微型鋼管樁加固既有基礎(chǔ)變形特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

孔綱強(qiáng)，于江華，任連偉，王文明，胡 達(dá)，李留璽

(1. 河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，江蘇南京 210098； 2. 河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南焦作 454000； 3. 山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250101； 4. 湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院，湖南益陽(yáng) 413000)

0引 言

既有建筑由于上部結(jié)構(gòu)荷載的變化，或產(chǎn)生不均勻沉降和傾斜、地基失穩(wěn)和下沉等問(wèn)題，使建筑物的基礎(chǔ)不能滿足實(shí)際的使用要求，但拆除重建會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和時(shí)間浪費(fèi)，此時(shí)需要對(duì)既有基礎(chǔ)進(jìn)行加固來(lái)滿足要求。目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的基礎(chǔ)加固技術(shù)主要有基礎(chǔ)托換加固法、基礎(chǔ)底面積加寬法、灌漿加固法、加深基礎(chǔ)法、錨桿靜壓法和樹(shù)根樁法等[1-6]。曹明星等[7-8]采用理論解析和數(shù)值分析等方法對(duì)加固糾偏過(guò)程中的豎向沉降量及水平位移進(jìn)行了對(duì)比和分析；Zhou等[9]在南京市定林寺寶塔的糾偏加固工程中，運(yùn)用綜合捆扎技術(shù)對(duì)這座傾斜的磚石古塔成功地進(jìn)行了糾偏。

微型鋼管樁因其現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求低、承載力大等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑物既有基礎(chǔ)加固工程的應(yīng)用中。劉念武等[10-12]開(kāi)展了微型樁的抗壓和抗拔承載特性試驗(yàn)，分析了其荷載沉降規(guī)律和傳力機(jī)理，探討了不同因素對(duì)微型鋼管灌注樁承載力的影響；Wen等[13-14]進(jìn)行了海相軟土地基中微型鋼管樁的承載性能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，依托軟土層上糾偏傾斜輸電塔的實(shí)際工程案例，探討了后壓漿技術(shù)提高微型鋼管樁承載性能的機(jī)制。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微型鋼管樁的承載性能開(kāi)展系列研究，然而微型鋼管樁加固既有基礎(chǔ)的變形特性及加固機(jī)制尚不清楚。

沉樁會(huì)引起周圍土體的水平位移以及豎向隆起，不同的沉樁順序會(huì)對(duì)周邊一定范圍內(nèi)的建筑基礎(chǔ)產(chǎn)生不同程度的影響，并且可能導(dǎo)致地面開(kāi)裂、道路變形、地下管線斷裂等工程事故。目前學(xué)者關(guān)于沉樁順序的研究主要為沉樁順序?qū)Φ叵滤淼?、排污管以及地表位移等的影響[15-18]，關(guān)于微型樁群樁加固過(guò)程對(duì)既有基礎(chǔ)影響機(jī)理尚不明確。本文依托河南理工大學(xué)鍋爐房既有基礎(chǔ)加固工程，開(kāi)展微型鋼管樁加固既有基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)化微型鋼管樁群樁加固既有基礎(chǔ)的施工步驟，實(shí)測(cè)既有上部柱子的位移和角度變化規(guī)律，探討加固過(guò)程對(duì)位移和角度變化的影響機(jī)制，以期為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.1工程概述

河南理工大學(xué)(南校區(qū))鍋爐房基礎(chǔ)加固工程項(xiàng)目擬增加鍋爐房的使用面積，采取加固既有基礎(chǔ)并增加層數(shù)的做法。鍋爐房總高度21.6 m，一層既有建筑面積1 610 m2，一層改建建筑面積為349 m2，并在10.25、15.75 m高度處增加2層樓板，二層、三層沿東西方向各增加2排柱及填充墻(圖1)。因上部荷載增加，故需要進(jìn)行基礎(chǔ)加固，原基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立樁基礎(chǔ)。

