某高层住宅楼CFG桩复合地基非线性沉降规律监测分析

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.01.005 第26卷第1期 北京科技大学学报 Vol.26 No.1 2004年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2004 某高层住宅楼CFG桩复合地基非线性 沉降规律监测分析 李长洪”乔兰”蔡美峰》王国艳) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中铁十六局第四工程有限公司，北京101400 摘要对C℉G桩复合地基的沉降进行精密水准测量监测，通过非线性数据拟合趋势分析得 出复合地基沉降与时间关系的非线性沉降规律，指出复合地基在建筑物自重荷载作用下的 蠕变性以及不均匀沉降特征，并进一步说明结构和地基基础变形协调的重要性， 关键词复合地基；地基沉降：变形监测：CFG桩 分类号TU472 CFG(Cement Fly-ash Gravel)桩是水泥粉煤 杂填土.紧接着是第四纪冲洪积地层，总厚度 灰碎石桩的简称，它是在碎石桩的基础上加入一 253~29.1m.其中由上到下是粘质粉土、砂质粉 些石屑、粉煤灰和少量水泥加水拌和制成的一种 土层，层厚2.04.0m:砂质粉土、夹粉质砂土层， 具有黏结强度的非柔性、非刚性亚类桩，适用于 层厚2.0-3.0m;淤泥质土层，夹粉质粘土、粘质粉 处理软土地基，近年来已被广泛应用于建筑、铁 土层，该土层具有高压缩性，层厚1.0~3.0m:淤泥 路公路、市政、水利水电、桥梁涵洞等工程，其经 质土层，夹多层粉细砂薄层，层厚70m;粉质砂 济效益显著，有广阔的发展前景 土层，夹多层粉质粘土，层厚1.64.0m:粉质粘 C℉G桩复合地基承载机理及基本性状的研 土、砂质粉土层，层厚0.5-3.0m:粉细砂层，层厚 究还处于初级阶段，没有比较成熟的理论分析和 0.32.5m:粉质粘土层，夹粘土、重粉质粘土层， 计算方法).把CFG桩应用于高层建筑复合地基 层厚10.0~11.0m.再往下是第四纪沉积地层，总 其表现出的非线性沉降规律及断桩的力学作用 厚度4.5~15.2m.其中由上到下是夹重粉质粘土 机理尚不十分清楚，本文以某高层住宅楼C℉G桩 层，粘质粉土层，夹粘土层，厚度2.0~5.0m;中细 复合地基沉降观测结果为基础，分析CFG桩复合 砂层，层厚0.5-2.0m;圆砾层，夹粘土层及中细砂 地基沉降与时间关系的非线性沉降规律， 层，层厚达10m时尚未穿透. 基础坐落在砂质粉土层上，该层地基土承载 1工程概况与地质条件 力标准值为200kPa,并且在其下存在淤泥质土 某高层住宅楼位于北京市海淀区.工程场地 层，若采用天然地基，无论是持力层还是软弱下 平坦，地面标高为48.10-48.68m.该建筑地上22 卧层均不能满足上部结构对地基承载力和地基 层，地下2层，基坑深7.2m:建筑总面积16500m2, 沉降的要求，必须进行地基处理，处理后的复合 总高度为59.4m;建筑结构为全现浇钢筋混凝土 地基承载力应达到380kPa,且要求地基沉降小于 剪力墙，筏板基础，基础埋深一6.63m,坐落在砂 50mm. 质粉土层上.该建筑南面是一幢六层商住楼，西 2复合地基沉降监测结果及分析 面是一幢六层住宅楼，东邻城市道路，北接建筑 工地，施工中不允许有噪声.地表层为1.33.5m 2.1沉降监测结果 厚的人工填土层，以粘质粉土和粉质粘土等素填 沉降监测采用精密水准测量的方法.在建筑 土为主，局部夹杂含多量的炉渣、砖渣、石子等的 物承重墙墙壁上的关键部位安设监测点，测点采 收稿日期2003-03-26李长洪男，40岁，教授，博士 用直径10mm的钢筋浇注在建筑物的墙壁上，插 *国家自然科学基金资助课题(No.50074002) 入深度10-20cm,并设保护装置；在远离建筑工

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 】 】 一 。 