超孔隙水壓力量測試驗在塊石強夯法中的應(yīng)用研究

1、超孔隙水壓力量測試驗在塊石強夯法中的應(yīng)用研究（內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，內(nèi)蒙古呼和浩 特 010050）摘要：文章介紹了在塊石強夯法施工中超孔隙水壓力計 的安設(shè)方法和測量目的，實測了在不同的夯擊點處超孔隙水 壓力的變化趨勢，闡述了超孔隙水壓力量測在塊石強夯法施 工中的有效性和可操作性，提出此法值得在施工中應(yīng)用以及 進(jìn)一步的論證。關(guān)鍵詞：超孔隙水壓力；量測；塊石強夯法；變化趨勢中圖分類號：tu413.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1007 6 921 （xx） 2200 34021孔隙水壓力產(chǎn)生的機(jī)理孔隙水壓力按其產(chǎn)生的機(jī)理可分為靜孔隙水壓力和超 靜水孔隙壓力。靜孔隙水壓力是由土層中地下水的

2、靜水位引 起的，即靜止水位以下單位面積上水體重量所產(chǎn)生的壓力； 超靜水孔隙壓力是由外加荷載或水位變化所引起的孔隙水 壓力，隨著時間的增長而逐漸消散（即固結(jié)過程），最后轉(zhuǎn)化 為有效應(yīng)力123。超孔隙水壓力的量測對強夯法處理的地基工程而言意 義十分重要，主要表現(xiàn)在以下兩方面2 3：研究強夯的影響深度和夯擊影響的平面有效范圍；確定最佳夯擊次數(shù)以及 兩遍夯擊之間的間歇時間。一般地，超孔隙水壓力隨夯擊數(shù)的増加而増大，且第一 擊的增量最多，以后逐漸減慢，幾次夯擊以后超孔隙水壓力 趨于穩(wěn)定。在已有的施工經(jīng)驗中2，強夯法加固砂性土 地基時，由于孔隙水壓力增長及消散的過程僅需幾分鐘，超 孔隙水壓力不能隨夯擊能的

3、增加而疊加，所以通過分析超孔 隙水壓力與夯擊數(shù)的關(guān)系圖，可得出最佳夯擊次數(shù)；還可通 過分析強夯引起的超孔隙水壓力隨時間的消散規(guī)律，從而確 定各遍夯擊之間的間歇時間。在本試驗中，地基土層為粉質(zhì) 粘土及粉土，每次夯擊之后，超孔隙水壓力難以在短時間內(nèi) 消散，因此沒有開展超孔隙水壓力消散與夯擊數(shù)的關(guān)系，而 進(jìn)行了整個夯擊過程中超孔隙水壓力增長與夯擊數(shù)的關(guān)系， 以及夯擊結(jié)束之后超孔隙水壓力消散規(guī)律的觀測3。2工程背景和工程地質(zhì)條件某市繞城高速公路軟土路基段試夯段長度為50m,地質(zhì) 資料如下。第1層為粉質(zhì)中液限粘土，含有機(jī)質(zhì)，黑色，濕飽和， 可塑狀態(tài)，層厚1.40m，其容許承載力a0為100kpa:地下水

4、位為0. 600. 80 m。第2層為粉土，灰色，飽和，松散狀態(tài)，該層厚2. 90m， 其容許承載力a0為12014 0kpa，壓縮模量為4. 55 5. 68mpa。第3層為粉土，灰色，飽和，松散中密狀態(tài)，該層厚 為2. 70m，其容許承載力（j0為180kpa。第4層為粉質(zhì)中液限粘土，黃褐色，飽和，可塑狀態(tài)， 其容許承載力cro 為200kpa,該層未穿透。由于該場地路基自天然地面以下一定的深度內(nèi)，為飽和 的粉質(zhì)粘土和粉土，含水量大，孔隙比大，壓縮系數(shù)大，屬 于軟土路基段，綜合考慮采取了塊石強夯置換法加固路基的 方法，該方案的要點如下：采用15t重圓柱形夯錘，直徑為1.5m，高度為2. 0

5、m， 落距為10. 0m，單擊夯擊能為1500kn -m；擬定三遍夯擊， 第一、二遍為點夯，夯擊能采用1500 kn -m,夯點布置如圖1所示；第三遍為滿夯，相互搭接面積按1/3夯錘底面 積搭接，單擊夯擊能為800kn - m ；第一、二遍夯點的夯 擊次數(shù)由最后兩擊夯沉量5 0mm來控制，且夯擊數(shù)不少于8擊，第三遍夯5擊；擬加固深度為5.0m，復(fù)合地基置換率為0. 1 26（塊石墩直徑按2. 0 m計），要求形成的塊石墩長度彡2.0m，整個塊石強夯置換法復(fù)合地基的剖面圖如圖1所740) th i s. wi dth=7 40nborder=un def i ned#111n mousewhee

6、i="returnzoom_i mg (event, th i s)">3超孔隙水壓力計安設(shè)和觀測試驗本試驗中，在試夯區(qū)的夯擊點之間，選定孔隙水壓力測 試點，采用振弦式孔隙水壓力計，采用一孔多測的方法，即 在一孔內(nèi)按一定的間距安設(shè)多個孔隙水壓力計的方法。本試 驗所用的四個孔隙水壓力計布置情況如圖2所示，其中從地 面向下，距地面為2. 5m處的孔隙水壓力計量程為200kpa, 其余的三個量程均為100k pa，距地面距離依次為3.7m、4. 9m 6.1m。本試驗中，在由a、b、c、d四個夯擊點組成的平面 中心處安設(shè)了孔隙水壓力計，旨在研究夯擊能作用下沿土體 豎直方向超