圖1既有建筑增層基礎(chǔ)加固照片F(xiàn)ig.1Photos of Foundation Reinforcement of Existing Building

1.2工程地質(zhì)條件

現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地土質(zhì)為第四系堆積層(約140 m厚)，自上而下依次為：①層為填土，以粉土為主，飽和稍密，此層土的密實(shí)程度差異較大，屬高壓縮性土；②層土為粉質(zhì)黏土，灰黃褐色，飽和，以可塑狀態(tài)為主，屬于中等偏高壓縮性土；③層土為粉土夾粉質(zhì)黏土，飽和，呈軟塑～流塑狀態(tài)，含鐵錳結(jié)核、白色螺殼等，屬高壓縮性土；④層土為粉質(zhì)黏土，以灰黃褐色為主，飽和，呈可塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，局部夾有粉砂與粉土，屬中等偏低壓縮性土；⑤層土為粉質(zhì)黏土夾粉砂，飽和，呈可塑～硬塑狀態(tài)，粉砂呈中密狀態(tài)，屬中等偏低壓縮性土。土層厚度以及主要的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。地下水位埋深為2 m。

表1土層物理力學(xué)參數(shù)Table 1Physical and Mechanical Parameters of Layered Soil

1.3既有基礎(chǔ)加固施工步驟

1.3.1 既有基礎(chǔ)開(kāi)挖

采用人工挖土方法進(jìn)行既有基礎(chǔ)開(kāi)挖，挖土前通過(guò)降水井進(jìn)行5 d以上的人工降水。

1.3.2 既有柱子和基礎(chǔ)承臺(tái)植筋

既有和加固后的柱子橫截面尺寸分別為500 mm×500 mm和700 mm×700 mm；既有和加固后的承臺(tái)截面尺寸分別為1 200 mm×1 200 mm×1 000 mm和3 300 mm×3 300 mm×1 850 mm。利用成孔機(jī)械在鋼筋混凝土的既有柱子和承臺(tái)上成孔，用膠黏劑將處理完的鋼筋與基底結(jié)構(gòu)牢固連接。既有柱子的植筋流程如圖2所示。既有柱子與既有承臺(tái)植筋完成的效果圖如圖3所示。

圖2植筋技術(shù)施工流程Fig.2Construction Process of Planting Bar Technology

圖3綁扎完鋼筋效果圖Fig.3Effect Diagram of Steel Bar After Binding

1.3.3 靜壓法沉樁

每個(gè)柱下獨(dú)立樁基礎(chǔ)使用8根微型鋼管樁進(jìn)行加固，樁長(zhǎng)13 m，樁徑0.125 m，壁厚5 mm，樁間距1.25 m。靜壓法沉樁施工時(shí)通過(guò)壓梁或壓柱將整個(gè)樁架自重和配重或結(jié)構(gòu)物自重反力，以卷?yè)P(yáng)機(jī)滑輪組或電動(dòng)油泵液壓方式施加在樁頂或樁身上，當(dāng)施加給樁的靜壓力與樁的入土阻力達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，樁在自重或靜壓力作用下逐漸壓入地基土中。在壓樁過(guò)程中，沉樁的速率一般保持在一定范圍以內(nèi)，故可將樁體貫入視為勻速直線運(yùn)動(dòng)。