某高层住宅楼 桩复合地基非线性 沉降规律监测分析 李长 洪 ” 乔 兰 ” 蔡 美峰 ” 王 国艳 ” 北 京科技大 学土 木与环 境工 程 学 院 ， 北 京 中铁十六 局 第 四 工 程 有 限公 司 ， 北 京 摘 要 对 桩 复合 地 基 的沉 降进行 精 密 水准 测 量 监 测 ， 通 过非 线性数据 拟 合 趋 势 分 析 得 出复合 地基 沉 降与 时间关 系 的 非线性 沉 降规律 ， 指 出复合 地 基在 建筑物 自重 荷 载 作用 下 的 蠕变性 以及 不 均 匀 沉 降特征 ， 并进 一 步说 明结构和 地 基 基础 变形 协 调 的重 要 性 关键 词 复合地 基 地基 沉 降 变 形监 测 桩 分 类号 一 桩 是 水 泥 粉 煤 灰 碎 石 桩 的简称 ， 它 是在 碎 石 桩 的基础 上 加入 一 些 石 屑 、 粉煤灰和 少量 水 泥 加 水 拌 和 制 成 的一种 具 有 豁 结 强度 的非 柔 性 、 非 刚 性 亚 类 桩 ， 适 用 于 处 理 软 土 地 基 ， 近 年 来 己被 广 泛 应 用 于 建筑 、 铁 路 公 路 、 市政 、 水 利水 电 、 桥 梁 涵 洞 等 工 程 ， 其 经 济 效益 显 著 ， 有 广 阔 的发 展 前 景 ‘困 桩 复合 地 基 承 载 机 理 及 基 本 性 状 的研 究还 处于初 级 阶段 ， 没 有 比较成 熟 的理 论 分 析和 计 算方 法 ‘ 把 桩 应 用 于 高层 建筑 复合 地 基 其 表 现 出 的非 线 性 沉 降规 律 及 断 桩 的力 学 作用 机 理 尚不十 分 清 楚 本文 以某 高层 住 宅 楼 桩 复合 地 基 沉 降观 测 结果 为基础 ， 分析 桩 复合 地 基 沉 降与 时 间关 系 的非 线 性沉 降规 律 工 程 概 况 与地 质 条件 某 高层 住 宅 楼位 于 北 京市海 淀 区 工程场 地 平 坦 ， 地 面 标 高 为 一 该建 筑 地 上 层 ， 地 下 层 ， 基 坑深 建筑 总面积 ， ， 总 高度 为 建筑 结构 为全 现 浇 钢 筋 混 凝 土 剪 力墙 ， 筏板 基 础 ， 基 础 埋 深 一 ， 坐 落 在 砂 质 粉 土 层 上 该 建 筑 南 面 是 一 幢 六 层 商住 楼 ， 西 面 是 一 幢六 层 住 宅 楼 ， 东邻 城 市 道 路 ， 北接 建筑 工 地 ， 施 工 中不 允 许 有 噪 声 地 表 层 为 一 厚 的人 工 填 土 层 ， 以粘质 粉 土 和粉质粘 土等 素填 土 为主 ， 局 部夹 杂含 多量 的炉 渣 、 砖渣 、 石 子等 的 收稿 日期 一 一 李长洪 男 ， 岁 ， 教授 ， 博 士 国家 自然 科学基 金 资助 课题 杂填 土 紧接着 是 第 四纪 冲 洪 积 地 层 ， 总厚 度 一 其 中 由上 到 下 是 粘 质粉 土 、 砂 质 粉 土 层 ， 层 厚 一 砂 质 粉 土 、 夹 粉质砂 土 层 ， 层 厚 一 淤 泥 质 土 层 ， 夹 粉质 粘土 、 粘 质 粉 土 层 ， 该 土 层 具 有 高压 缩 性 ， 层 厚 一 淤 泥 质 土 层 ， 夹 多层 粉 细 砂 薄 层 ， 层 厚 粉 质 砂 土 层 ， 夹 多层 粉 质 粘 土 ， 层 厚 一 粉 质粘 土 、 砂 质粉 土 层 ， 层 厚 一 粉 细 砂 层 ， 层 厚 一 粉质 粘 土 层 ， 夹 粘 土 、 重 粉 质粘 土 层 ， 层 厚 一 再 往 下 是第 四纪 沉 积 地 层 ， 总 厚度 一 巧 其 中 由上 到 下 是 夹重 粉质 粘 土 层 ， 粘 质 粉 土 层 ， 夹粘 土 层 ， 厚度 中细 砂 层 ， 层 厚 一 圆砾层 ， 夹粘土 层 及 中细砂 层 ， 层 厚达 时 尚未 穿透 基 础 坐 落 在砂 质 粉 土 层 上 ， 该 层 地 基 土 承 载 力 标 准 值 为 沙 ， 并 且 在 其 下 存 在 淤 泥 质 土 层 若 采 用 天 然 地 基 ， 无 论 是 持 力层 还 是 软弱 下 卧层 均 不 能 满 足 上 部 结 构 对 地 基 承 载 力 和 地 基 沉 降 的要 求 ， 必 须 进 行 地 基 处 理 ， 处 理 后 的复 合 地 基 承 载 力应 达 到 沙 ， 且 要 求地 基沉 降小于 复合地 基 沉 降监 测 结 果 及 分 析 沉 降监 测 结 果 沉 降监 测 采 用 精 密 水准 测 量 的方 法 在 建 筑 物 承 重墙 墙 壁 上 的关键 部位 安 设监 测 点 ， 测 点采 用 直径 。 的钢 筋 浇注 在建筑 物 的墙 壁 上 ， 插 入 深 度 一 ， 并设 保 护 装 置 在远 离建筑 工 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．01．005

