超孔隙水压力量测试验在块石强夯法中的应用研究

(内蒙古建筑职业技术学院 建筑工程系，内蒙古 呼和浩特 010050)
摘 要： 文章介绍了在块石强夯法施工中超孔隙水压力计的安设方法和测量目的，实测了在不 同的夯击点处超孔隙水压力的变化趋势，阐述了超孔隙水压力量测在块石强夯法施工中的有 效性和可操作性，提出此法值得在施工中应用以及进一步的论证。
关键词：超孔隙水压力；量测；块石强夯法；变化趋势
中图分类号：TU413.7  文献标识码：A  文章编号： 1007—6921(2008)22—0034—02
1 孔隙水压力产生的机理

孔隙水压力按其产生的机理可分为静孔隙水压力和超静水孔隙压力。静孔隙水压力是由土层 中地下水的静水位引起的，即静止水位以下单位面积上水体重量所产生的压力；超静水孔隙 压力是由外加荷载或水位变化所引起的孔隙水压力，随着时间的增长而逐渐消散(即固结过 程)，最后转化为有效应力〔1〕〔2〕〔3〕。
超孔隙水压力的量测对强夯法处理的地基工程而言意义十分重要，主要表现在以下两方面〔2〕〔3〕：研究强夯的影响深度和夯击影响的平面有效范围；确定最佳夯击次数以及 两遍夯击之间的间歇时间。

一般地，超孔隙水压力随夯击数的增加而增大，且第一击的增量最多，以后逐渐减慢，几次 夯击以后超孔隙水压力趋于稳定。在已有的施工经验中〔2〕，强夯法加固砂性土地 基时，由于孔隙水压力增长及消散的过程仅需几分钟，超孔隙水压力不能随夯击能的增加而 叠加，所以通过分析超孔隙水压力与夯击数的关系图，可得出最佳夯击次数；还可通过分析 强夯引起的超孔隙水压力随时间的消散规律，从而确定各遍夯击之间的间歇时间。在本试验 中，地基土层为粉质粘土及粉土，每次夯击之后，超孔隙水压力难以在短时间内消散，因此 没有开展超孔隙水压力消散与夯击数的关系，而进行了整个夯击过程中超孔隙水压力增长与 夯击数的关系，以及夯击结束之后超孔隙水压力消散规律的观测〔3〕。
2 工程背景和工程地质条件

某市绕城高速公路软土路基段试夯段长度为50m，地质资料如下。

第1层为粉质中液限粘土，含有机质，黑色，湿～饱和，可塑状态，层厚1.40m，其容许承载 力［σ₀］为100kPa：地下水位为0.60～0.80m。

第2层为粉土，灰色，饱和，松散状态，该层厚2.90m，其容许承载力［σ₀］为120～140 kPa，压缩模量为4.55～5.68MPa。

第3层为粉土，灰色，饱和，松散～中密状态，该层厚为2.70m，其容许承载力［σ₀］为1 80kPa。

第4层为粉质中液限粘土，黄褐色，饱和，可塑状态，其容许承载力［σ₀］为200kPa，该 层未穿透。

由于该场地路基自天然地面以下一定的深度内，为饱和的粉质粘土和粉土，含水量大，孔隙 比大，压缩系数大，属于软土路基段，综合考虑采取了块石强夯置换法加固路基的方法，该 方案的要点如下：
①采用15t重圆柱形夯锤，直径为1.5m，高度为2.0m，落距为10.0m，单击夯击能为1 500kN ·m；②拟定三遍夯击，第一、二遍为点夯，夯击能采用1 500kN·m，夯点布置如图1所 示；第三遍为满夯，相互搭接面积按1/3夯锤底面积搭接，单击夯击能为800kN·m；③第一 、二遍夯点的夯击次数由最后两击夯沉量≤50mm来控制，且夯击数不少于8击，第三遍夯5击 ；④拟加固深度为5.0m，复合地基置换率m为0.126(块石墩直径按2.0m计)，要求形成的 块石墩长度≥2.0m，整个块石强夯置换法复合地基的剖面图如图1所示。


3 超孔隙水压力计安设和观测试验

本试验中，在试夯区的夯击点之间，选定孔隙水压力测试点，采用振弦式孔隙水压力计，采 用一孔多测的方法，即在一孔内按一定的间距安设多个孔隙水压力计的方法。本试验所用的 四个孔隙水压力计布置情况如图2所示，其中从地面向下，距地面为2.5m处的孔隙水压力计 量程为200kPa，其余的三个量程均为100kPa，距地面距离依次为3.7m、4.9m、6.1m。本试 验中，在由A、B、C、D四个夯击点组成的平面中心处安设了孔隙水压力计，旨在研究夯击能 作用下沿土体竖直方向超孔隙水压力的变化规律。

