劲性复合桩施工对土体影响的试验研究

上海 200090 ; 2.上海建筑工程逆作法工程技术研究中心

上海 200080;3.上海智平基础工程有限公司 上海 200072 ; 4.上海强劲地基工程股份有限公司

上海 201800摘要：在常用桩型中，钻孔灌注桩存在泥浆排放量大、造价高、成桩时间较长等缺点；而预制桩则存在严重的挤土效

应、噪声污染大等弊端。结合工程实际，阐述了软土地基上新型工艺“劲性复合桩”施工对周边土体的影响，并分别

从超孔隙水压力、土体分层沉降、土体深层水平位移3个层面进行了试验研究和数据分析。关键词：桩基施工；劲性复合桩；软土地质；试验研究中图分类号：TU753.3 文献标志码：A 文章编号：1004-1001 (2019)03-0377-03

DOI： 10.14144/j.cnki.jzsg.2019.03.011Experimental Study on Effect of Rigid Composite Pile Construction on Soil MassGUO Yanyi1,2 LIU Tao3 YU Baixian4 FU Qiushi1,2 SHI Wenlei1,21. Shanghai Construction No.2 (Group) Co., Ltd., Shanghai 200090, China;2. Shanghai Engineering Research Center of Top-Down Method in Construction Engineering, Shanghai 200080, China;3. Shanghai Zhiping Foundation Engineering Co., Ltd., Shanghai 200072, China;4. Shanghai Qiangjin Foundation Engineering Co., Ltd., Shanghai 201800, ChinaAbstract： Aiming at the pile types commonly used in construction, such as bored piles, there are many disadvantages

such as large slurry discharge, high cost, Iong pile-forming time, while precast piles have serious soil compaction effect,

large noise pollution. Combi ning with engineeri ng practice, the influenee of new technology of \"rigid composite pile

construction\" on surrounding soil mass on soft soil foundation is elaborated, and the experimental study and data analysis

are carried out from three levels: excess pore water pressure, layered settlement of soil mass and deep horizontal displacement of soil mass.Keywords: pile foundation construction; rigid composite pile; soft soil geology; experimental study我国自改革开放以来，基础建设进入了高速发展的时 1劲性复合桩工艺期，在建筑质量、建设规模以及新技术、新材料的应用方

劲性复合桩能最大限度地发挥地基土和桩身的复合作 面都取得了显著的进步，工程桩的种类也随着地质条件及 用，是常规工艺优化后的先进工艺。通过在水泥土搅拌桩

使用功能而不断改进。内植入预应力混凝土桩，形成组合桩型，即本文阐述的劲 工程桩常用的桩型有钻孔灌注桩、预制桩。钻孔灌注

性复合桩，整体思路为“柔刚结合”（图1）。桩存在泥浆排放量大、造价高、成桩时间较长等缺点；预 制桩存在严重的挤土效应、噪声污染大等弊端。因此，在 保证使用功能的前提下，既能综合各类桩型的优点，又能

有效提高工程桩施工的经济效益，成为我们思考和研究的 方向。本文重点论述了软土地基上新型工艺“劲性复合桩” 施工对周边土体的影响，分别从超孔隙水压力、土体分层沉

降、土体深层水平位移等3个层面进行了试验研究和数据分 析。桩端持力层

桩端持力层

桩端持力层图1劲性复合桩构造示意基全项JJ :上诲建工集团科研项Q课题（17JCSF-37）。 作寿简介：郭延义（1983—）,男，硕士，嘉级工程卯，

通信地址：上诲市诃■间珞2号（200090 ） o劲性复合桩结合了2类桩型的优点，在各类指标上均电子 第：409843759@qq.com存在较大的优势，本文主要阐述了该类桩型施工对周边环收稿日期：2018-11-12境的影响以论证劲性复合桩的可行性，同时本次试验研究建筑施工•第41卷•第3期377郭延义、刘涛、虞佰先、富秋实、施文磊：劲性复合桩施工对土体影响的试验研究给劲性复合桩施工工艺的应用与推广提供了可靠的案例依 据，拓宽了软土地基上的桩基选型21。柔刚结合的复合桩基既改善了置换桩泥浆排放量大的 缺点，又解决了预制桩严重的挤土效应问题，同时，利用

