预制桩施工中超孔隙水压力监测案例分析.docxVIP

? ? 预制桩施工中超孔隙水压力监测案例分析 ? ? 李 睿 （上海申元岩土工程有限公司，上海 200001） 0 引言 城镇化的进程一方面为人民群众提供了更加方便快捷的生活环境，另一方面不可避免地会带来城市核心区域土地资源逐渐稀缺，特别是东部沿海地区，土地价格和住宅价格增长明显，这些因素迫使城市的建设逐步向地下更深处或者天空更高处发展，城市内出现了越来越多的高层住宅及商业建筑。这些建筑物荷载较大，对工程建设稳定性要求高，而东部沿海地区主要以软土～中软土为主，对重要性等级较高或者荷载较大的建筑物而言需进行地基处理，结合各地区的岩土特点，一般的地基处理方式以预制桩及钻孔灌注桩为主。 相比钻孔灌注桩造价高、施工周期长、环境污染大的缺点，预制混凝土桩凭借其造价较低、施工速度快、可提前预制及环境污染小等特点在东部沿海地区被广泛采用。根据场地的周边环境和地质条件可以选择锤击法沉桩或静压法沉桩，后者是预制桩施工的主要方法之一。但在地下水位较低的饱和土层中，预制桩沉桩过程中容易出现由于管桩的挤土效应引起的超孔隙水压力[1]，致使桩周饱和砂土和粉土出现液化、邻近桩基上浮及挤土作用对周边管网产生的不利影响，因此，预制桩施工中土层超孔隙水压力的监测工作具有重要的研究价值。 1 孔隙水压力的监测 1.1 孔隙水压力概念 依据土体的三相组成，在饱和土体中仅由固体及液体两相组成，固体即土粒颗粒、土骨架，液体即颗粒间的孔隙水。沉桩过程中，土的体积被桩的体积所置换，土颗粒间出现挤压，一部分土体发生塑性破坏，此时土体主要承受两部分外力作用：颗粒间应力及孔隙水压力[2]。颗粒间应力主要通过颗粒间的接触面传递应力，由土体骨架承担；孔隙水压力则是通过孔隙水传递，但孔隙水压力仅可承受法向应力，而无法承受剪应力。 孔隙水压力根据产生的机理主要分为静孔隙水压力及超孔隙水压力[3]。静孔隙水压力是普遍存在饱和土体中的一种力，是由稳定土体中的静水位自重引起的，不随时间的变化而变化；而超孔隙水压力是在受到外力作用或水位急剧变化时土层中产生的一种力，由附加应力引起，固结过程中逐步向有效应力转换，变化规律与时间有关。 1.2 孔隙水压力监测方法 孔隙水压力的监测可采用孔压静力触探试验或孔隙水压力计测量[4]。孔压静力触探试验是在双桥静力触探试验探头上加入了水压力传感器，适合于软土及中软土地区，实践证明，孔压静力触探试验探头的寿命较短、试验时间长且试验结果误差大，一般较少采用；孔隙水压力计可根据试验要求选择埋设的深度及位置，可长时间对孔隙水压力进行监测，近期振弦式水压力计使用较多，具有稳定性强、灵敏度高、温度敏感低、防水性能好等优点，更适合长期的高精度水压力监测工作。 2 孔隙水压力监测案例 为了减少超孔隙水压力对周边环境及邻近桩基的影响，通过监测沉桩过程中超孔隙水压力的变化为后续桩基的施工速度及施工方案提供数据参考。 2.1 项目概况 白鹤滩-浙江±800kV特高压直流输电工程受端换流站工程位于浙江省杭州市余杭区塘栖镇五坑村、唐公村行政区域内，站址北距京杭大运河250m，西侧紧邻顺达路，场地东部有村道通过，交通便利。为确定桩基施工方案，选择场地西北角，进行桩基前期试桩工作，对试验区内的桩基进行抗压/水平静载荷试验及孔隙水压力监测，现场试桩位置平面示意图见图1。 图1 现场试桩位置平面示意图 2.2 地质条件 拟建站址位于浙北平原区的杭嘉湖平原西南部，地貌成因为冲湖积、海积平原。场地地势相低洼，地形较为平坦，地面高程一般为2.0～4.0m，场地现以菜地和果园为主。场地地层分布较为平稳，上部以第四系全新统湖沼积粉质黏土、海积淤泥质粉质黏土、冲海积黏质粉土和海积淤泥质黏土为主，下部以第四系上更新统冲湖积粉质黏土、海积粉质黏土和冲积成因的圆砾混砂为主。各地基土层性状及分布自上而下描述见表1。 表1 各地基土层性状及分布描述 2.3 监测方案 根据监测方案，平面上测试孔宜沿着应力变化最大方向并结合监测对象位置布置，本次试验拟布置3个点位（SY01、SY02、SY03），孔深45m，分别布置在桩深43m管桩附近，在垂直方向上测点应根据分布特点和地层结构布设，本次试验每隔5m深度布设一个测点，保证每个布孔每层不少于一个测点，管桩现场试验检测布置图见图2。 图2 管桩现场试验检测布置图 采用钻机成孔，成孔后先向孔内注入高为20cm的粗砂，然后向孔内缓缓放入孔隙水压力计，再灌入30cm的粗砂，填入黏性土，依次埋设下一个孔压计，上部用黏性土密封好，孔隙水压力计引出电缆用套筒保护，探头和读数仪通过电缆相连，用于观测孔隙水压力计的频率变化，通过换算得到孔隙水压力变化情况。 孔隙水压力计算式如下： 式中： u——孔隙水压力，kPa； k——标定系数，kPa/Hz2； ?i——测试频率，Hz； ?0