我国城市化进程速度不断加快，高层建筑工程、地铁车站建设、空防工程、隧道工程、矿山地下工程等都出现了大量临时支护工程，这些工程使用大量钢材、水泥、商品混凝土等建材，由于无法回收，不但浪费大量建材，而且形成极大的地下污染，尤其对于城市再建设，包括周边楼层深基坑、地下防空设施、地下管道布设等带来施工障碍 ^[1]。由于钢材抗压、抗拉强度高，材质离散性小，富于延性，是优质的建筑材料，同时能取得可靠承载力 ^[2]。另外钢管桩还具有机械化施工速度快的优点，因此钢管桩得到快速发展，已成为一种主要的桩型之一。尤其在软弱地层中的桥梁、海上钻井平台建设、码头港口基础建设中得到广泛应用。但目前研究成果 ^{[3,4,5,6,7,8]}大多为钢管桩在地基处理中的应用或微型钢管桩在基坑支护中的应用，并且大多侧重于钢管支护桩在具体工程中的施工工艺及实施流程，针对可回收式大直径钢管护坡桩力学性能研究的详细分析并不多见。对基坑支护结构、基坑周围土体和相邻建 (构) 筑物进行系统、全面研究，有助于把握基坑工程安全设计从而确保工程施工顺利进行 ^[9]，但可回收式钢管护坡桩在基坑支护中是否能有效限制桩后土体压力与桩身变形及大直径钢管护坡桩是否可回收，目前还没有明确结论。

　　 因此，本文以北京市某典型基坑工程场地条件为背景，采用现场试验方法，对可回收式锥形钢管护坡桩在开挖过程中的力学性能进行测试;同时，对不同桩身隔离剂与钢管桩外护筒共同作用下的拔桩效果进行对比分析，探索一种更为优化的拔桩工艺。

　　 本工程位于北京市海淀区西北旺镇，项目06地块已开挖完成，02, 05地块正在开挖。综合考虑试验过程中现场机械设备配合的便捷性及人员安全性，本试验基坑位置选择在02地块基坑西侧，该处紧邻临时道路，距离配电房、水站及混凝土搅浆站等水电机械设备较近。

　　 本场地地形较平坦，地层岩性由上至下依次为:素填土、黏质粉土、砂质粉土、细砂、粉质黏土。各土层物理力学特性如表1所示。

　　 本试验采用可回收式锥形钢管护坡桩作为支护结构，护坡桩全长12.5m，桩尖长0.5m，桩身长12m，桩身上部直径为630mm，下部直径为530mm，壁厚为10mm，材质为Q235B级钢材。为防止拔桩过程中钢管护坡桩强度不足，在桩头1m范围内进行局部加固处理，加固区桩身壁厚为30mm，同时在桩头0.5m范围内加焊钢格构板。桩身及桩头加固如图1所示。

　　 1) 钢管桩、冠梁施作

　　 试验过程中，采用泥浆护壁反循环方式成孔后，在桩孔中先吊装护筒，然后将采用不同桩身隔离剂的钢管桩吊装就位，最后在两者间隙注入水泥浆，桩顶施作冠梁。为研究护坡桩桩身隔离剂与护筒共同作用下对护坡桩回收效果的影响，分别对4组不同工艺的桩进行对比试验，4组桩分别命名为1, 2, 3, 4号桩，桩护筒形式及桩身隔离剂如表2所示。

　　 2) 基坑开挖及回填

　　 基坑开挖深度为6m，分3次开挖，每次开挖深度为2m。由于场地土质较好，基坑开挖中采用1∶0.5放坡开挖。基坑开挖至基底设计标高后，静置48h。之后采用回填土的方式模拟加载，即建筑物施作过程。

