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【摘 要】本文通过对青岛地铁创新采用微型钢管桩组合支护。通过在微型钢管桩外壁贴应变片的方法，采用静态电阻应变仪进行应力测试的数据采集，分析微型钢管桩受力后的弯矩变化曲线，对微型钢管桩的变形和受力机理进行研究。测试结果表明，微型钢管桩的最大弯矩发生在中风化深度范围内的中下部，适合于土岩结合地层。
【关键词】微型钢管桩；青岛地铁；应力测试
The stress test in pit support of the micro-steel pipe pile in the deep excavation of Qingdao Metro station
Zhou Xiao-long1， Zhao Ying-jiang2， Dai Fu-jun3，Guo Ming-chen4
（1.School of Civil Engineering Qingdao Technological University Qingdao Shandong 266033；
2.Rizhao Architectural Design & Research Institute Co.，Ltd Rizhao Shandong 276800；
3.Rizhao Hanjing Architecture & Landscape design Co.，Ltd Rizhao Shandong 276800；
4.Rizhao Runda Architectural Design & Research Institute Co.，Ltd Rizhao Shandong 276800）
【Abstract】This article is a innovative use of combination by pit support of the micro-steel pipe pile in Qingdao Metro. Through the use of Static strain indicator，this paper study bending moment calculation method of the micro-steel pipe pile in the combination of soil and rock formation and analyses its bending moment distribution and change after force through the method of posting strain foil on the mini-steel pipe pile. The tested results show that the maximum bending moment of micro-steel pipe pile is in the middle and lower of the weathering rock. This kind of support type in the weathered rock is suitable for the combination of soil and rock.
【Key words】Micro-steel pipe pile；Qingdao Metro；Stress test
1. 引言
（1）青岛地区具有“上土下岩”的土岩复合地层特点，使得青岛市地铁明挖基坑的支护具有明显的不同于全国其他地区的特点，出现了一些特殊的工程问题，目前国内外关于上软下硬（土岩复合地层）的基坑的支护设计施工是一个难题[1]。
（2）微型钢管桩作为一种新型的深基础桩，广泛用于基坑支护、地基处理、边坡加固等各类工程。当作为支承桩使用时能够充分沉入到较坚硬的岩层上，发挥钢材整个断面的强度。在深厚软弱土地基中，微型钢管桩可以打入到较坚实的持力层上，并能充分发挥钢材的承载力[2]。
2. 工程概况
拟建的青岛市地铁一期工程（3号线）某站设计中心里程为K13+650.296，车站长约259.0m。本车站位于黑龙江南路与合肥路交汇处，莱钢立交桥东北侧。车站结构为双层两跨箱形框架结构，标准段宽18.7m，高13m，施工方法为明挖顺作法。
3. 微型钢管桩试验
3.1 电测原理。
采用在微型钢管桩外壁布贴应变片，通过静态电阻应变仪测得微型钢管桩桩身应变，并通过数据处理和解析计算得出微型钢管桩应力的计算方法，得到微型钢管桩的弯矩。电测时，将贴好的应变片和温度补偿片，按照四分之一桥工作方式接入电桥，由应变仪测得钢管在受力时的单个应变值，通过计算可以得到钢管的应力值。
3.2 钢管桩试验方法。
微型钢管桩的应力监测采用静态电阻应变测试法，在下放微型钢管桩以前应一次性安装好应变片，采用在微型钢管桩外侧壁安装应变片的方法。根据地铁站现场施工情况，选取两个点进行测试。每根桩都布设9排18个应变片，总计共需36个应变片。
3.3 后期试验监测及结果整理。
3.3.1 按施工工序，每施工一层作为一个工况，测量一次，比较整理结果：
（1）下管后第一次测试，做为初始数据，归零。
（2）工况一：开挖至施工锚杆位置，采集一次数据。
（3）工况二：施工完锚杆以后，采集一次数据。
（4）工况三：开挖至基坑底部以后，采集一次数据。
（5）工况四：起垫层，采集一次数据。
（6）工况五：扎侧壁钢筋，试验结束，结束测量。
通过试验，分析微型钢管桩对岩石支护的影响，评价微型钢管桩对于土岩结合地形特点基坑的支护作用。将所得的测试结果，通过上述微型钢管桩弯矩计算公式，计算出水泥土桩内钢管桩的弯矩。桩身弯矩随基坑开挖深度的变化如图1所示。 图1 微型钢管桩弯矩随基坑深度变化图