图3以绝对量值给出按A、B、C、D先后夯击的顺序在不同深度处的孔隙水压力－夯击数曲线 ，其中四个孔隙水压力计的初始读数分别为22.62kPa(2.5m处)、29.80 kPa(3.7m处)、37.04  kPa(4.9m处)、49.09 kPa(6.1m处)。从图3(a)中看出，夯击A点时，2.5m处的孔隙水压力 变化趋势曲折，原因在于其距地表最近，受强夯扰动作用较大，实际中，地表的土体存在隆 起现象，故土体有受挤压趋势的时刻也有受拉开趋势的时刻，第1击时孔隙水压力值上升， 第2、3击又下降；与夯前相比，在第10击时，孔隙水压力增量Δu＝30.24kPa。3.7m处的孔 隙水压力变化增长相对平稳，首末击孔压值Δu＝15.31kPa，4.9、6.1m处的孔隙水压力 值因埋深大，变化平稳，首末击时分别为7.05、8.29kPa。由以上四个不同位置处的孔压 值增量看出，2.5m处的孔隙水压力值增量最大。夯击完A后，转向夯击B点，从图3(b)中看 出25m处的孔隙水压力增量变化仍然曲折，1～5击处于上升态势，6击时出现了峰值131.7 9kPa，原因在于该位置处土体的受到了强烈挤压，与本夯点第1击时相比，Δu＝80.29kPa ，尔后又下降，但仍处于上升趋势，表明在夯击作用下土体有松动现象，但总体上呈挤密趋 势；3.7m处的孔压值上升幅度最大，与初夯时相比，末击时Δu＝51.03kPa，4.9m、6.1m 处的孔压值上升幅度较小，首末两击相比Δu变化分别为7.05、8.29kPa。

从图3(c)、(d)中看出，夯击C、D点时，各个位置处的孔压值变化幅度缓慢，2.5、3.7m处孔 压值变化总体上趋缓，其中，夯击C夯点时3.7m处的孔压值甚至经历了小幅度下降过程，首 末夯击孔压值Δu＝－10.00kPa，可说明夯击C点时，夯击能一直使测孔内该位置处的周围 土体产生松动的效应，使得超孔隙水压力不断下降；同时，夯击C、D两点时，4.9、6.1m 处孔压值处于上升趋势，说明了四个点的夯击能经A、B、C、D先后顺序的叠加后，继续向深 处传播， 对土体产生压密效果。

由先后夯击A、B、C、D四点时，不同位置处的孔压值增长规律可以初步表明了本工程试夯时 拟定的夯击能是可行的，同时由四个点组成的立体空间里未出现过度的土体侧向挤出现象， 亦说明夯点间距为5.0m夯点布置是合理的。

第一遍点夯、第二遍点夯以及满夯，再到停夯，将超孔隙水压力增长和消散的变化全部 记录下来。总共观测计时642h(约27天)，最后测读的四个不同位置处的孔压值全部消散到 强夯前的水平；从强夯结束时刻203h到最后观测时刻642h，四个孔隙水压力计的消散速率最 大为0.054kPa/h(2.5m处)，最小为0.0194kPa/h(6.1m处)。

从本工程的孔隙水压力实测试验中，得到了超孔隙水压力在水平、竖向的变化规律和叠加规 律，以及随时间的增长和消散关系曲线。从强夯开始到强夯结束，再到地基质量检测全部完 成后，历经约一个月的时间，孔隙水压力完全消散到未夯前水平，满足了填筑路堤的基本要 求。

鉴于超孔隙水压力产生的复杂性，以及块石强夯法施工中的夯锤冲击路基产生波动的复杂性 ，孔隙水压力计埋设过程中又受到较多的干扰因素等，如孔隙水压力计垂直度、泥球封堵孔 隙水压力计的密实程度等，均会对观测数值将造成一定的影响。本文仅做了一次在块石强夯 法工程实践中量测超孔隙水压力变化的尝试，旨在说明超孔隙水压力量测在块石强夯法中的 应用简便性和可操作性，但整个试验过程是否具有良好的适用性和经济性，有待于在类似的 工程实践中进一步研究。
［参考文献］
［1］ 于小军. 浅谈孔隙水压力量测在地基处理重的作用［J］.盐城工学院学报，19 98,11(4)：12～14.
［2］ 地基处理手册编写委员会. 地基处理手册(第二版)［M］.北京：中国建筑工 业出版社，2002.
［3］ 钱家欢，殷宗泽. 土工原理与计算(第二版)［M］.北京：中国水利水电出 版社，1996.
［4］ 万良勇. 不同孔隙水压力的动力效应研究［D］. 西南交通大学硕士论文，200 2.
［5］ H. L. Jessberger, R. A. Beine. Heavy Tampings［A］. Theoretical and  Practical Aspects. Proc. of 10th international conference on soil mechanics and  foundation Engineering［C］. Stockholm, 1981, 54(4):695~699.

推荐访问:孔隙 水压 力量 测试 研究