深厚軟土地區孔隙水壓力計埋設技術研究

付貴海，魏麗敏，王永和，周 慧

(1.中南大學 土木建筑學院，長沙 410075;2.湖南城市學院 土木工程學院，湖南 益陽 413000;3.湖南城市學院 城市管理學院，湖南 益陽 413000)

在深厚軟土地區采用錘擊法或靜壓法進行預應力管樁施工，由于土體受到劇烈擾動及軟土較差的滲透性，會在樁周飽和軟土中產生很高的超孔隙水壓力，擠土使樁周土隆起，可造成已打入的樁上浮、側移或撓曲，損壞附近的地下管線和設施。因此在沉樁過程中進行孔壓力監測很有必要。孔壓計埋設的質量對測試結果有較大的影響，多數論文對監測數據處理結果分析得較多，對埋設過程、埋設方法介紹得較少［1-5］，而部分文獻只介紹一個孔埋設一個孔壓計的情況［6-8］。在江浙一些地區，軟土深達數十米，一孔埋設一個孔壓計并不困難，但鉆孔工作量大，不經濟，且不同深度的孔壓計在平面上的距離相差較大，此時土質條件可能發生較大變化，因此得到的孔隙水壓力變化規律并不是在同一個豎直平面內不同深度的孔壓變化規律，也就是說測試數據會缺乏相比性。若一孔設置多個孔壓計，埋設第一個會比較順利，但埋設其余孔壓計會因為縮孔而導致孔壓計埋設不到位。張功新等利用改進后的孔壓計封孔裝置，實現一孔埋設多個孔壓計，但其裝置制作比較麻煩，還有可能壓壞孔壓計[9]。本文結合實際工程，摸索出一套在深厚軟土地區埋設孔壓計的適用方法。

1 工程概況

新建杭甬鐵路為時速300～350 km的無砟軌道客運專線，杭甬客運專線上虞北站位于浙江省上虞市境內，屬沖海積平原區，主要辟為園林、果園，有數條溝渠橫穿站址，水塘零星分布。地表水主要來自溝渠和塘水;地下水以第四系孔隙潛水為主，埋深約0.5～2.5 m，主要受大氣降水及地表水的補給。鐵路正線及其它站線地基采用預應力管樁+筏板結構加固，樁徑0.5 m，樁間距2.5 m，樁長43～47 m(樁端嵌入(3)4細圓礫土層內不小于1.0 m)，按正方形布置。孔隙水壓力計埋設于K73+400斷面附近，該斷面工程地質概況見表1。

表1 工程地質概況

試驗樁SP3布置于DK73+400斷面處，在距試驗樁SP3中心前后左右1.25 m處布置4個測試孔，其中一個孔埋設4個孔壓計，另外三個孔每孔布置3個孔壓計，孔壓計設計最大埋深41 m，采用鉆孔埋設。

2 孔壓計埋設步驟

2.1 埋設前準備

本次試驗采用的是長沙金碼高科技實業有限公司生產的JMZX-5506AT和JMZX-5510AT兩種型號的孔隙水壓力計，導線采用四芯加強屏蔽水工電纜線，用綜合測試儀可直接顯示壓力值，也可顯示振弦頻率，測量直觀、簡便、快捷。而傳統的孔隙水壓力計大都直接顯示振弦頻率，根據振弦頻率和孔隙水壓力的關系公式再計算孔隙水壓力值。埋設前應做以下準備工作:①制作砂袋。為了保證孔隙水壓力計進水口暢通，防止泥漿堵塞，用較密的尼龍網自制比孔壓計直徑大2～3 cm的砂袋，見圖1。其內裝中細砂，將孔隙水壓力計部分放置在砂袋中，要保證孔隙水壓力計上的透水石全部置于砂中，砂袋上部用鐵絲固定在孔隙水壓力計上，防止砂袋滑落。②購買細繩子。本試驗采用直徑為4 mm的尼龍繩，其作用有兩方面:一是保護導線，將細繩系于孔壓計頂部，在孔隙水壓力計下沉過程中逐漸釋放繩子，不要讓導線受力以免被拉斷;二是通過細繩確定孔壓計下沉的深度。③準備黏土泥球。泥球主要用于封孔，封孔目的是隔斷水壓計上下水源，以防竄孔。泥球是用膨潤土制成，風干后的泥球遇水崩解，從而達到封孔的目的。泥球可以自制也可購買，自制比較麻煩，泥球因黏性大不易搓且風干時間較長，至少一周以上，未風干的泥球不易崩解。④水中浸泡。在埋設前將孔隙水壓力計連同砂袋一起放入清水中浸泡4～5 h，目的主要是排除孔隙水壓力計空腔及透水石內的空氣，提高測試的精度。⑤調零。另外埋設前還要將孔隙水壓力計連接到綜合測試儀，校準孔隙水壓力計的零點。綜合測試儀見圖2。