竹节式构造加强了2种桩型的结合，整体性较好。柔性桩采 用0 700 mm水泥土搅拌桩，刚性桩采用预应力竹节桩（图2）。图2预应力竹节桩示意2

工程背景2.1工程简介本文试验研究的载体为上海市白龙港污水处理厂项 目。白龙港污水处理厂作为上海市污水处理的主力军，分

担了浦东大部分地区的污水处理任务，也是世界上最大的 污水处理厂之一。白龙港污水处理厂位于上海市浦东新区 合庆镇人民塘西，张家浜河以南长江滩涂地区。本工程将

主要建筑物合建成集约化的水池及生产用房的专业地下污 水处理设施。白龙港污水处理厂工程共计9个标段，本次试 验选择C3标段，占地面积共计70 000 m2,其中以典型区域

1为“劲性复合桩施工对周边土体环境影响”的试验研究试

点。2.2桩基工程概况本工程地下箱体采用劲性复合桩（柔刚结合），柔性

桩釆用4>700 mm水泥土搅拌桩，水泥掺入量15%；水泥搅 拌桩加固体的28 d无侧限抗压强度M0.8 MPa。刚性桩采用

预应力混凝土竹节桩，桩距2.35-2.50 m»试验区域桩顶 标高一&90 m,桩底标高一38.05 m,桩长29.15 m»整体桩 基工程施工于2017年9月开始，于2018年2月结束，历时6个

月。2.3水文地质情况根据前期的勘查报告，本工程所在占地范围内主要为 黏性土、粉质土、淤泥质土。本工程东邻长江，受其影响 较大，属于软弱地基。根据各类差异，工程所在地土层划 分为6个主要土层，潜水主要赋存于浅部填土、黏性土、粉

性土中。3

监测内容及监测方法3.1监测内容施工过程中通过埋设测斜管、超孔隙水压力计和分层

3782019 • 3 • Building Construction沉降仪对桩周土体位移、超孔隙水压力、土体分层沉降进

行监测。超孔隙水压力监测孔位设置于15、30 m处，共9个 孔位，孔深45 m；分层沉降监测孔位设置时，20 m内每5 m 设1个测点，其余地方10m设1个测点，共9个孔位，孔深

45 m； 土体测斜监测孔位共8个，孔深45 m。3.2监测方法3.2.1超孔隙水压力埋设结束后逐日定时连续量测1周，取3次稳定测值的 平均值作为初始超孔隙水压力的测试频率。3.2.2分层沉降当进行测量时，松开背后的止紧螺丝至线盘可自由 转动，打开测量机器，把测头放入事先预埋的沉降管内，

当接触到磁环时，接收系统的音响器便会发出连续不断的

蜂鸣声，利用钢尺判别测点的深度位置，按此操作测量到 孔底，称为进程测读。在收回钢尺的过程中，一旦通过磁 环，与进程类似，接收系统也会发出连续不断的蜂鸣声，

此时也需记录深度尺寸，按此操作测量到孔顶，称为回程 测读。整体思路即通过进、回过程中测量的磁环深度取平

均值来更精确地测定磁环深度，确保试验结果的准确性。3.2.3 土体测斜土体测斜选用高精度的测斜仪器。测试时，利用经纬 仪或全站仪布网测定测斜管管顶位移。土体测斜利用伺服

加速度测斜仪，管内由测斜探头滑轮沿测斜导槽逐渐下放

至管底，自上而下每隔0.5 m测定该点的偏移角，然后将探

头旋转180° （A。、Al80）,在同一导槽内再测量1次，合起

来为1个测回。由此通过叠加推算各点的位移值。每个测斜 管每个测点的初始值，为测斜管埋设稳定后，在开挖前取2

次测回观测的平均值，整体思路与分层沉降相类似。施工 过程中的日常监测值与初始值的差为其累计水平位移量， 本次值与前次值的差值为本次位移量。4

对土体影响的分析4.1超孔隙水压力监测结论分析4.1.1单桩施工对孔隙水压力的影响试验区域内设有KX1、KX2、KX3、KX8、KX9、

KX10、KX15、KX16、KX17共计9个孔位，单桩B6-23, B7-5于2017年11月14日完成钻孔压桩。由超孔隙水压力随时间变化曲线（图3）可以看出，单 桩压桩完成当日，不同埋深处超孔隙水压力均产生较大变

化，最大变化发生在距离单桩径向距离最近的KX1地下埋 深15m处。通过对比各孔15 m埋深、30 m埋深处传感器压力值可 以看出，埋深15 m处压力变化均大于30 m埋深，且随着径

向距离的增加，劲性复合桩施工引起的超孔隙水压力越来 越小。郭延义、刘涛、虞佰先、富秋实、施文磊：劲性复合桩施工对土体影响的试验研究450—KX1-15—KX1-30400■KX2-15350KX3-15壬300—KX8-15——

