P為土側向壓力,N;k為摩擦系數(shù);f為摩擦力,N;G為樁基自重,kg。

若想減少拔除力,則主要從2個方面進行考慮:①減小樁基本身重力。采用開挖方式,機械破除一部分舊樁,從而減小其自身重力,該方法同時也可減小土在側壁產生的側向壓力,進而減小抗拔力。但此法開挖成本高,施工困難大;②減小抗拔系數(shù)。采用高壓水破土,使其樁基周圍土體適當剝離,從而降低抗拔系數(shù),進而減小抗拔力。但此法施工工藝復雜。

值得提出的是,拔除法可廣泛應用于等直樁,但對擴孔樁、擴盤樁的適用性還有待觀察。另外,在拔除時,需考慮斷樁的處理以及回填土問題。張繼紅等人曾在上海地區(qū),對不同尺寸的預制樁進行了大量靜載試驗及計算[4]。

目前在工程上一般采取過度鉆孔的方法從上到下逐段拔除。而對鋼管樁等樁型,在可以提供足夠拔除力又不致于出現(xiàn)斷樁時,可以直接拔除,但常需要振動或水流等配合。

試驗表明[5]:等直樁的抗拔極限側阻力小于極限抗壓側阻力,比值在0.7～0.9。樁受到的側壓力是動態(tài)變化的,對于受壓樁,當側壓力增大時,極限狀態(tài)時的側壓力系數(shù)約為靜止土壓力系數(shù)的1.5倍以上;對于受拉樁,側壓力有減小趨勢,期極限狀態(tài)時的側壓力系數(shù)約為靜止土壓力系數(shù)的0.9倍。這一點在新型拔樁技術中需引起注意。

其他的拆除手段還有爆破拆除法、切割拆除法、膨脹拆除法等,各有優(yōu)缺點及適用性[2]。

目前對樁基拆除手段的研究還不完善。對舊樁的處理是一個涉及技術、安全、環(huán)境、經(jīng)濟等多方面因素的復雜問題,需要開發(fā)新樁材、新樁型和拆除手段。

對舊樁基進行處理時,還需考慮到以下幾個方面:

(1)成本問題:這是在保證工程安全之后的最主要因素。減少成本,避免不必要的浪費是施工的重點。

(2)信息收集:對舊樁的處理,信息收集尤為重要。掌握舊工程的相關資料,不僅在設計方面,同時在施工方面也給予很大幫助。

(3)尋求專業(yè)指導:目前,國內從事專業(yè)拔樁的施工隊不多。但仍可以向從事過大項目的專業(yè)隊伍尋求幫助,收取資料。

(4)試驗前提:在決定拔樁前,應該采取多次的模擬試驗,可以有效避免失誤,減少不必要的損失。

5 建 議

通過對廢棄樁基產生的原因、影響以及比較現(xiàn)有處理措施的闡述,隨著日后對廢棄樁基研究的深入,其拆除工藝也將日益成熟,向著高速度、低公害、更經(jīng)濟、更安全的方向發(fā)展。在此,提出幾點建議:

(1)采用多種方案結合、優(yōu)化組合的方式。如先用膨脹破碎法使廢棄樁基產生一定程度的破壞,再利用機械拆除法予以拆除。但該方案對工作人員的技術要求較高,并且需要相當?shù)膶嵺`經(jīng)驗,否則會造成浪費。

(2)對樁基材料進行優(yōu)化,結合新型建筑材料,因地制宜地采用耐久性材料。

(3)在樁基結構設計上予以突破,可采用倒三角、倒梯形設計,減小邊界上的抗摩阻力,以利于樁的拔除。

(4)在樁基設計上避免過大過密,從源頭上加以控制。

(5)制定相應規(guī)范,完善資料整合。獲取詳細的樁基分布圖,減少施工難度。

[1]杜斌,劉祖德,聶向珍.城市中的就裝機問題及處理方法探討[C]//第二屆全國巖土與工程學術大會論文集:下冊.北京:科學出版社,2006.

[2]徐維鈞.樁基施工手冊 [M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]馬曉軒.我國主要類型土壤對混凝土材料腐蝕性規(guī)律的研究[J].建筑科學,2003,19(6):55-57.

[4]張繼紅,顧國榮,陳暉.上海地區(qū)預制樁承載力時間效應的統(tǒng)計分析與研究[J].土木工程學報,2002,35(4):98-102.

[5]徐宏發(fā),羅國煜,廖鐵平,等.等截面樁的抗拔機理研究[J].工程勘察,2003(3):4-6,34