　　 3) 钢管桩回收

　　 钢管桩回收时，先将拔桩机在4号桩处就位，将支撑梁插入钢管桩预留起拔孔内，调试好拔桩机，开始加压回收4号桩，回收过程中最大压强为8MPa，钢管桩上升过程中，发现其桩身护筒也随之上升，使用炮锤振动4号钢管桩约15min，钢管桩与护筒分离。4号桩在拔桩机作用下继续上升，拔桩机显示最大压强为2MPa，稳定压强为0.2MPa，最后通过起重机将钢管桩吊出。重复上述步骤，依次进行1, 2, 3号桩的起拔，钢管桩回收过程中，由于护筒的存在，未出现塌孔现象，钢管桩回收后，及时将桩孔回填。拔桩过程相关参数如表3所示。

　　 试验主要对桩顶水平、竖向位移，桩后地表沉降，桩身应变进行监测。以可靠性、准确性、便捷性为准则，综合确定监测仪器。试验测试内容如表4所示。

　　 试验过程中，开挖及拔桩步骤如表5所示，随着工序进行，对相应监测点进行监测。

　　 1) 桩身应变

　　 桩身应变采用BE120-3AA电阻应变片进行监测，应变片前后对称布设在钢管护坡桩外壁上，每根桩桩前、桩后各5个监测点，间距200cm，各测点处设置3组应变片作为储备。测点布设立面如图2所示。

　　 2) 桩后地表沉降及桩顶水平、竖向位移

　　 在钢管护坡桩桩后布设3排共24个地表沉降监测点，监测点间距为1.5m。桩顶水平位移监测点采用膨胀螺栓布设在桩后冠梁上，水平位移监测点共4个，考虑测量方便性，将桩顶竖向位移沉降监测点与桩顶水平位移监测点共用一个监测点，监测时将水准尺立于膨胀螺栓端头即可进行监测。地表沉降及桩顶水平、竖向位移监测点如图3所示。

　　 其中，桩顶水平位移采用拉线式位移传感器进行监测，桩顶水平位移监测系统现场监测布设立面如图4所示。

　　 现场施工过程如下。

　　 1) 桩后进行场地平整，使桩后土体与冠梁标高相同，同时在钢绞线外套入波纹管，防止不确定因素对监测结果产生扰动。

　　 2) 在桩后远离基坑一端固定拉线式位移传感器，固定处选择在基坑开挖深度3倍以上距离，作为不动点。

　　 3) 钢绞线穿入波纹管后，一端固定在冠梁上桩顶水平位移监测点，另一端与拉线式位移传感器连接。

　　 4) 检查整套系统连接情况，使用绝对位移采集仪采集初始值，同时周围拉上警示线，防止干扰。

　　 使用DH3816N静态应变测试系统采集桩身应变数据，所得数据中，正值代表拉伸变化，负值代表压缩变化。桩身弯矩为正值，代表朝向坑外方向弯曲，负值代表朝向坑内弯曲。基坑开挖过程中，监测发现4组试验桩的桩身应变-弯矩变化趋势基本一致，本文以4号桩为例进行分析。基坑开挖过程中，桩身应变变化曲线如图5所示，桩身弯矩变化如图6所示。

　　 1) 由图5分析可知，基坑开挖过程中，桩前、桩后应变基本上呈对称分布，开挖面以上桩前产生拉伸变形，桩后产生压缩变形，而开挖面以下一定范围，拉压情况相反。随着开挖深度的增加，变形速率加快，开挖结束后，开挖面附近以上产生最大变形，而桩顶处由于冠梁的约束作用，产生水平力和力矩，变形值小于最大变形。

　　 2) 由图6分析可知，在基坑开挖过程中，桩身最大弯矩值随着开挖深度的增加有下移趋势，反弯点也随之下移，最大弯矩出现在基坑开挖深度2/3处。当开挖深度为2m时，弯矩变化较小，随着开挖深度增加，弯矩值增大的同时弯矩变化速率不断加快。这说明，随着基坑开挖，桩前开挖侧出现临空面，支护结构初始平衡状态被改变，钢管桩在桩前被动土和桩后主动土的共同作用下，不断产生变形。