7、孔隙水壓力的變化規(guī)律。740 )this. widths 740"border=u ndef ined#111 nmousewheei=n returnzoom_i mg(event, th i s) n>3以絕對量值給出按a、b、c、d先后夯擊的順序在 不同深度處的孔隙水壓力一夯擊數(shù)曲線，其中四個孔隙水壓 力計的初始讀數(shù)分別為22. 62 kpa (2. 5m處)、2 9. 80kpa (3. 7m處)、37. 04kpa (4. 9m 處)、49. 09 kpa (6. 1m 處)。從圖 3 (a)中看出，夯擊a點時，2. 5m處的孔隙水壓力變化趨勢曲折， 原因在于其距地表

8、最近，受強夯擾動作用較大，實際中，地 表的土體存在隆起現(xiàn)象，故土體有受擠壓趨勢的時刻也有受 拉開趨勢的時刻，第1擊時孔隙水壓力值上升，第2、3擊 又下降；與夯前相比，在第10擊時，孔隙水壓力增量= 30.24k pa0 3.7m處的孔隙水壓力變化增長相對平穩(wěn)，首末 擊孔壓值u = 15. 3 1kpa，4.9、6. 1 m處的孔隙水壓力值因 埋深大，變化平穩(wěn)，首末擊時分別為7. 05、8. 29k pa。由以 上四個不同位置處的孔壓值增量看出，2. 5m處的孔隙水壓力值增量最大。夯擊完a后，轉(zhuǎn)向夯擊8點，從圖3(b)中看出 25m處的孔隙水壓力增量變化仍然曲折，15擊處于上升態(tài)勢，6擊時出現(xiàn)了

9、峰值131.79kp a，原因在于該位置處 土體的受到了強烈擠壓，與本夯點第1擊時相比，au=8 0. 29kpa,爾后又下降，但仍處于上升趨勢，表明在夯擊作 用下土體有松動現(xiàn)象，但總體上呈擠密趨勢；3. 7m處的孔壓 值上升幅度最大，與初夯時相比，末擊時u = 51.03k pa， 4.9m、6. 1m處的孔壓值上升幅度較小，首末兩擊相比au變 化分別為 7.05、8. 29kpa。從圖3(c)、(d)中看出，夯擊c、d點時，各個位置處的孔壓值變化幅度緩慢，2.5,3. 7m處孔壓值變化總體上趨緩， 其中，夯擊c夯點時3 . 7m處的孔壓值甚至經(jīng)歷了小幅度下 降過程，首末窮擊孔壓值auz i

10、o. 0 okpa,可說明窮擊c點時，夯擊能一直使測孔內(nèi)該位置處的周圍土體產(chǎn)生松動的 效應(yīng)，使得超孔隙水壓力不斷下降；同時，夯擊g、d兩點 時，4.9、6. 1m處孔壓值處于上升趨勢，說明了四個點的夯 擊能經(jīng)a、b、c、d先后順序的疊加后，繼續(xù)向深處傳播， 對土體產(chǎn)生壓密效果。由先后夯擊a、b、c、d四點時，不同位置處的孔壓值增 長規(guī)律可以初步表明了本工程試夯時擬定的夯擊能是可行 的，同時由四個點組成的立體空間里未出現(xiàn)過度的土體側(cè)向 擠出現(xiàn)象，亦說明夯點間距為5. om夯點布置是合理的。第一遍點夯、第二遍點夯以及滿夯，再到停夯，將超孔 隙水壓力增長和消散的變化全部記錄下來?？偣灿^測計時 642

11、 h （約27天），最后測讀的四個不同位置處的孔壓值全部 消散到強夯前的水平；從強夯結(jié)束時刻203h到最后觀測時 刻642h,四個孔隙水壓力計的消散速率最大為0.054kpa/ h （2. 5m 處），最小為0. 0194kpa/h （6. 1m 處）。從本工程的孔隙水壓力實測試驗中，得到了超孔隙水壓 力在水平、豎向的變化規(guī)律和疊加規(guī)律，以及隨時間的增長 和消散關(guān)系曲線。從強夯開始到強夯結(jié)束，再到地基質(zhì)量檢 測全部完成后，歷經(jīng)約一個月的時間，孔隙水壓力完全消散 到未夯前水平，滿足了填筑路堤的基本要求。鑒于超孔隙水壓力產(chǎn)生的復(fù)雜性，以及塊石強夯法施工 中的夯錘沖擊路基產(chǎn)生波動的復(fù)雜性，孔隙水壓力

12、計埋設(shè)過 程中又受到較多的干擾因素等，如孔隙水壓力計垂直度、泥 球封堵孔隙水壓力計的密實程度等，均會對觀測數(shù)值將造成 一定的影響。本文僅做了一次在塊石強夯法工程實踐中量測 超孔隙水壓力變化的嘗試，旨在說明超孔隙水壓力量測在塊 石強夯法中的應(yīng)用簡便性和可操作性，但整個試驗過程是否 具有良好的適用性和經(jīng)濟(jì)性，有待于在類似的工程實踐中進(jìn) 一步研究。參考文獻(xiàn)1 于小軍.淺談孔隙水壓力量測在地基處理重的作用 j.鹽城工學(xué)院學(xué)報，1998,1 1 （4）: 1214.2 地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊（第二版） m . xx：中國建筑工業(yè)出版社，2002.3 錢家歡，殷宗澤.土工原理與計算（第二版）m. xx: 中國水利水電出版社，1996.4 萬良勇不同孔隙水壓力的動力效應(yīng)研究d 南交通大學(xué)碩士論文，2002.5 h. l. jessberg er