真空聯(lián)合堆載預(yù)壓中孔壓監(jiān)測(cè)研究

白 雪

(寧夏公路工程監(jiān)理咨詢公司，寧夏銀川 750002)

0 引言

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓［1］在處理軟土地基時(shí)抽真空和堆載同時(shí)進(jìn)行，相比較于堆載預(yù)壓大大縮短路堤預(yù)壓時(shí)間;同時(shí)很多工程將路基堆載和路堤填筑兩道工序合并，利用本身路堤的自重作為堆載，經(jīng)濟(jì)節(jié)省。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)處理技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越廣泛的被運(yùn)用于公路軟基處理中。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工中常規(guī)監(jiān)測(cè)包括真空度、表層沉降、分層沉降、邊樁位移、測(cè)斜、孔隙水壓力、水位。孔隙水壓力監(jiān)測(cè)是其中一項(xiàng)非常重要的檢測(cè)內(nèi)容;用來(lái)控制填土速率，判斷土體的整體穩(wěn)定性;反算固結(jié)系數(shù)，進(jìn)而推斷土體強(qiáng)度增長(zhǎng)，確定荷載分級(jí)施加的時(shí)機(jī)和大小。

1 工程地質(zhì)概況與加固方案

1．1 工程地質(zhì)概況

青島某沿海公路工程路基下面原為軟土層，含水量大，強(qiáng)度低，屬于高壓縮或中等壓縮性軟土。該軟路基路段在上部填土，路面結(jié)構(gòu)及使用荷載作用下，將產(chǎn)生較大沉降。場(chǎng)區(qū)各段地層巖性特征簡(jiǎn)述如下:①人工填土。②素填土:主要由碎石、砂土、粘性土、風(fēng)化巖石碎屑組成，一般2m～3m。填土年限2年～10年，松散～稍密。③海積層軟土:灰黑色淤泥、亞粘土、亞砂土、粉細(xì)砂、含有機(jī)質(zhì)，結(jié)構(gòu)松散，具臭味，沿膠州灣海岸淤泥增厚。青島地區(qū)的軟土主要為濱海相成因，分布于膠州灣及其沿岸。

1．2 加固方案

由于場(chǎng)區(qū)路基下部軟土工程地質(zhì)性質(zhì)差，不能直接滿足地基變形及特定要求，因此采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓進(jìn)行軟基處理。塑料排水板間距1．0 m，正方形布置，打設(shè)深度10 m～17 m;砂墊層厚度50 cm。以抽真空及3 m高的填土聯(lián)合預(yù)壓，并在試驗(yàn)中對(duì)真空度、孔隙水壓力和沉降進(jìn)行觀測(cè)。經(jīng)過(guò)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固后的路基預(yù)壓結(jié)束后地基土體的平均固結(jié)度大于90%。

2 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)重要性

首先從真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的加固機(jī)理［2］來(lái)看，在真空荷載及堆載的聯(lián)合作用下，土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力。在排水條件下，隨著時(shí)間發(fā)展，土體中水被排出，超靜孔隙水壓力逐步消散，土體中有效應(yīng)力逐步增大，直至超靜孔隙水壓力完全消散。這一過(guò)程稱為固結(jié);即加固處理的全過(guò)程。由此可見(jiàn)孔隙水壓力是貫穿始終的一個(gè)重要部分，其變化規(guī)律可以展現(xiàn)地基加固處理的全過(guò)程。

其次從施工監(jiān)測(cè)中的可控性來(lái)看，通常施工過(guò)程中總是采用監(jiān)測(cè)膜下真空度來(lái)控制抽真空力度及開泵情況，但施工單位真空探頭的埋設(shè)位置及真空表的準(zhǔn)確性大大制約了其對(duì)施工的控制能力。孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)就不同了，它是由第三方監(jiān)測(cè)，孔隙水壓力計(jì)預(yù)封裝、預(yù)埋設(shè)就避免了施工單位作假的可能。且它是埋設(shè)于地基深層，受平面埋設(shè)位置的影響不大。可見(jiàn)孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)可控性較好。

3 實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中的幾種情況分析

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理監(jiān)測(cè)過(guò)程中，整理了孔隙水壓力變化的幾種情況如圖1～圖3所示。針對(duì)這幾種情況分析如下:

1)典型變化規(guī)律。K17+020～K17+421．5路段，獲得的孔壓隨時(shí)間變化曲線整體上較符合真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的典型變化規(guī)律(見(jiàn)圖1)。其規(guī)律大致分為三個(gè)階段。a．抽真空開始以后，孔壓隨著時(shí)間的增加及真空度的傳遞逐漸降低并出現(xiàn)負(fù)壓，約20 d～30 d逐漸穩(wěn)定。b．開始進(jìn)入堆載施工即真空聯(lián)合堆載期，由于上部荷載作用產(chǎn)生正的超靜孔隙水壓力及施工影響，孔隙水壓力出現(xiàn)升高，隨著時(shí)間的繼續(xù)，荷載產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力逐漸消散，孔壓在上部堆載及真空的雙重作用下達(dá)到一個(gè)新的平衡。c．最后軟基達(dá)到卸載條件后，抽真空停止，孔壓上升達(dá)到穩(wěn)定。