　　 1) 桩顶竖向位移 (见图7)

　　 由图7可知，4组钢管护坡桩在各工况下的桩顶竖向位移变化趋势基本一致。在基坑开挖过程中，桩顶不断上浮，即桩顶竖向位移不断增大，开挖结束静置过程中，桩顶竖向位移增量与开挖过程中竖向位移增量相比，呈减小趋势。说明开挖完成后，土压力得到瞬间释放，坑底回弹带动桩上浮。之后，随着基坑回填，即模拟建筑物施作过程，桩顶竖向位移减小，但没有完全恢复初始状态。

　　 2) 桩顶水平位移 (见图8)

　　 由图8可知，整个试验过程中，4组钢管护坡桩桩顶水平位移变化趋势基本类似。1, 4号桩由于边界效应的影响，变化值略小于其余2组桩。基坑开挖过程中，桩顶水平位移随着基坑开挖深度的增大而增大，总体呈向基坑内增大的趋势。开挖过程中桩顶水平位移变化较快，支护结构受到桩后土体的主动土压力作用变化较明显，表现为桩土之间发生相互作用，达到二次平衡的过程。开挖完成后的静置过程，曲线较平缓，分析原因认为，由于土质条件较好，支护结构整体变形较小，同时变形主要在开挖结束时产生，开挖结束后的静置过程，位移略有增大，然后逐渐趋于稳定。随着基坑回填的进行，桩顶水平位移迅速减小，回填完成后达到稳定状态。整个监测过程中，桩顶水平位移最大值为11.5mm, GB 50497—2009《建筑基坑工程监测技术规范》中规定:二级基坑墙 (坡) 顶水平位移监测报警值为40～50mm。本次试验基坑为二级基坑，桩顶水平位移最大值远小于报警值，说明该支护结构安全可靠，可有效抵抗桩后土体作用，限制桩身变形。

　　 试验监测过程中发现，桩后3排地表沉降监测点在不同开挖阶段的沉降变化趋势基本一致。本文选取具有代表性的3～4号桩后地表沉降变化特征进行分析，如图9所示，图9中正值表示地表上浮，负值表示地表下沉。

　　 由图9分析可知，桩后地表沉降变化呈“勺”形。基坑开挖2m时，桩后土体沉降值较小，随着开挖深度的增加，桩后土体沉降速率变大，开挖完成后的静置过程土体沉降速率减缓，桩后土体地表沉降量变化甚微，趋于稳定。整个监测过程中，桩后地表沉降最大值约4.5mm，出现在桩后1.5～3.0m，之后沉降值不断减小直至趋于0，地表沉降影响范围大约为基坑开挖深度的2倍。最大沉降值远小于《建筑基坑工程监测技术规范》中规定的二级基坑的基坑周边地表竖向位移监测报警值50～60mm，满足规范要求，同时也表明，本试验所设计的钢管护坡桩可有效控制基坑周围土体变形。

　　 4组钢管护坡桩采用不同桩身隔离剂, 拔桩过程中隔离效果区别明显。其中, 采用黄油+薄膜方案, 起拔压力较小, 炮锤振动时间短, 隔离效果好, 可实现钢管桩回收再利用, 为最优方案。采用白油漆或油质脱模剂也可起到一定的隔离效果, 但炮锤振动时间较长, 在城市人群密集区域容易造成噪声污染。桩身采用防水卷材隔离效果差, 护筒与桩身始终未分离, 钢管桩无法正常回收。

　　 1) 钢管护坡桩抗弯性能好，桩身变形小，可有效抵抗桩后土体作用，安全可靠，满足承载力要求。

　　 2) 桩孔采用护筒护壁形式，可防止拔桩过程中塌孔，减小地层损失，从而减小拔桩过程对基础变形的影响。

　　 3) 采用黄油作为桩身隔离剂，同时采用外裹薄膜形式，有利于钢管桩回收，可重复周转使用。