靜壓法沉樁施工主要由樁機(jī)架移機(jī)就位、尼龍繩捆綁、起吊微型鋼管樁、壓樁控制、垂直調(diào)控和電焊接樁等步驟組成。

每套樁機(jī)架移機(jī)擺放位置時(shí)，都需要在事先埋設(shè)好的錨桿螺栓上安裝，就位機(jī)架要對(duì)準(zhǔn)預(yù)留套筒。吊樁尼龍繩所能承受力應(yīng)為所吊樁身質(zhì)量的2倍以上，起吊微型鋼管樁時(shí)，應(yīng)慢拉輕放，所拉微型鋼管樁應(yīng)靠近地面一層。下節(jié)樁施壓前，須以套筒中心為準(zhǔn)點(diǎn)，使壓樁位移控制在20 mm內(nèi)。壓樁確認(rèn)就位后，進(jìn)行樁身垂直調(diào)控，用2只線錘分別垂直2個(gè)方位進(jìn)行調(diào)控，樁身垂直度控在千分之一內(nèi)，壓樁期間要不間斷對(duì)樁身垂直度進(jìn)行監(jiān)控，保持樁身在垂直度滿足施工規(guī)范要求下進(jìn)行壓樁。當(dāng)上一節(jié)樁與下一節(jié)樁豎好調(diào)直后，2臺(tái)電焊機(jī)成對(duì)角同時(shí)焊接，焊縫必須連續(xù)且飽滿、無(wú)咬鐵、無(wú)夾渣。電焊焊接結(jié)束后，等到被焊接的部分焊接溫度接近室溫后再進(jìn)行壓樁，施工過(guò)程中兩節(jié)樁的銜接過(guò)程如圖4所示。

圖4壓樁施工中兩節(jié)樁的銜接過(guò)程Fig.4Connection Process of Two Piles in Pile Construction

1.3.4 混凝土澆筑柱和樁承臺(tái)

澆筑混凝土應(yīng)注意保護(hù)鋼筋，一旦鋼筋骨架發(fā)生變形或位移，應(yīng)及時(shí)糾正?；炷涟搴蛪K體結(jié)構(gòu)的水平鋼筋，應(yīng)設(shè)置足夠的鋼筋撐腳或鋼支架。鋼筋骨架重要節(jié)點(diǎn)應(yīng)采取加固措施。

澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。如必須間歇，其間歇時(shí)間應(yīng)盡量縮短，應(yīng)在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。間歇的最長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)按所用水泥品種及混凝土初凝條件確定，一般超過(guò)2 h應(yīng)按施工縫處理。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)派專人經(jīng)常觀察模板鋼筋、預(yù)留孔洞、預(yù)埋件、插筋等有無(wú)位移變形或堵塞情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即停止?jié)补?，并?yīng)在已澆筑的混凝土初凝前修整完畢。

1.3.5 填土壓實(shí)

當(dāng)澆筑的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，填土壓實(shí)。因?yàn)槭┕?chǎng)地大小的限制，采用的壓實(shí)方法為振動(dòng)壓實(shí)法。將振動(dòng)壓實(shí)機(jī)放在土層表面，在壓實(shí)機(jī)振動(dòng)作用下，土顆粒發(fā)生相對(duì)位移而達(dá)到緊密狀態(tài)，為了使土層更加密實(shí)，采用分層振動(dòng)壓實(shí)法。

微型鋼管樁加固既有基礎(chǔ)的主要施工步驟和施工流程如圖5所示。

圖5承臺(tái)施工流程Fig.5Construction Flow of Cap

1.4現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置

微型鋼管樁加固過(guò)程中對(duì)既有柱子豎向位移、傾角等變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)。選取5E柱和6E柱為監(jiān)測(cè)柱，這不僅可以相互驗(yàn)證試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，還可以將2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。為了研究加固對(duì)結(jié)構(gòu)物之間地表土體位移的影響，選取5E柱和6E柱地表中間點(diǎn)、6E柱和7E柱地表中間點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行地表位移監(jiān)測(cè)(圖6)。

圖6監(jiān)測(cè)示意圖Fig.6Monitoring Schematic Diagram

圖75E柱和6E柱的加固順序及柱面編號(hào)Fig.7Reinforcement Sequence and Numbering of 5E and 6E Columns

現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，5E柱的壓樁加固順序是逆時(shí)針，6E柱壓樁加固順序?yàn)轫樐鏁r(shí)針相結(jié)合，加固順序及柱面編號(hào)如圖7所示，地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖8所示。

圖8地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖(單位:m)Fig.8Schematic Diagram of Surface Displacement Monitoring Points (Unit:m)

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1靜壓鋼管樁的擠土效應(yīng)

