靜壓管樁施工中孔隙水壓力消散規(guī)律研究

劉 岑，陳 曦，馬昊天，毛 力，馮浩清，王 哲，宋佳峰，章 韜

(1.岱山縣經(jīng)濟開發(fā)服務中心,浙江 岱山 316200； 2.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311100；3.浙江工業(yè)大學土木工程學院，浙江 杭州 310023; 4.金華市多湖中央商務區(qū)建設投資有限公司，浙江 金華 321000)

靜壓管樁作為深厚軟土地基處理的主要手段之一，相較于錘擊法具有噪聲低、污染少、振動弱、施工質量可靠等諸多優(yōu)點，已廣泛運用于工程之中[1-4]。 但是，在飽和軟土中靜壓沉樁時，由于土體受到沉樁的擠壓，原有的平衡狀態(tài)被破壞，造成土體應力在一定范圍內增大，形成較大的超孔隙水壓力[5-6]。超孔隙水壓力過大，超過上覆土的自重，會導致土粒之間的有效應力減少，土粒就會處于懸浮狀態(tài)，進而導致土體產(chǎn)生噴水現(xiàn)象，影響樁基礎施工質量，降低土體承載力的同時還會對周圍的建筑物及地下管線產(chǎn)生不利影響[7-10]。因此，為了防止靜壓管樁在施工過程中沉樁擠土應力對樁基的破壞和對周圍建筑及管道的影響，避免過大超孔隙水壓力對樁基的破壞，根據(jù)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)調整施工就顯得十分重要。

本文的主要工作就是結合“高亭-雙合快速主干線”的建設工程，設計孔壓計的布置方案并在施工現(xiàn)場進行布置，隨著工程的施工進程來監(jiān)測孔隙水壓力的數(shù)值，并繪制孔隙水壓力消散曲線，得到孔隙水壓力消散曲線，對之后的工程施工提供相應的參考和意見。

1 工程概況

1.1 項目位置

根據(jù)《岱山縣綜合交通規(guī)劃(2015-2030)》，526國道岱山段為岱山“一縱一主一環(huán)三聯(lián)四軸”的骨架規(guī)劃道路網(wǎng)中的“一主”，即為“高亭-雙合快速主干線”。本項目建設有利于進一步對接寧波舟山港主通道(魚山石化疏港公路)和岱山至舟山疏港公路，完善岱山公路網(wǎng)布局，推進魚山綠色石化項目建設;有利于加強岱山西部功能拓展區(qū)和中部綜合發(fā)展的聯(lián)系，促進岱山經(jīng)濟發(fā)展。因此，本項目的建設具有重要的意義，項目地理位置圖詳見圖1。

本工程項目包含主線一條及支線兩條，按JTG B01—2014公路工程技術標準中一級公路標準設計,設計速度為80 km/h,主線設計路基寬度26.5 m～28.5 m,支線設計路基寬度26.5 m。

擬建主線(推薦線)起點位于雙合，與在建寧波舟山港主通道(魚山石化疏港公路)相接,終點位于江南島，與在建岱山至舟山疏港公路相接，全長約24.415 km。

1.2 水文地質條件

本公路沿線地下水根據(jù)含水組地層巖性、地下水的賦存條件、地下水水動力特征，可劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩大類;地表水主要分為海水、養(yǎng)殖塘塘水、鹽田灌溉水、河水等。

1)松散巖類孔隙潛水主要賦存于第四系松散堆積層中，平原區(qū)孔隙潛水主要賦存于淺部的填土、淤泥質土、黏性土層中。本施工區(qū)域孔隙潛水水量小，對本工程無不良影響，但應注意，雨季時，丘陵區(qū)地下水水量增多，對邊坡、隧道開挖施工有一定的不利影響。

2)根據(jù)沿線鉆探成果，本區(qū)孔隙承壓水主要分為淺層和深層承壓水兩類。其中淺層微承壓水主要于含黏性土粉砂層中，含水層厚一般均為1.0 m～6.0 m，分布極不穩(wěn)定，以透鏡體或條帶狀分布，黏性土含量高，透水性一般，水量相對較小，具微承壓性，水質為微咸水，基本不流動，對工程影響小。而深層孔隙承壓水主要分布于平原區(qū)中下部，透水性好，但含水層厚度不大，且厚薄不一，分布不連續(xù)、不穩(wěn)定，水量一般不大，具承壓性，水質為微咸水，動態(tài)變化不明顯，基本不流動。孔隙承壓水對本項目工程建設影響較小。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測布置位置