3.3.2 由上面两图可以看出以下结论：
（1）不同工况之间，微型钢管桩弯矩随基坑深度变化较大，弯矩的变化体现了施工工况的动态变化过程。
（2）工况一是刚开挖阶段，开挖1m，由于微型钢管桩已作为超前支护打入中风化岩层，所以开挖后，微型钢管桩起到支护作用，几乎全部承受了来自岩体的力，可视为悬臂状态。
（3）工况二是刚在微型钢管桩顶部以下0.8m处施工完锚杆，由于锚杆预应力的锁定，对岩体起到了一定的约束作用，微型钢管桩整体弯矩形式变化不大，但数值都变小。
（4）工况三是开挖至基坑底部，由于开挖面岩体的挖除，微型钢管桩受力持续增大，由于预应力锚杆的作用，从钢管桩顶部到0.8m位
置，弯矩变化不大，从锚杆位置以下，弯矩不断增大一直到基坑底部位
置，从基坑底部往下，由于微型钢管桩深入岩体，弯矩变小，可视为固段。
（5）工况四是起完垫层以后，测量发现微型钢管桩弯矩形状变化不大，但由于微型钢管桩与预应力锚杆的联合支护作用，弯矩减小。
（6）工况五为扎侧壁钢筋，研究测试结果，发现微型钢管桩弯矩随时间几乎没有变化。
（7）从整体受力来看，随着基坑开挖深度不断增加，在微型钢管桩和锚杆的联合支护的作用下，弯矩变化不断向下延伸，其中，在基坑开挖面附近弯矩变化值比较大。
（8）由以上分析可知，在青岛土岩结合复合地层的岩层中，加入微型钢管桩超前支护，其一定的入岩深度对基坑具有较好的支护效果。
4. 结论
（1）试验结果表明，微型钢管桩的最大弯矩发生在中风化深度范围内的中下部，在基坑支护设计中应该引起注意。该种支护型式在中风化岩中起到了一定的支护作用，符合基坑工程安全要求[4]，适合于土岩复合地层。
（2）本试验依托于《青岛市地铁一期工程（3号线）科研课题项目》，对青岛地铁创新采用微型钢管桩组合支护，即上层吊脚桩下层微型钢管桩的支护。钢管桩超前支护已经在青岛地铁明挖基坑和若干个建筑基坑中采用，但设计计算方法并不明确，没有规程规范可依。本次试验通过在微型钢管桩外壁布贴应变片，对其受力机理进行了最直接的研究，为以后更加深入的研究和实际工程提供了一定的参考价值。
参考文献
[1] 谭校朋.风化岩地区嵌岩短桩工作性状试验研究.山西建筑， 2012，38（18）：67.
[2] 高森亚.微型钢管桩在基坑支护中的应用研究：[中南大学硕士学位论文] .2008.5.
[3] 韩林海著.钢管混凝土结构——理论与实践.北京：科学出版社，2000.
[4] DBJ/T15-20-97建筑基坑支护工程技术规程.
[文章编号]1006-7619（2013）05-28-450
[作者简介] 周小龙（1989- ），男，籍贯：山东淄博周村人，学历：硕士，研究方向为桩基与地基处理。
【关键词】微型钢管桩；青岛地铁；应力测试
The stress test in pit support of the micro-steel pipe pile in the deep excavation of Qingdao Metro station
Zhou Xiao-long1， Zhao Ying-jiang2， Dai Fu-jun3，Guo Ming-chen4
（1.School of Civil Engineering Qingdao Technological University Qingdao Shandong 266033；
2.Rizhao Architectural Design & Research Institute Co.，Ltd Rizhao Shandong 276800；
3.Rizhao Hanjing Architecture & Landscape design Co.，Ltd Rizhao Shandong 276800；
4.Rizhao Runda Architectural Design & Research Institute Co.，Ltd Rizhao Shandong 276800）
【Abstract】This article is a innovative use of combination by pit support of the micro-steel pipe pile in Qingdao Metro. Through the use of Static strain indicator，this paper study bending moment calculation method of the micro-steel pipe pile in the combination of soil and rock formation and analyses its bending moment distribution and change after force through the method of posting strain foil on the mini-steel pipe pile. The tested results show that the maximum bending moment of micro-steel pipe pile is in the middle and lower of the weathering rock. This kind of support type in the weathered rock is suitable for the combination of soil and rock.