16 北京科技大学学报 2004年第1期 地且不受其他扰动影响的地方安设三个基准点， 数据监测点的测量结果 基准点采用直径22mm的螺纹钢筋和混凝土浇 2.2沉降量与时间关系趋势分析 筑埋入地下1.5m.然后采用精密水准仪进行建 对表1测量数据进行非线性数据拟合分析， 筑物建造过程及竣工后的沉降测量.当沉降变形 分别得到了各测点沉降和平均沉降趋势的非线 较小时，规定每完成两层测量一次：如变形较大， 性拟合曲线方程、误差平方、预测沉降稳定时间 应增加测量次数，并及时反馈监测信息指导施 和最终（极限）沉降量，表2是分析结果汇总表， 工，研究纠正和处理措施，保证建筑工程施工顺 图1是1'"点沉降量与时间关系趋势的非线性拟合 利进行，当建筑工程施工完成并且获取一定的监 曲线（其他点非线性拟合曲线在此省略），图2是 测数据之后，进行沉降规律分析.表1为7个完整 平均沉降量与时间关系趋势的非线性拟合曲线， 表1沉降监测结果 Table 1 Results of the subsidence survey 沉降值m 时间d 2 3 5* 6* 平均 0 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.000000000 5 -0.00043 -0.00050 -0.00018 0.00053 0.00019 -0.00049 -0.00052 -0.000200476 27 -0.00072 -0.00101 -0.00066 -0.00053 -0.00124 -0.00212 -0.00247 -0.001249524 35 -0.00173 -0.00151 -0.00152 -0.00084 -0.00140 -0.00224 -0.00267 -0.001701429 52 -0.00284 -0.00317 -0.00174 -0.00240 -0.00126 -0.00378 -0.00507 -0.002894286 雪 -0.00445 -0.00454 -0.00294 -0.00319 -0.00378 -0.00632 -0.00683 -0.004577143 78 -0.00637 -0.00641 -0.00501 -0.00427 -0.00488 -0.00885 -0.00858 -0.006338571 93 -0.00864 -0.00904 -0.00731 -0.00683 -0.00747 -0.01081 -0.01000 -0.008585714 106 -0.00935 -0.00869 -0.00721 -0.00668 -0.00775 -0.01118 -0.01040 -0.008751429 121 -0.01182 -0.01196 -0.00921 -0.00863 -0.00891 -0.01299 -0.01212 -0.010805714 144 -0.01432 -0.01554 -0.01233 -0.01143 -0.01163 -0.01704 -0.01471 -0.013857143 157 -0.01994 -0.02053 -0.01438 -0.01978 -0.02052 -0.02238 -0.02209 -0.019945714 236 -0.02091 -0.02089 -0.01562 -0.01724 -0.01776 -0.02282 -0.02233 -0.019638571 表2沉降值与时间关系的非线性拟合结果 Table 2 Nonlinear fitting result of the relationship between subsidence and time 测点 拟合曲线方程 R 预测稳定时间/d预测最终沉降量m y=9.212381×10x2-1256300×10+2.032622×10 0.9464679 681.85 0.04080 3 y=1.090670×10-7x2-1.308412×10x+2.114038×10-3 0.9366520 599.82 0.03713 3 y=1.026.146×10-x2-1.030067×10-x+1.746955×10-3 0.9473143 501.91 0.02410 y-6.236718×10x2-1.056665×10x+2.200199×103 0.8728725 847.13 0.04256 y=7.573431×10-x2-1.105158×10x+2.072441×103 0.8698350 729.63 0.03825 6 y=1.817892×10x2-1.546804×10-x+2.015813×10-3 0.9522999 425.44 0.03089 7° y=1.408050×107x2-1382490×10x+1.320372×10-1 0.9456985 490.92 0.03261 平均 y-1.092144×10-x2-1.240842x10-x+1.928920×10-3 0.9327978 568.08 0.03332 0.005 时间/d 0.000 t100 200300 400500 600700800 0.010 y=9.212381×10x2-1.256300×10x+2.032622×10-3 2=0.9464679 0.020 0.030 0.040- 图11'点沉降量与时间关系监测及趋势分析曲线 Fig.1 Relationship between surveyed subsidence and time at 1'survey point as well as the trend analysis curve