靜壓鋼管樁在沉樁過(guò)程中會(huì)對(duì)樁周土體產(chǎn)生劇烈的擠壓，樁尖以下的土體壓縮變形。當(dāng)樁貫入壓力增大時(shí)，樁尖下方的土體所受的壓力會(huì)逐漸超過(guò)抗剪強(qiáng)度，土體因變形而產(chǎn)生剪切破壞，樁側(cè)的黏性土產(chǎn)生塑性流動(dòng)，砂性土產(chǎn)生擠密側(cè)移和拖帶下沉，樁尖下方土體向下和側(cè)向擠開(kāi)。在地表位置處，黏性土體向上隆起，但地表深處由于上覆土層的壓力，向上位移較小，土體主要向樁周擠開(kāi)，貼近樁周的土體結(jié)構(gòu)被完全破壞，周圍土體會(huì)受較大的擾動(dòng)影響。當(dāng)鋼管樁貫入土層中，樁尖使土產(chǎn)生沖剪破壞時(shí)，孔隙水受此沖剪擠壓作用形成不均勻水頭，由于排水條件的限制，瞬時(shí)的排水固結(jié)效應(yīng)不明顯，產(chǎn)生急劇上升的超孔隙水壓力Δu，擾動(dòng)了土體結(jié)構(gòu)，這種破壞和擾動(dòng)隨著樁的貫入會(huì)連續(xù)不斷地向下傳遞，使樁周一定范圍內(nèi)的土體形成塑性區(qū)。

圖9微型鋼管樁沉樁示意圖Fig.9Schematic Diagram of Micro Steel Pipe Pile Sinking

隨著微型鋼管樁的沉樁，樁尖下方的土體向下和側(cè)向擠開(kāi)，土壓力重新進(jìn)行分布，微型鋼管樁的長(zhǎng)度大于既有灌注樁基礎(chǔ)，既有樁基礎(chǔ)面對(duì)鋼管樁的一側(cè)將產(chǎn)生不同的擠土壓力，如圖9所示。既有灌注樁通過(guò)承臺(tái)與地面上方的柱子構(gòu)成整體，沉樁過(guò)程中，柱身與既有灌注樁共同受力變形。當(dāng)樁底有足夠嵌固深度，樁頂連接可靠，且樁頂?shù)膭偠缺葮兜讋偠却髸r(shí)，可看作一端固接一端簡(jiǎn)支梁模型[19]，此時(shí)整體的變形呈現(xiàn)兩端小中部大的現(xiàn)象，并且變形曲線在柱頂端存在拐點(diǎn)，如圖10所示。

圖10模型受力變形Fig.10Stress Deformation of Model

以6E柱施工順序?yàn)槔翗兜?2 h時(shí)既有灌注樁剖面受力如圖11所示，每根微型鋼管樁沉樁所產(chǎn)生的擠土力方向都不同，并且單樁沉樁時(shí)必然受到前面沉樁的擠土效應(yīng)影響。結(jié)合一端固接一端簡(jiǎn)支梁模型圖可知，當(dāng)沉前4根樁時(shí)，柱身會(huì)向左發(fā)生彎曲，柱身左面一側(cè)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力，柱身右面一側(cè)產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力。具體的群樁沉樁過(guò)程對(duì)既有基礎(chǔ)的影響下面會(huì)結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖11既有灌注樁剖面受力Fig.11Section Force of Existing Cast-in-place Pile

2.2監(jiān)測(cè)柱位移與應(yīng)力分析

圖125E柱位移Fig.12Displacement of 5E Column

5E柱4個(gè)面的位移如圖12所示；加固過(guò)程中5E柱4個(gè)面所標(biāo)記的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大抬升位移為2.3 mm，最大下降位移為1.1 mm，鍋爐房總高度為21.6 m，位移抬升極值和位移下降極值分別為建筑物高度的0.010 6%和0.005 1%。

