強夯聯合降水法地基處理中孔隙水壓力觀測應用

李傳凱++李恒等

摘 要：通過對高真空擊密法地基處理過程中地下土的孔隙水壓力觀測，結合地質情況、施工工藝等，分析強夯聯合降水法地基處理過程中的孔隙水壓力變化情況，評價地基處理的效果和影響因素，為設計和施工提供理論依據。

關鍵詞：地基處理 孔隙水壓力 影響因素

隨著國家加大水運基礎設施建設力度，越來越多的陸域形成需要進行地基處理來滿足承載力的要求。高真空擊密法地基處理是排水和擊密的循環過程，每遍排水后進行一遍擊密。為確保施工區域不受外圍地下水的影響和施工現場排水通暢，需在施工邊線開挖排水溝、并設置封水管。外圍封管從開始施工保持到點夯結束。真空管降水根據土層分布情況分層設置深管和淺管，每遍高真空排水，水位需降至2m，然后進行下一步強夯施工，需對土體進行跳排夯擊，以提高土體的密實度。

高真空擊密法地基處理的特點

對飽和土夯前先進行高真空排水，屬于主動排水，可有效減小土的飽和度，增加夯擊效率，同時減小產生的超孔隙水壓力。

滲透系數較小的軟土，在適當夯能的作用下，土中出現的微裂縫可增加土的滲透性能，產生的超孔隙水壓力在再一次真空 “壓差”的作用下可進一步增加排水效果。為此，提出實施第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時進行的排水工序。多遍高真空擊密排水最終以達到降低飽和軟土含水量為目標。施工工序如下圖所示：

由施工工序可以看出，在每遍高真空排水、擊密過后均需要對加固效果進行信息化檢測，其檢測項目包含沉降量監測、含水量監測、地下水位監測、真空度監測、靜力觸探試驗等。通常在強夯過程中，會引起土中超靜孔隙水壓力的增加，《建筑地基處理技術規范》明確了兩遍夯擊之間的時間間隔取決于土中超孔隙水壓力的消散時間，在不確定孔隙水壓力消散時間下盲目進行下一遍強夯施工，不僅影響施工工期還影響加固效果。

工程應用

為了更好的表征強夯期間和強夯之后土中超孔隙水壓力的變化過程，擬對某工程的強夯區（包含C區、D區）第二遍強夯過程進行試驗分析。強夯參數為每遍夯點布置為4.5×4m、夯擊能量為1800～2200kN·m、擊數為4擊。

1、地質概況

根據區域地質資料、地質調查、地質測繪及鉆孔揭露，工程區范圍內覆蓋層主要為第四系全新統沖積層、更新統沖洪積層與人工堆積層；下伏基巖為古生界志留系中統墳頭組地層。各地層巖性從上至下敘述如下：①人工堆積層（Qs）素填土：主要分布于大堤堤身及其兩側壓浸平臺，堤身填筑土厚度一般7～9m，兩側壓浸平臺填土厚1～3m，填筑土以粉質粘土為主，少量粉土、粉細砂團塊，密實程度不均一。②第四系全新統沖積層（Q4al）工程區第四系全新統沖積層，由上至下大致為粉質粘土、粉土、中細砂、卵石。

2、孔隙水壓力計的布設及觀測原則

孔隙水壓力計布設情況如下：①C區布設孔3孔，D區布設2孔，強夯場外3米處布置1孔，孔間距對稱分布于試驗區。②每孔埋入4個孔隙水壓力傳感器，壓力傳感器的深度從地基表面以下10米開始往上埋入，分別為10米處、8米處、6米處、4米處、每處埋入一個孔隙水壓力傳感器。③孔隙水壓力傳感器周圍采用干凈的中粗砂作為透水填料回填，透水填料層高度在0.6米～1.0米之間。上下兩個孔隙水壓力傳感器之間用直徑2cm左右的風干粘土球作隔水填料，隔水填料層的高度不小于1米。

孔隙水壓力的觀測遵循如下原則：①強夯前采集每個孔隙水壓力計初始頻率值。②強夯期間重點采集數據，其中強夯時每夯1～2錘采集一次壓力計的頻率值，直至最后夯完采集到孔隙水壓力最大時的頻率值。③夯后每天觀測采集1～2次孔隙水壓力計頻率值。直至孔隙水壓力消散到趨于穩定時止。

觀測成果

工程C區于某年1月5日開始進行第二遍強夯（工程D區于1月6日開始進行第二遍強夯），通過強夯前埋入的孔隙水壓力計采集到的數據統計如下：

1、地表下10米處孔隙水壓力變化情況

從兩個強夯區地表下10米處5個傳感器上采集到的數據可看出，在強夯前后孔隙水壓力值的變化雜亂無章且無規律可尋，孔壓值變化不大，表明在夯擊能量為1800～2200kN·m下，其作用對土的孔隙水壓力影響有限，強夯加固效果無法達到地下10米的深度。

2、地表下其它深度處孔隙水壓力變化情況

從工程C區和D區各個傳感器上采集到的信息可以看出，孔隙水壓力在強夯過程中逐漸增大，強夯最后一擊停止時達到峰值，之后開始下降，孔壓值變化圖類似于正態分布。

因為工程C區和D區的地理位置相差在200米以上，工程C區和D區在強夯后的孔隙水壓力下降速度存在明顯不同，工程C區的下降速率保持在3kPa/天左右，而工程D區的孔隙水壓力值在第二天就能下降到峰值的70%，結合工程區域附近鉆孔所揭露的地質情況表明，地下土質對孔隙水壓力的消散影響很大。

從工程C區和D區各傳感器的孔隙水壓力值觀測圖上可以看出，盡管在強夯過后孔壓值的下降速率不同，但都在強夯7天之后趨于穩定，兩個區的孔隙水壓力值在強夯7天后都能消散到75%及以上。

3、強夯場外孔隙水壓力變化情況

為了查明強夯場外孔隙水壓力變化情況，本次觀測在強夯區域之外3米處也布設了孔隙水壓力傳感器，從采集到的數據分析，無論是地表下4米處還是地下10米處，其孔隙水壓力變化均無特定規律可尋且變化量較小，表明強夯只對其施工區域內的孔隙水壓力有影響，場外作用有限。

結論及建議

通過工程實際，對高真空擊密法地基處理過程的孔隙水壓力觀測可以得出以下結論：①在夯擊能量為1800～2200kN·m下，其地基處理效果無法影響到地下10米或者更深。②孔隙水壓力在強夯期間達到最大，之后慢慢下降，下降速率與地質狀況及土質有關，在強夯過后7天，其孔隙水壓力能消散到75%及以上。③高真空擊密法地基處理只對其強夯區域內的孔隙水壓力有影響，對工程區3米以外作用有限。

通過孔隙水壓力的觀測，可以查明強夯期間地下孔隙水壓力的變化情況，確定孔隙水壓力的消散程度，指導下一步施工，同時通過觀測可以進一步揭示地基處理的效果與作用范圍，能夠為設計和施工提供理論依據。但是，由于地質情況的復雜多變，受傳感器的精度、施工工藝的不同等諸多因素的影響，在實際應用過程中仍需逐一考慮。

參考文獻：

[1]《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）

[2]《水運工程水工建筑物原型觀測技術規范》（JTJ 218-2005）

（第一作者單位：長江航道規劃設計研究院，第二、三、四作者單位：長江航務工程質量監督中心站）endprint