。 。 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 地且 不 受其 他扰动 影 响 的地 方 安设三 个基准 点 ， 数据 监 测 点 的测 量 结 果 基 准 点采用 直 径 的螺 纹钢 筋 和 混凝 土 浇 沉 降量 与 时 间关 系趋 势 分析 筑 埋 入 地 下 然 后采用 精 密水 准 仪进 行 建 对表 测 量数 据进 行 非 线 性 数据 拟合 分析 ， 筑 物建造 过程 及竣 工 后 的沉 降测 量 当沉 降变形 分 别得 到 了各测 点沉 降和 平 均沉 降趋 势 的非线 较小 时 ， 规 定每完成 两层 测量 一 次 如变 形较大 ， 性拟 合 曲线 方程 、 误 差 平 方 、 预 测沉 降稳 定 时间 应 增 加 测 量 次 数 ， 并及 时 反 馈 监 测 信 息 指 导 施 和 最 终 极 限 沉 降量 ， 表 是分 析 结 果汇 总表 工 ， 研 究 纠 正 和 处 理 措 施 ， 保 证 建筑 工程 施 工 顺 图 是 禅 点沉 降量 与 时 间关系趋势 的非线性拟合 利进 行 当建筑 工程 施 工 完成 并且 获取 一 定 的监 曲线 其他 点非 线性 拟 合 曲线在此 省 略 ， 图 是 测数据 之 后 ， 进 行 沉 降规 律分析 表 为 个完整 平 均沉 降量 与 时 间关系趋 势 的非线性拟 合 曲线 表 沉降监测 结 果 时 间 沉 降值 禅 ， 举 译 禅 平 均 一 一 一 一 一 ， 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ， 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 《理 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 巧 表 沉 降值 与时间关系 的非 线性拟合结 果 肠 石川 卜 肠 测 点 雌 伴 谬 谬 详 伊 平 均 拟 合 曲线方程 预测稳 定 时间 预 测最 终沉 降量 厂 一丫一 一 分 一 ， 厂 一丫一 一吮十 ‘ 一 ， 厂 一 丫一 闷对 一 ， 厂 一 丫一 一 气十 一 ， 厂 一 丫一 吮 一 ， 厂 一 丫一 一吮十 一 ， 厂 一 丫一 月尤十 一 ， 厂 一 丫一 月对 一 ， 叫 日 。 。 ， 遏 。 。 世 蛛 刁 时间 － 一－ 一 一口匕一一一一一一一」一一一 － 一 一 一 一坛 一 ， 刁 ‘ 、 ‘ 一一一 图 即点沉 降量 与时间关系监 测 及 趋 势分 析 曲线 幻即 口

Vol.26 No.1 李长洪等：某高层住宅楼C下G桩复合地基非线性沉降规律监测分析 17 0.005 时间d 0.000 100 200 300 400 500600 0.010 y=1.092144×10-x2-1.240842×10x+1.928920×10-3 回 R2=0.9327978 -0.020 0.030 0.40L 图2平均沉降量与时间关系监测及趋势分析曲线 Fig.2 Relationship between average surveyed subsidence and time as well as the trend analysis curve 3结论 参考文献 1阁明礼，刘国安，杨军，等.水平荷载作用下CFG桩 ()实测沉降与时间关系非线性趋势分析曲 复合地基的性状[).建筑科学，1994(4)：27 线均符合二次曲线型式，且二次项系数接近10 2续君兰，龚天真，振动挤密碎石桩与CFG桩联合应 数量级，一次项系数接近10数量级，常数项接 用处理地基U].施工技术，1998(9)：13 近10-数量级. 3吴春林，阁明礼.CFG桩复合地基承载力简易计算 (2)复合地基在建筑物自重荷载作用下产生 方法[U.岩土工程学报，1993,15(3)：94 蠕变，一般稳定时间约为一两年， 4朱斌.C℉G桩复合地基在常青花园一期工程中的应 (3)根据沉降与时间关系非线性趋势二次拟 用).