由圖12可知，建筑物的沉降和抬升均較小，最大沉降值為2.2 mm。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[20]的規(guī)定，建筑物的地基變形值不應(yīng)大于地基變形容許值。對(duì)于多層建筑框架結(jié)構(gòu)，相鄰柱基的沉降差容許值為 0.002D(D為柱距)，結(jié)構(gòu)的柱距為10.5 m，相鄰柱基沉降差容許值為2.1 cm。相鄰柱基(5E柱與6E柱)之間的最大沉降差為4.6 mm，文穎文等[21]利用錨桿靜壓樁托換基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得出的最大柱間沉降差為4.93 mm，與本文相差不大，結(jié)果均遠(yuǎn)小于規(guī)范的容許值。

在整個(gè)壓樁過(guò)程中，擠土效應(yīng)使既有基礎(chǔ)產(chǎn)生位移，柱身頂部與上部的樓板相連，在單根既有基礎(chǔ)灌注樁進(jìn)行加固時(shí)，由于其他基礎(chǔ)形式尚未改變，故其施工過(guò)程對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響較小，將其視為固定端，則可根據(jù)公式計(jì)算出柱身的應(yīng)力變化，即

ε=ΔL/L

(1)

σ=Eε

(2)

式中：ε為既有結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)變；ΔL為柱子頂端到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)度變化；L為柱子頂端到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離；σ為柱身應(yīng)力；E為柱身的彈性模量。

根據(jù)應(yīng)力公式可求得柱體的應(yīng)力變化，每毫米的位移變化會(huì)產(chǎn)生1.39 MPa的應(yīng)力變化。在單樁壓樁過(guò)程中，5E柱4個(gè)面最大抬升位移與最大下降位移均為1 mm，對(duì)應(yīng)的最大拉壓應(yīng)力也為1.39 MPa，位移抬升極值和下降極值分別為建筑物高度的0.004 6%和0.004 6%。4個(gè)面所標(biāo)記監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終的最大抬升位移為0.7 mm，最大下降位移為1.1 mm，加固完成后最大會(huì)產(chǎn)生0.97 MPa的壓應(yīng)力和1.53 MPa的拉應(yīng)力，整個(gè)加固過(guò)程對(duì)既有建筑物最終影響較小。

6E柱位移如圖13所示，每根樁的沉樁時(shí)間為3 h，根據(jù)所記錄的位移數(shù)據(jù)得到4個(gè)面的最大應(yīng)力，如圖14所示；約定正值表示最大拉應(yīng)力，負(fù)值表示最大壓應(yīng)力。在壓前3根微型樁的時(shí)候，最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力均呈現(xiàn)的是增大的趨勢(shì)，并且在壓完第3根樁的時(shí)候達(dá)到峰值。在壓第四根樁時(shí)，最大壓應(yīng)力逐漸減小，最大拉應(yīng)力消失，即此時(shí)柱子中不存在拉應(yīng)力，之后隨著壓樁的持續(xù)進(jìn)行，最大壓應(yīng)力逐漸減小，最大拉應(yīng)力逐漸增大，最大應(yīng)力值雖然還略有波動(dòng)，但是均沒(méi)有之前的峰值波動(dòng)大。

圖136E柱位移Fig.13Displacement of 6E Column

圖146E柱最大應(yīng)力及對(duì)應(yīng)擠土壓力Fig.14Maximum Stress and Corresponding Squeezing Force of 6E Column

在加固過(guò)程中，6E柱4個(gè)面所標(biāo)記的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大抬升位移為柱1面的1.7 mm，對(duì)應(yīng)的最大壓應(yīng)力為2.36 MPa，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大下降位移為柱2面的1.6 mm，對(duì)應(yīng)的最大的拉應(yīng)力為2.22 MPa，位移抬升極值和下降極值分別為建筑物高度的0.007 9%和0.007 4%。