圖1 砂袋包裹的孔隙水壓力計

圖2 綜合測試儀

2.2 鉆孔

在深厚軟土地區鉆孔若采用干鉆會產生塌孔、縮孔現象，必須采用套管跟進。但當鉆孔過深時套管難以拔出，后考慮采用泥漿護壁鉆孔，見圖3。因擔心可能產生縮孔，應采用110 mm及以上的大直徑鉆頭鉆孔。泥漿為鉆機鉆孔產生的泥漿，鉆孔過程中注意泥漿的稠度。用鉆桿的長度控制鉆孔的深度，鉆孔深度應比孔隙水壓力計最大設計埋深深50 cm，鉆孔過程較為順利。

圖3 現場泥漿護壁鉆孔

2.3 孔隙水壓力計的埋設

鉆孔完成后立即用清水進行清孔，若不清孔，封孔用的泥球及填充用的粗砂由于泥漿的較大浮力難以下沉。清孔后先往孔內填大約厚0.5 m的砂子，而后迅速用細繩將埋設位置最深的孔壓計下沉到位，繩子可通過打結的方式做記號，確定下沉深度。填大約厚0.5 m的粗砂，用砂量可通過計算大致確定。其后將泥球投入到鉆孔中，為防止泥球出現架空情況無法下沉，可將鉆機的鉆頭取掉，將鉆桿接長深入鉆孔中一定深度，在投擲泥球的過程中，使鉆桿上下升降幾次以免泥球出現架空情況，泥球的厚度應至少在1 m以上。泥球投擲完成后，繼續往孔內填粗砂，若兩孔隙水壓力計的距離較大，通過用砂量控制填砂深度比較困難，可用人工升降鉆桿接觸填砂面確定填砂的深度。因為每節鉆桿的長度是固定的，通過計算鉆桿的長度可確定填砂的深度。距次深的孔隙水壓力計埋設高程大約1.5 m處停止填砂，向孔內投擲泥球，泥球的厚度應保證至少有1 m，而后往孔內填砂子約0.5 m。此時因軟土的自穩性較差，加上填砂造成的擾動，孔內可能出現縮孔現象，孔隙水壓力計難以下沉到位。孔隙水壓力計生產廠家一般會提供安裝夾具和安裝套筒，見圖4。安裝夾具可擰在鉆機的鉆桿上，安裝套筒可擰在孔隙水壓力計上，該工具主要用于壓入埋設法。在鉆孔出現縮孔，影響埋設時，可用細繩系于孔隙水壓力計頂部，安裝夾具擰在鉆機的鉆桿上，此時可不用安裝套筒，讓孔隙水壓力計頂部伸入安裝夾具內并互相接觸，緩緩將孔隙水壓力計壓入鉆孔內，逐漸釋放繩子，不要讓導線受力，直至設計深度，提升鉆桿。次深的孔隙水壓力計就位后，向鉆孔內填粗砂，填砂的深度應在孔隙水壓力計埋設位置0.5 m左右，而后又向孔內投擲泥球，泥球厚度應不少于1 m。孔內其余孔隙水壓力計可按上述方法埋設。以測孔3-2為例，共布置3個孔隙水壓力計，埋設深度分別為5 m、17.5 m和29 m，孔隙水壓力計埋設示意見圖5。

圖4 安裝夾具及套筒

圖5 孔隙水壓力計埋設示意

2.4 孔隙水壓力計埋設后情況

孔隙水壓力計埋設完7 d后，埋設過程產生的超孔隙水壓力基本消散，測得孔隙水壓力初始值如表2，在打樁過程中某時刻所測得超孔隙水壓力與埋深的關系曲線如圖6。

圖6 超孔隙水壓力與埋深的關系曲線

由表2可知，用上述方法埋設的孔隙水壓力計，除一個無數據外，其余孔隙水壓力初始值約等于埋深處的靜水壓力，表明測試結果正常。由圖6可以看出，打樁過程中各個孔壓計所測超孔隙水壓力差別顯著，說明上下孔壓計之間封孔效果良好，未出現竄孔現象。圖6顯示，打樁過程中20.5 m深度處的孔隙水壓力最大值可達109 kPa，其他各孔孔隙水也出現較大增長。由此可見，預應力管樁的打樁過程對樁周土可產生較大的擾動影響，一方面管樁的下沉可使地基土受到擠壓，產生擠土效應;另一方面樁錘的擊打也可對其產生振動影響，這兩方面影響都將導致樁周土的孔隙水壓力顯著地增長，使地基土體原有結構部分遭到破壞、有效應力減小、強度下降。

表2 孔隙水壓力初始值

3 結論

進行現場試驗，精心準備，做好試驗方案，將試驗過程中可能出現的問題考慮周全，將會事半功倍。一般來說，在深厚軟土地區一孔埋設孔隙水壓力計最好不要超過3個，最深和最淺的孔隙水壓力計埋設較為容易，中間部分的孔隙水壓力計由于縮孔，埋設較為困難，且要注意封孔。采用本文所述的方法有效地解決深厚軟土地區因縮孔不易埋設孔壓計問題，且埋設方便快速，定位準確，有效地防止了上下孔連通問題。

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