桩基工程环境问题解析

摘要：桩基施工是建筑工程中重要的基础性工程，本研究从桩基工程对水文地质、临近桩的影响及其产生的噪音污染切入，深入分析桩基工程造成的环境问题。同时，结合笔者所做的前期工作，从事故防治、施工工艺、理论研究和施工组织等角度，提出相应的解决对策。文章结果可为建设绿色桩基施工环境提供依据。

关键词：桩基；工程；环境；对策；防治

1桩基工程环境问题分析

1.1对水文地质的影响

浅基础施工过程中，受力层下方如果存在承压含水层，且桩基基础埋设深度过大，开挖时容易出现突涌，俗称流土现象。其根本原因是水文地质受到了影响。在基坑开挖以后，坑底土壤给予其下方的覆盖压力大幅降低，而承压含水层顶部存在较大的静水压力，无法平衡时，坑底土即会被冲破，造成水土流散。在不良地质区施工，还会出现涌沙和坍孔现象。过去突涌事故一般被认为不易发生，类似报道较少[1]。但不难发现，因突涌造成水文地质影响的报道逐渐增多。如喀斯特地貌区桩基涌水[2]、巴曲河大桥桩基涌水[3]、北京昆仑饭店桩基工程涌土[4]等。因此，加强对桩基工程-水文地质互作效应的认识，提高桩基事故防范意识，对于保障桩基工程顺利进行尤为重要。

1.2对临近桩的影响

打桩相当于对周边土壤和临近桩形成一个动荷载，其产生的波会引起地面震动，周围土体因此受到影响，性状发生改变，致使临近桩基失稳，因而影响临近建筑物的结构安全。近年来，桩基工程在城市构筑物密集区开展的实例日益增多，打桩对临近桩影响的相关研究也得到了越来越多的重视。打桩对临近桩影响的机理是打桩时引起桩间土壤挤压滑移，受挤压滑移的土层在临近桩桩基上形成附加位移和弯矩。目前桩基工程对临近桩的影响被认为是较为典型的被动桩问题。

1.3噪音污染

冲击桩施工是传统的也是成熟的施工方法，由于具备较好的经济性和安全性，目前冲击桩施工工艺在国内被广泛使用。但受到其工作原理限制，桩机尤其是老化的桩机，会产生很大的噪声，在桩机周边30m范围内，噪声可达到100分贝以上[5-7]。尽管噪音并不具备持续性，但对周边居民的身心健康影响极大，严重影响居民的生活和学习，与国家倡导的环保要求相悖[8]。因此，考虑如何有效降低桩基施工的噪声污染不仅是城市建设的要求，也是社会要求和居民生活需求。

2桩基工程环境防治对策

2.1基坑事故防治

在桩基础施工准备过程中，为了降低对施工现场地质水文的影响，应当对施工现场地质水文状况进行充分的调研。不仅应获得施工现场过去的地质水文数据，还应进行实地勘测，了解周围是否有抽排水影响，根据实际情况调整施工措施。例如，如果发现现场属于易液化土质，而且水位较高，就应当对突涌事故进行考虑并加以防范，尽可能不要使用振动强的施工器械，在施工工艺上尽量选取旋转钻头造孔替代冲击法造孔。同时应当重视试桩和冲孔过程观察，对施工过程细致跟踪，做好事故防范工作。

2.2临近桩失稳防治

打桩对临近桩的影响首先应从沉桩工艺角度考虑，沉桩方式一般包括击打、振动和静压等方式，这些方式或多或少均会发生挤压土壤的现象，因此应当结合施工现场状况、桩基数量、桩基范围等合理进行施工规划，对于不同条件采用不同方法有针对性地减少挤土。灌注桩桩基施工时，应当注意土壤性质。当施工现场土壤属于黏土、碎石土、粉土或沙土土质，应当采用冲击成孔法，同时跟踪观测施工过程对临近环境的影响[9]。不同施工工艺中，泥浆护壁成孔和干作业成孔方法对土壤的挤压效应最小，甚至不会出现挤土现象[10-11]。因此，综上所述，根据施工现场的实际情况选择合理的施工工艺，对于预防因打桩造成的临近桩失稳和临近构筑物结构破坏有深远影响。探索打桩对临近桩及周围土层的影响机理，通过模型构建模拟桩贯入过程，利用理论成果指导施工实践，是防治打桩造成临近桩失稳的重要突破口。笔者前期研究中，针对城市中桩基工程引发的环境问题，通过有限元软件Abaqus对高频振动打桩的环境效应进行了三维模型模拟，结果表明桩尖深度处应力较为集中，打入桩距离远的位置受到的影响相对较小，且模型模拟结果表明，高频打桩作为高频液压振动锤新技术，对临近桩基的影响不大[12]。对全过程贯入模拟的结果表明，桩尖周围的土体的水平应力和竖向应力有应力突变现象产生，静载力和激振力呈负相关；频率越高，贯入所需时间越久；土体密实度高、桩和土体摩擦系数越大，打桩对周边环境影响越大[13]。这些结果探明了打桩环境效应的机理，为科学调控打桩对土体和临近桩产生的负面影响奠定了一定基础。

2.3噪音防治

桩基工程产生的噪音应当从施工组织和施工过程两方面考虑。施工组织方面，应建立完善的监督体系。国家在《建筑施工场界环境噪声排放标准》（GB_12523-2011）中规定：在建筑施工过程中，施工现场环境噪音昼间（早上6:00至夜间22:00之间的时段）不得大于70分贝；夜间（指晚间22:00至次日早上6:00之间的时段）不得大于55分贝，超过限值即可向当地环保部门进行投诉[14-15]。因此，桩基施工方应建设施工噪音监督机制，抽调专业力量成立实施小组负责噪音监督，做到责任明确，同时建立抽查制度和奖惩机制。施工过程方面，冲击桩产生的噪音一般由马达振动和设备摩擦等造成，以声波的形式存在并在空间中传递。声能越大，传播距离越远，影响也越严重。从声波的产生和传播机理考虑，桩基工程降低噪声的方法包括：（1）加强设备检测和保养。对老化的设备进行修缮，对状态良好的设备进行保养。（2）减少振动几率。避免不必要的工序，根据地质条件选择桩锤和高度参数，有条件的工地可考虑在桩机下加垫木方。（3）设置隔音罩。在发声严重的机械部位用全封闭装置罩住，降低噪音产生。（4）设置隔离墙。用一定重量和不透气的金属外壳及吸声材料制作成隔音装置，使得较多噪音在墙壁形成反射并在内部消耗，从而大幅降低噪音[16]。

3结束语

本研究从桩基工程对水文地质、临近桩的影响及其产生的噪音污染切入，深入分析桩基工程造成的环境问题。同时，结合笔者所做的前期工作，从事故防治、施工工艺、理论研究和施工组织等角度，提出相应的解决对策。进一步研究可从以下两个角度考虑：（1）研发新材料、新器械、新工艺，通过技术变革在最大程度上降低桩基工程对周边环境的负面影响；（2）加强桩基施工过程中的基础研究，明确桩基影响环境的产生机制和作用机理，实现精准调控。

作者：杨祁 陈竞楠 单位：福建农业职业技术学院