在6E柱的位移圖中，柱2面的位移大部分沉樁時(shí)間是小于其他3個(gè)面的，即最大拉應(yīng)力大部分時(shí)間都出現(xiàn)在了柱2面一側(cè)，特別是壓完前3根樁時(shí)，柱2面的拉應(yīng)力達(dá)到了最大值，這和前面介紹的物理模型相符。在第1根微型鋼管樁沉樁時(shí)，會(huì)對(duì)既有基礎(chǔ)有一個(gè)向左的擠土力，該擠土力使模型產(chǎn)生彎曲(圖10)，模型內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲應(yīng)力，根據(jù)材料力學(xué)的知識(shí)，此時(shí)的拉應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)在靠左的柱面上，即柱2面。

對(duì)后面的鋼管樁進(jìn)行沉樁時(shí)，雖然會(huì)受第1根沉樁產(chǎn)生的擠土力的影響，但依舊會(huì)使鋼管樁周的土壓力重新分布，對(duì)既有基礎(chǔ)產(chǎn)生相應(yīng)方向的擠土力，結(jié)合圖10所示的物理模型受力變形圖，可以推得壓前3根樁時(shí)，柱2面為受拉面，柱4面為受壓面，即柱2面下降，柱4面抬升，此時(shí)向左的擠土力處于一個(gè)增大的趨勢(shì)，相應(yīng)產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力也在逐漸增大，這與監(jiān)測(cè)結(jié)果相符。同樣的物理模型在5E柱的位移圖也適用。

不論何種施工順序，柱面位移極值一般發(fā)生在第3根樁或第4根樁沉樁期間，這也是由沉樁產(chǎn)生的擠土力所決定的。在進(jìn)行第4根樁的沉樁時(shí)，水平向左的擠土力會(huì)逐漸增加并達(dá)到最大值，此時(shí)模型向左產(chǎn)生的彎曲逐漸增大，從而使上部的柱面位移與應(yīng)力達(dá)到最大值。當(dāng)繼續(xù)施工后續(xù)鋼管樁時(shí)，由于產(chǎn)生的向左的擠土力部分會(huì)與前面幾根樁相互平衡，模型產(chǎn)生的彎曲撓度值也會(huì)慢慢地減少，從而對(duì)上部柱體的位移與應(yīng)力產(chǎn)生的影響也會(huì)相對(duì)地減少，從這點(diǎn)來(lái)看，模型與監(jiān)測(cè)結(jié)果也是相符的。

5E柱的4個(gè)面位移變化在-1.1～2.3 mm之間，6E柱的4個(gè)面位移變化在-1.6～1.7 mm之間，5E柱和6E柱沉降變化范圍的絕對(duì)值近似相等，但群樁加固順序的不同會(huì)對(duì)位移變化曲線的斜率和峰值產(chǎn)生影響。5E柱施工順序產(chǎn)生的抬升位移極值較大，沉降的位移極值較小，6E柱施工順序與之相反。另外可以發(fā)現(xiàn)，5E柱施工順序產(chǎn)生的柱面位移值大部分都是正的，即向上的位移，而6E柱面的位移正負(fù)值基本一樣大，并且6E柱產(chǎn)生的應(yīng)力變化最大值明顯小于5E柱施工順序，所以從工程安全性的角度來(lái)看，6E柱施工順序要優(yōu)于5E柱施工順序。

2.3地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移分析

5E柱地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和6E柱地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化如圖15所示；加固5E柱過(guò)程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大位移極值為0.6 mm，約為對(duì)應(yīng)最大柱面位移極值(2.3 mm)的1/4；加固6E柱過(guò)程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大位移極值為0.3 mm，約為對(duì)應(yīng)最大柱面位移極值(1.7 mm)的1/6。根據(jù)位移變化圖可得，兩組曲線變化較為均勻，沒(méi)有出現(xiàn)較大的上升和下降，但6E柱施工順序?qū)芍g土體的擾動(dòng)明顯低于5E柱施工順序產(chǎn)生的土體擾動(dòng)。

圖15地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移Fig.15Displacement of Surface Displacement Monitoring Points