【Key words】Micro-steel pipe pile；Qingdao Metro；Stress test
1. 引言
（1）青岛地区具有“上土下岩”的土岩复合地层特点，使得青岛市地铁明挖基坑的支护具有明显的不同于全国其他地区的特点，出现了一些特殊的工程问题，目前国内外关于上软下硬（土岩复合地层）的基坑的支护设计施工是一个难题[1]。
（2）微型钢管桩作为一种新型的深基础桩，广泛用于基坑支护、地基处理、边坡加固等各类工程。当作为支承桩使用时能够充分沉入到较坚硬的岩层上，发挥钢材整个断面的强度。在深厚软弱土地基中，微型钢管桩可以打入到较坚实的持力层上，并能充分发挥钢材的承载力[2]。
2. 工程概况
拟建的青岛市地铁一期工程（3号线）某站设计中心里程为K13+650.296，车站长约259.0m。本车站位于黑龙江南路与合肥路交汇处，莱钢立交桥东北侧。车站结构为双层两跨箱形框架结构，标准段宽18.7m，高13m，施工方法为明挖顺作法。
3. 微型钢管桩试验
3.1 电测原理。
采用在微型钢管桩外壁布贴应变片，通过静态电阻应变仪测得微型钢管桩桩身应变，并通过数据处理和解析计算得出微型钢管桩应力的计算方法，得到微型钢管桩的弯矩。电测时，将贴好的应变片和温度补偿片，按照四分之一桥工作方式接入电桥，由应变仪测得钢管在受力时的单个应变值，通过计算可以得到钢管的应力值。
3.2 钢管桩试验方法。
微型钢管桩的应力监测采用静态电阻应变测试法，在下放微型钢管桩以前应一次性安装好应变片，采用在微型钢管桩外侧壁安装应变片的方法。根据地铁站现场施工情况，选取两个点进行测试。每根桩都布设9排18个应变片，总计共需36个应变片。
3.3 后期试验监测及结果整理。
3.3.1 按施工工序，每施工一层作为一个工况，测量一次，比较整理结果：
（1）下管后第一次测试，做为初始数据，归零。
（2）工况一：开挖至施工锚杆位置，采集一次数据。
（3）工况二：施工完锚杆以后，采集一次数据。
（4）工况三：开挖至基坑底部以后，采集一次数据。
（5）工况四：起垫层，采集一次数据。
（6）工况五：扎侧壁钢筋，试验结束，结束测量。
通过试验，分析微型钢管桩对岩石支护的影响，评价微型钢管桩对于土岩结合地形特点基坑的支护作用。将所得的测试结果，通过上述微型钢管桩弯矩计算公式，计算出水泥土桩内钢管桩的弯矩。桩身弯矩随基坑开挖深度的变化如图1所示。 图1 微型钢管桩弯矩随基坑深度变化图
3.3.2 由上面两图可以看出以下结论：
（1）不同工况之间，微型钢管桩弯矩随基坑深度变化较大，弯矩的变化体现了施工工况的动态变化过程。
（2）工况一是刚开挖阶段，开挖1m，由于微型钢管桩已作为超前支护打入中风化岩层，所以开挖后，微型钢管桩起到支护作用，几乎全部承受了来自岩体的力，可视为悬臂状态。
（3）工况二是刚在微型钢管桩顶部以下0.8m处施工完锚杆，由于锚杆预应力的锁定，对岩体起到了一定的约束作用，微型钢管桩整体弯矩形式变化不大，但数值都变小。
（4）工况三是开挖至基坑底部，由于开挖面岩体的挖除，微型钢管桩受力持续增大，由于预应力锚杆的作用，从钢管桩顶部到0.8m位
置，弯矩变化不大，从锚杆位置以下，弯矩不断增大一直到基坑底部位
置，从基坑底部往下，由于微型钢管桩深入岩体，弯矩变小，可视为固段。
（5）工况四是起完垫层以后，测量发现微型钢管桩弯矩形状变化不大，但由于微型钢管桩与预应力锚杆的联合支护作用，弯矩减小。
（6）工况五为扎侧壁钢筋，研究测试结果，发现微型钢管桩弯矩随时间几乎没有变化。
（7）从整体受力来看，随着基坑开挖深度不断增加，在微型钢管桩和锚杆的联合支护的作用下，弯矩变化不断向下延伸，其中，在基坑开挖面附近弯矩变化值比较大。
（8）由以上分析可知，在青岛土岩结合复合地层的岩层中，加入微型钢管桩超前支护，其一定的入岩深度对基坑具有较好的支护效果。
4. 结论
（1）试验结果表明，微型钢管桩的最大弯矩发生在中风化深度范围内的中下部，在基坑支护设计中应该引起注意。该种支护型式在中风化岩中起到了一定的支护作用，符合基坑工程安全要求[4]，适合于土岩复合地层。
（2）本试验依托于《青岛市地铁一期工程（3号线）科研课题项目》，对青岛地铁创新采用微型钢管桩组合支护，即上层吊脚桩下层微型钢管桩的支护。钢管桩超前支护已经在青岛地铁明挖基坑和若干个建筑基坑中采用，但设计计算方法并不明确，没有规程规范可依。本次试验通过在微型钢管桩外壁布贴应变片，对其受力机理进行了最直接的研究，为以后更加深入的研究和实际工程提供了一定的参考价值。
参考文献
[1] 谭校朋.风化岩地区嵌岩短桩工作性状试验研究.山西建筑， 2012，38（18）：67.
[2] 高森亚.微型钢管桩在基坑支护中的应用研究：[中南大学硕士学位论文] .2008.5.
[3] 韩林海著.钢管混凝土结构——理论与实践.北京：科学出版社，2000.
[4] DBJ/T15-20-97建筑基坑支护工程技术规程.
[文章编号]1006-7619（2013）05-28-450
[作者简介] 周小龙（1989- ），男，籍贯：山东淄博周村人，学历：硕士，研究方向为桩基与地基处理。