土木基础，1997,11(4)：45 合曲线预测，在建筑物自重荷载作用下地基产生 5唐建中，阎明礼.水泥粉煤灰碎石桩复合地基的工 程特性[J】.建筑科学，1991(1)：28 一定量的不均匀沉降，这将在上部建筑结构中产 6阁阎明礼，吴春林，杨军，水泥粉煤灰碎石桩复合地 生附加内应力，对结构的稳定性及其设计产生深 基试验研究J.岩土工程学报，1996,18(2：55 远的影响，表明上部结构设计和地基基础设计要 7张雁，黄强，半刚性桩复合性状分析.岩土工程 充分考虑结构和地基基础的变形协调， 学报，1993,15(2)：63 Analysis on the Nonlinear Subsidence Survey Results of CFG Pile Composite Foundation of a High-building LI Changhong',OIAO Lan,CAI Meifeng",WANG Guoyan? 1)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Fourth Engineering Limited Company of Railway Sixteenth Office in China,Beijing 101400,China ABSTRACT According to the precise level survey on the subsidence of CFG pile composite foundation and the nonlinear fitting trend analysis,the nonlinear relationship between composite foundation subsidece and time was obtained.The properties of creep and uneven subsidence were pointed out under the effect of building deadweight. The importance of harmony between structure and foundation deformation was emphasized in the subsidence KEY WORDS compound foundation;subsidence of subsoil;deformation monitoring;cement fly-ash gravel pile

李 长 洪 等 某高层 住 宅 楼 桩复合地 基 非 线 性沉 降规律监测 分析 追 刁 · 划 聋、 。 刁 图 平 均 沉 降量 与时 间关 系监 测 及 趋 势分 析 曲线 · 幻胃 柱 口 结论 参 考 文 献 实测 沉 降与 时 间关 系 非 线 性 趋 势 分 析 曲 线均 符 合 二 次 曲线 型式 ， 且 二 次 项 系 数接 近 一， 数 量 级 ， 一 次 项 系 数 接近 “ 数 量 级 ， 常 数 项 接 近 一 ，数 量 级 复合 地 基 在 建筑 物 自重荷 载 作用 下 产 生 蠕 变 ， 一般 稳 定 时 间约 为 一 两 年 根 据 沉 降与 时 间关 系 非 线 性 趋 势 二 次拟 合 曲线 预测 ， 在 建筑物 自重 荷载 作用 下 地 基 产 生 一 定量 的不均匀 沉 降 ， 这 将在上 部建筑 结构 中产 生 附加 内应 力 ， 对 结构 的稳 定 性 及其 设 计产 生深 远 的影 响 ， 表 明上 部 结构 设计 和 地 基基 础 设 计要 充分 考 虑 结构和 地 基 基 础 的变 形 协 调 阎 明 礼 ， 刘 国安 ， 杨 军 ， 等 水 平荷 载作 用 下 桩 复合 地 基 的性状 建筑科学 ， 州 续君 兰 ， 龚天真 振 动 挤密碎石桩 与 桩联合 应 用 处 理 地基 施 工 技 术 ， 吴春林 ， 阎 明礼 桩复合 地 基承 载 力简易计 算 方法 岩 土 工 程 学报 ， ， 朱斌 桩 复合 地 基在 常青花 园一 期 工 程 中 的应 用 明 · 土 木 基 础 ， ， 唐 建 中 ， 阎 明礼 水泥 粉煤灰碎 石 桩 复合地基 的工 程特 性 建筑科 学 ， 阎 明礼 ， 吴 春 林 ， 杨 军 水泥 粉 煤灰碎 石 桩 复合 地 基 试验 研 究 岩 土 工 程 学报 ， ， 张 雁 ， 黄 强 半 刚性 桩 复合性状分 析 岩 土 工 程 学报 ， ， 一 动 ，， ，，， 几份诉馆 ，，， 环乞刀召 口 ，， 〔 ， ， ， 而 ， ， ， 幻刀 币 而 七那 沈 伪 一