在第4根鋼管樁進(jìn)行沉樁時(shí)，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化均出現(xiàn)了較大的波動(dòng)并達(dá)到極值，這點(diǎn)與柱面的位移變化規(guī)律相同，說(shuō)明前4根樁對(duì)地面的沉降影響較大。5E地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化幅值較6E柱地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化更大，并且5E地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終位移要大于6E柱地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終位移，這個(gè)規(guī)律與文獻(xiàn)[13]、[14]所得結(jié)果相同，這與微型鋼管樁施工順序的不同有關(guān)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖與加固順序如圖7和圖8所示，加固5E柱時(shí)，第1根鋼管樁是從距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)開(kāi)始的，沉樁位置逐步靠近監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而6E柱的加固順序卻是從與監(jiān)測(cè)點(diǎn)最近的位置開(kāi)始的，并且前5根樁都是距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)較近的點(diǎn)，先施工的樁會(huì)使周圍土體擠密，從而對(duì)后施工的樁產(chǎn)生遮簾作用，已施工樁會(huì)限制后施工樁產(chǎn)生的朝向已施工樁方向的位移，6E柱加固過(guò)程中后4根樁對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的影響明顯會(huì)受到前4根樁的限制，所以位移相對(duì)較小。

2.4監(jiān)測(cè)柱角度變化分析

圖166E柱角度變化Fig.16Angle Variation of 6E Column

在微型鋼管樁壓樁過(guò)程中，5E柱4個(gè)面的角度變化規(guī)律與6E柱基本相同，不過(guò)兩者對(duì)應(yīng)的角度變化極值略有不同，所以僅對(duì)6E柱4個(gè)面的角度變化做出分析。6E柱4個(gè)面的角度變化如圖16所示，根據(jù)圖7和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)經(jīng)緯儀的擺放位置可知：柱子截面向下或向左傾斜時(shí)角度差為正值。

由于圖10所示的柱子簡(jiǎn)化變形模型前3根樁分布在柱子的右上角，在對(duì)前3根樁進(jìn)行壓樁時(shí)，柱面應(yīng)該向左下角傾斜，故柱面的偏移角度都應(yīng)該是正的，符合監(jiān)測(cè)規(guī)律，雖然柱3面與柱4面波動(dòng)較大，但總體規(guī)律卻沒(méi)改變。當(dāng)最后3根樁進(jìn)行沉樁時(shí)，沉樁位置與前2根樁相反，所以柱1面與柱2面的角度變化呈現(xiàn)出了相反的趨勢(shì)，但最后的角度差依然為正值，說(shuō)明前3根樁的沉樁位置對(duì)角度變化的影響是較大的。

沉樁過(guò)程中，柱1面和柱2面的角度變化曲線較為接近，柱3面和柱4面的角度變化曲線較為接近，分析這個(gè)結(jié)果應(yīng)該是2個(gè)原因造成的：一是與群樁加固產(chǎn)生的擠土效應(yīng)有關(guān)；二是經(jīng)緯儀所放的位置造成的。在對(duì)其角度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，經(jīng)緯儀放在了距離連接柱1面與柱2面的邊線大約0.35 m的位置，可以監(jiān)測(cè)到柱1面和柱2面的變化。雖然在監(jiān)測(cè)之前已將經(jīng)緯儀調(diào)整好，但是隨著壓樁的持續(xù)進(jìn)行，不僅柱子的角度發(fā)生了變化，地表的位移也發(fā)生了變化，經(jīng)緯儀所測(cè)量的角度也會(huì)隨之存在一定的誤差，所以就會(huì)存在2個(gè)柱面的角度變化曲線比較接近的情況，同樣的5E柱的角度變化圖也存在這種情況。

在整個(gè)加固過(guò)程中，6E柱4個(gè)面角度變化的最大值為91″，相當(dāng)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移變化值為0.16 mm，不及豎向位移的1/10，整個(gè)加固過(guò)程對(duì)柱的角度變化最終影響較小。

