強(qiáng)夯聯(lián)合降水法地基處理中孔隙水壓力觀測應(yīng)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(jié)合地質(zhì)情況、施工工藝等，分析強(qiáng)夯聯(lián)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(shè)計和施工提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地基處理 孔隙水壓力 影響因素

隨著國家加大水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，越來越多的陸域形成需要進(jìn)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(huán)過程，每遍排水后進(jìn)行一遍擊密。為確保施工區(qū)域不受外圍地下水的影響和施工現(xiàn)場排水通暢，需在施工邊線開挖排水溝、并設(shè)置封水管。外圍封管從開始施工保持到點(diǎn)夯結(jié)束。真空管降水根據(jù)土層分布情況分層設(shè)置深管和淺管，每遍高真空排水，水位需降至2m，然后進(jìn)行下一步強(qiáng)夯施工，需對土體進(jìn)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(diǎn)

對飽和土夯前先進(jìn)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(chǎn)生的超孔隙水壓力。

滲透系數(shù)較小的軟土，在適當(dāng)夯能的作用下，土中出現(xiàn)的微裂縫可增加土的滲透性能，產(chǎn)生的超孔隙水壓力在再一次真空 “壓差”的作用下可進(jìn)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(jìn)行的排水工序。多遍高真空擊密排水最終以達(dá)到降低飽和軟土含水量為目標(biāo)。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(jìn)行信息化檢測，其檢測項目包含沉降量監(jiān)測、含水量監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、真空度監(jiān)測、靜力觸探試驗等。通常在強(qiáng)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(shù)規(guī)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(jìn)行下一遍強(qiáng)夯施工，不僅影響施工工期還影響加固效果。

工程應(yīng)用

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

1、地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)測繪及鉆孔揭露，工程區(qū)范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層、更新統(tǒng)沖洪積層與人工堆積層；下伏基巖為古生界志留系中統(tǒng)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(cè)壓浸平臺，堤身填筑土厚度一般7～9m，兩側(cè)壓浸平臺填土厚1～3m，填筑土以粉質(zhì)粘土為主，少量粉土、粉細(xì)砂團(tuán)塊，密實程度不均一。②第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）工程區(qū)第四系全新統(tǒng)沖積層，由上至下大致為粉質(zhì)粘土、粉土、中細(xì)砂、卵石。

2、孔隙水壓力計的布設(shè)及觀測原則

孔隙水壓力計布設(shè)情況如下：①C區(qū)布設(shè)孔3孔，D區(qū)布設(shè)2孔，強(qiáng)夯場外3米處布置1孔，孔間距對稱分布于試驗區(qū)。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(fēng)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(qiáng)夯前采集每個孔隙水壓力計初始頻率值。②強(qiáng)夯期間重點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，其中強(qiáng)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(wěn)定時止。

觀測成果

工程C區(qū)于某年1月5日開始進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯（工程D區(qū)于1月6日開始進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯），通過強(qiáng)夯前埋入的孔隙水壓力計采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下：

1、地表下10米處孔隙水壓力變化情況

從兩個強(qiáng)夯區(qū)地表下10米處5個傳感器上采集到的數(shù)據(jù)可看出，在強(qiáng)夯前后孔隙水壓力值的變化雜亂無章且無規(guī)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(qiáng)夯加固效果無法達(dá)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(qū)和D區(qū)各個傳感器上采集到的信息可以看出，孔隙水壓力在強(qiáng)夯過程中逐漸增大，強(qiáng)夯最后一擊停止時達(dá)到峰值，之后開始下降，孔壓值變化圖類似于正態(tài)分布。

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

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

3、強(qiáng)夯場外孔隙水壓力變化情況

為了查明強(qiáng)夯場外孔隙水壓力變化情況，本次觀測在強(qiáng)夯區(qū)域之外3米處也布設(shè)了孔隙水壓力傳感器，從采集到的數(shù)據(jù)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(guī)律可尋且變化量較小，表明強(qiáng)夯只對其施工區(qū)域內(nèi)的孔隙水壓力有影響，場外作用有限。

結(jié)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(jié)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(qiáng)夯期間達(dá)到最大，之后慢慢下降，下降速率與地質(zhì)狀況及土質(zhì)有關(guān)，在強(qiáng)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(qiáng)夯區(qū)域內(nèi)的孔隙水壓力有影響，對工程區(qū)3米以外作用有限。

通過孔隙水壓力的觀測，可以查明強(qiáng)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(dǎo)下一步施工，同時通過觀測可以進(jìn)一步揭示地基處理的效果與作用范圍，能夠為設(shè)計和施工提供理論依據(jù)。但是，由于地質(zhì)情況的復(fù)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(yīng)用過程中仍需逐一考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）

[2]《水運(yùn)工程水工建筑物原型觀測技術(shù)規(guī)范》（JTJ 218-2005）

（第一作者單位：長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，第二、三、四作者單位：長江航務(wù)工程質(zhì)量監(jiān)督中心站）endprint