圖1 K 17+020～K 17+421.5孔壓時(shí)間變化曲線

2)密封膜破裂。破膜情況在抽真空過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)，K21+200～K21+850路段孔壓在40 d時(shí)有一個(gè)陡然升高回落，就是一個(gè)典型的表現(xiàn)(見(jiàn)圖2)。破膜以后需及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)膜，否則真空壓力無(wú)法維持。

圖2 K 21+200～K 21+850孔壓時(shí)間變化曲線

3)孔壓計(jì)串孔。K20+519～K21+200路段(見(jiàn)圖3)，－4．9 m與－8．9 m處孔壓變化情況基本一致，出現(xiàn)這種情況后，核查現(xiàn)場(chǎng)孔壓計(jì)埋設(shè)法相對(duì)該兩孔壓計(jì)埋設(shè)于同一個(gè)鉆孔中，初步判斷該兩孔壓計(jì)之間間隔未密封完全，出現(xiàn)了串孔現(xiàn)象。

圖3 K 20+519～K 21+200孔壓時(shí)間變化曲線

4)鉆孔未填實(shí)。圖1中開始抽真空時(shí)全部深度處孔壓均有大幅度下降，而圖2，圖3中，高程－10以下孔壓變化不大。結(jié)合真空度在地基土深部的傳遞有大幅衰減，實(shí)際情況孔壓應(yīng)該變化不大。而K17+020～K17+421．5路段初期鉆孔未填實(shí)，所以出現(xiàn)孔壓大幅下降情況。

4 儀器埋設(shè)及監(jiān)測(cè)控制要點(diǎn)

孔隙水壓力計(jì)［3，4］通常采用鉆孔埋設(shè)法。埋設(shè)分準(zhǔn)備工作及埋設(shè)工作兩步進(jìn)行。

準(zhǔn)備工作包括:透水石放入凈水中煮沸，以排除其孔隙內(nèi)的氣泡和污物;準(zhǔn)備儀器埋設(shè)相關(guān)記錄表;核對(duì)孔隙水壓力測(cè)頭編號(hào)，并對(duì)其電纜編號(hào)。埋設(shè)工作包括:采用全站儀定位鉆孔，測(cè)量初始頻率;在水中將透水石裝在測(cè)頭上，將測(cè)頭連同水桶送至鉆孔邊;確認(rèn)滿足埋設(shè)高程的要求，向孔內(nèi)放入干凈中粗砂約30 cm;測(cè)頭放入鉆孔時(shí)，盡量減少其暴露于空氣間的時(shí)間，保證透水石的飽和;確認(rèn)測(cè)頭定位后，向孔內(nèi)注入約40 cm中粗砂;回填封孔密實(shí);填寫埋設(shè)原始記錄。

綜合上文監(jiān)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的幾種情況及實(shí)際埋設(shè)過(guò)程，在此提出幾個(gè)控制要點(diǎn):

1)保證孔壓計(jì)埋設(shè)中的飽和狀態(tài)，包括準(zhǔn)備工作中透水石煮沸，以排除其孔隙內(nèi)的氣泡和污物;埋設(shè)時(shí)始終放于水中。非飽和狀態(tài)對(duì)于測(cè)頭頻率的影響較大。2)埋設(shè)孔壓計(jì)采用單孔單埋方式。考慮到現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)際操作性與經(jīng)濟(jì)性，也可1個(gè)鉆孔埋設(shè)2個(gè)～3個(gè)孔壓計(jì)，各孔壓計(jì)之間需間隔一定距離，且保證間隔的密封性，否則就會(huì)出現(xiàn)串孔情況，例如上文中出現(xiàn)的情況3。不推薦采用一孔多埋方式。3)封孔必須填實(shí)，可以采用分段分時(shí)間填實(shí)法即孔中采用孔中分段搗實(shí)，當(dāng)天填實(shí)以后，隔1 d～2 d再填1次。保證封孔成功，防止上文中情況出現(xiàn)。4)每個(gè)孔壓計(jì)外露線纜上間隔一定距離做上數(shù)個(gè)測(cè)頭編號(hào)與各儀器埋設(shè)深度相對(duì)應(yīng)，以備監(jiān)測(cè)過(guò)程中使用。

5 結(jié)語(yǔ)

1)從真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的加固機(jī)理及監(jiān)測(cè)過(guò)程可控性來(lái)說(shuō)，孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。2)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓過(guò)程中孔壓變化規(guī)律是隨著時(shí)間的增加及施工工序的開展呈現(xiàn)下降穩(wěn)定，上升再下降穩(wěn)定，上升最后穩(wěn)定三個(gè)階段。3)監(jiān)測(cè)過(guò)程出現(xiàn)的破膜、串孔、封孔不密實(shí)情況在孔壓變化上反映明顯，分析其產(chǎn)生原因，有利于掌握加固過(guò)程指導(dǎo)施工。4)孔壓埋設(shè)中測(cè)頭透水石的飽和性、各孔壓計(jì)之間間隔及鉆孔的密封儀器埋設(shè)中的控制要點(diǎn)。

［1］龔曉南．地基處理手冊(cè)［M］．第3版．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

［2］溫曉貴，朱建才，龔曉南．真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟基機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2004，34(5):40-43．

［3］JT/T 580-2004，水運(yùn)工程鋼弦式孔隙水壓力計(jì)［S］．

［4］趙秀紹，孫瑞民，楊鳳靈．孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)過(guò)程中的問(wèn)題研究［J］．金屬礦山，2007(6):47-50．