KX8-30—KX9-30—KX10-30 150—KX15-15 —KX1&30 -*-KX16-15 50 I—-KX16-30 11-1411-1911-2411-2912-04

12-09-------- —KX17-15Kxi7-30日期图3试验区超孔隙水压力随时间变化曲线4.1.2群桩施工对孔隙水压力的影响试验区域群桩开始于2017年12月5日晚，通过观察12月

6日各超孔隙水压力数据可知，距离较近的群桩施工会引起

超孔隙水压力的较大变化，形成突变，但随即恢复至稳定 状态。在群桩桩位逐渐远离孔位的过程中，压桩引起的超

孔隙水压力逐渐减缓，直至稳定。4.2分层沉降监测结论分析

4.2.1单桩施工对分层沉降的影响对于复合桩施工对分层沉降的影响研究，在试验区

域内设有FC1、FC2, FC3、FC8、FC9、FC10、FC15、

FC16、FC17等9个孔位，距离压桩位置不同径向距离的分

层沉降累计值随着施工工况的改变而发生变化。11月14日2 根单桩（分别距离FC1、FC15为2.5m）施工完成。通过分 析FC1、FC2、FC3、FC15、FC16、FC17分层沉降累计值

随时间变化曲线（以FC1为例，见图4,其余孔位略）可以

看出，随着径向距离的增加，各分层沉降磁环传感器均产 生不同程度的沉降和上抬。在压桩之后的次日，距离压桩 位置2.5 m处FC1孔埋深5 m处发生最大沉降，为40 mm。同

时发现远离压桩位置的FC8、FC9、FC10沉降较小，且在 整个压桩过程及之后的群桩施工、静置期间，整体情况趋

于平稳。可见，单桩施工会引起土体沉降，且在压桩之后 的24 h内达到最大。随着时间的推移，各埋深处沉降累计 达到稳定。091709OOS17809S14809S1480981480914OOS0^80- 99OO99OOS9S98580x0OO9OOS15 SO915

OO000000图4 FC1分层沉降累计值随时间变化曲线4.2.2群桩施工对分层沉降的影响试验区域群桩开始于2017年12月5日晚，12月6日通过

对以上各测设孔位进行观察发现，最大的分层沉降出现在

FC8测设孔位的20 m处，累计沉降54 mm,且群桩施工24 h

后逐渐趋于稳定状态。4.3 土体测斜监测结论分析4.3.1单桩施工对土体深层水平位移的影响对于复合桩施工对土体测斜的影响研究，在试验区域

内设有CXI、CX2、CX3、CX4、CX5, CX6、CX7、CX8

等8个孔位。试验区2017年11月14日单桩压桩结束后，距 离桩位较近的测斜孔（CX1、CX2、CX3、CX7、CX8）均 发生了较大位移，位移值随着距单桩径向距离的变大而减

小，位移最大孔位为CX7,最大位移为32.08 mm,该最大

位移发生在地下10 m处（该区域没有竹节桩）。综合各孔

位数据，产生位移的土体深度为地下8〜30 m段。压桩引 起的土体位移在压桩结束的24 h内有较大回弹，且在接下

来的静置期间继续缓慢回弹，最终在12月4日稳定在一般水 平。距离压桩位置10 m以外的CX4、CX5, CX6孔在整个

压桩过程中位移变化不大，并能在较短时间内产生回弹。

432群桩施工对土体深层水平位移的影响12月5日群桩施工，由相关数据可以看出，群桩施工引

起的土体位移明显小于单桩所引起的位移，最大位移发生 在CX1孔地下31m处，位移值为6.72 mm。并且，随着群桩

桩位逐渐远离测斜孔位，土体位移进一步减小，并能较快 恢复至可接受的范围。5 结语较于传统桩型，劲性复合桩存在承载力较高、泥浆排

放量小、成桩速度快、经济效益明显等诸多优势。本文以

上海市白龙港污水处理厂工程为载体，现场试验新型桩施

工工艺，监测历时近2个月，采集了大量数据，研究了劲性 复合桩对土体环境的影响。本次试验分别对超孔隙水压力、土体分层沉降、土体

深层水平位移在单桩、群桩施工状态下进行了试验研究和

数据分析，结果表明各类监测指标均处于可控状态。本次

试验研究给劲性复合桩施工工艺的应用与推广提供了可靠

的案例依据，拓宽了软土地基上的桩基选型。-----

-------参考文献— =[1]

江正荣.建筑地基与基础施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,

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