通過(guò)對(duì)比分析5E柱和6E柱的整個(gè)加固過(guò)程中4個(gè)面的角度變化規(guī)律，可得出5E柱的柱2面與柱3面相比其他2個(gè)面的角度變化極值明顯增大，而6E柱的柱3面和柱4面相比其他2個(gè)面的角度變化極值明顯增大，這是因?yàn)榧庸添樞虿煌瑢?duì)擠土效應(yīng)產(chǎn)生的影響也不同。

根據(jù)前面提出的物理模型，最先產(chǎn)生的擠土壓力是由第1根微型鋼管樁的沉入造成的，后施工的樁雖然也會(huì)對(duì)既有樁基礎(chǔ)和柱身產(chǎn)生一定的擠土壓力，但都是在第一根微型鋼管樁產(chǎn)生的擠土壓力分布基礎(chǔ)上對(duì)模型造成影響的，后面產(chǎn)生的擠土壓力勢(shì)必會(huì)受第1根樁的影響，所以第1根樁的沉樁位置對(duì)柱面的傾斜角度變化極值影響較大?，F(xiàn)場(chǎng)記錄的幾個(gè)傾斜角度變化較大的面都與第1根鋼管樁沉樁位置相鄰，所以前幾根樁特別是第1根樁的沉樁位置對(duì)柱子在整個(gè)加固過(guò)程中傾斜角度變化產(chǎn)生的影響最大，這個(gè)規(guī)律與位移變化曲線得出的結(jié)論相同，也與物理模型相符。

若從角度差為0的刻度處拉一條與時(shí)間軸平行的線，會(huì)發(fā)現(xiàn)柱面產(chǎn)生的角度差大部分是正值，只有在最后2根樁沉樁期間柱1面與柱2面的角度差出現(xiàn)了短暫的負(fù)值，但最終結(jié)果也為正值，再次驗(yàn)證了前面的分析，即后施工樁產(chǎn)生的擠土力會(huì)與之前的擠土力相平衡，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的變形影響不如前4根樁大。

5E柱的4個(gè)面角度變化值在-58″～93″之間，6E柱的4個(gè)面角度變化值在-23″～102″之間，6E柱角度變化范圍的絕對(duì)值顯然小于5E柱，所以從柱的傾斜角度變化范圍來(lái)分析的話，6E柱加固順序依然優(yōu)于5E柱的加固順序。

3結(jié)語(yǔ)

(1)微型鋼管樁群樁加固既有基礎(chǔ)施工過(guò)程中，若從加固過(guò)程對(duì)既有結(jié)構(gòu)物與周邊地表的影響來(lái)看，順逆結(jié)合的群樁施工順序要優(yōu)于單一逆時(shí)針的壓樁順序。順逆結(jié)合或單一逆時(shí)針施工順序引起的地表位移最大值分別為0.3 mm和0.6 mm，分別為既有上部柱子位移的1/6和1/4。

(2)先施工的微型鋼管樁會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生一定的遮簾加筋作用，后施工樁朝此方向造成的土體擾動(dòng)和位移相對(duì)減小，從而減小微型鋼管樁施工對(duì)既有上部柱子結(jié)構(gòu)的影響。

(3)在本文的2種施工順序試驗(yàn)條件下，既有樁基礎(chǔ)所受到的擠土壓力最大值會(huì)出現(xiàn)在第3根樁或第4根樁施工過(guò)程中，后施工樁產(chǎn)生的擠土壓力會(huì)與其相互平衡，故相應(yīng)的位移與應(yīng)力最大值一般也出現(xiàn)在第3根樁或第4根樁施工過(guò)程中。

(4)柱面加固過(guò)程中產(chǎn)生的位移極值均遠(yuǎn)小于規(guī)范允許值，由此產(chǎn)生的柱身應(yīng)力變化也相對(duì)較小，本文試驗(yàn)條件下微型鋼管樁群樁加固既有基礎(chǔ)對(duì)原有結(jié)構(gòu)物的位移、應(yīng)力與角度的影響可以忽略不計(jì)。