圖2為孔壓計布置圖，圖3為孔壓計布置現(xiàn)場實拍圖。如圖2所示，測孔位于開挖槽段中心，預計布置4個測點。其中A,B,C測點等間距布置，樁距2.5 m，A點位于兩樁中心點，距樁中心1.25 m，B距樁身0.5 m，C，D點向外側等間距布置。D點布置于樁外側5 m位置。研究預應力管樁施工過程中對周邊土體孔壓的影響。

每一測孔內測點垂直間距為3 m～4 m左右。其中測孔A，B布置4個傳感器，外側剩余2個測孔布置3個傳感器，預計共布設14個孔隙水壓力計，并在布置傳感器時進行對應編號,形成水平及垂直方向上的對比。

2.2 布置方法

首先，將傳感器綁扎在鋼筋上，鋼筋長度需足夠，傳感器導線沿鋼筋固定，并對傳感器及末端導線進行編號，此過程可在工程區(qū)外加工完成。然后將帶有傳感器的鋼筋直接豎直插入土層中，若鋼筋長度足夠，可吊裝后插入土層中，若鋼筋長度不夠，可分段綁扎然后采用直螺紋連接再吊裝(現(xiàn)在采用的方案)。最后在鋼筋末端焊接橫向鋼筋或十字鋼筋，放置于槽段兩側碎石墊層，防止傳感器及鋼筋下沉。

2.3 保護措施及讀數(shù)

將傳感器導線通過鋼管或塑料管引至工程區(qū)邊緣位置，同時，鋼管埋入地下，對傳感器導線進行保護，線頭裝入盒中，做標記保護。利用頻率計進行數(shù)據(jù)采集并讀數(shù)。監(jiān)測頻率暫定1 d/1次。后期2 d/1次，1周/1次。每個孔壓計有單獨的編號對應不同的K值，加長導線后在導線末端做標簽(如1號測點1號編號)便于后期讀數(shù)計算。

3 監(jiān)測區(qū)孔隙水壓力變化規(guī)律分析

如圖4～圖7所示，為各個測孔的孔隙水壓力隨時間變化圖。第7天為沉樁日，從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得到各點孔隙水壓力的變化曲線。

其中兩段曲線，一段是第40天～第80天，出現(xiàn)一段平穩(wěn)的直線，原因是在新冠肺炎的影響下，工人返工延遲導致監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺失；另一段是第80天～第85天，出現(xiàn)一段上升的曲線，原因是工程所在地臨海，潮汐導致海水水位上漲，孔隙水壓力增加。

拋開前兩者的影響再分析以下四個圖表監(jiān)測得的孔隙水壓力數(shù)值，很直觀的發(fā)現(xiàn)兩柱中心、距樁0.5 m和2.5 m 的孔隙水壓力大小和變化規(guī)律相似，但距離樁5 m的孔隙水壓力變化與其他3個測點的變化不一致。據(jù)此推斷，靜壓沉樁孔隙水壓力的主要影響半徑大于2.5 m但不超過5 m，超過5 m后，靜壓沉樁對其孔隙水壓力的影響就大大減小。

3.1 孔隙水壓力與徑向距離和深度的變化規(guī)律

如圖8～圖11所示是監(jiān)測區(qū)孔隙水壓力不同深度對比圖，顯而易見，孔隙水壓力和徑向距離在一定范圍內是成正比的，離樁身越近，孔隙水壓力越大，但兩樁中心沒有體現(xiàn)出來這個規(guī)律。

眾所周知，沉樁時土中應力會隨著深度的增加而增大，從監(jiān)測數(shù)據(jù)也能得到，孔隙水壓力與深度也是成正比的，深度越深，孔隙水壓力越大，且與樁距也有一定關系，樁距越大，深度對孔隙水壓力的影響也越大，但是在離樁身距離很近時，或在兩樁之間，深度對孔隙水壓力的影響減弱，因為可以看到，A和B上的傳感器在不同深度的值上下波動，但沒有明顯的規(guī)律。據(jù)此推斷，當離樁一定范圍后，深度對孔隙水壓力的值影響很小，甚至沒有。

3.2 孔隙水壓力的時間消散規(guī)律

根據(jù)圖4～圖11現(xiàn)場孔隙水壓力監(jiān)測值隨時間變化的曲線圖，如表1所示，孔隙水壓力經(jīng)歷沉樁100 d之后，不同深度、不同距離的孔隙水壓力值都有了一定的減小，而且大多數(shù)是小于沉樁前的孔隙水壓力值。但不同深度、不同距離的孔隙水壓力減小值大小不一。據(jù)此推斷孔隙水壓力的消散和其深度、距離沒有直接的關系。

表1 最終孔壓計變化值

根據(jù)整理的消散過程分析，孔隙水壓力是隨著時間緩慢波動下降的，消散值和時間成正比。這可以為工程施工提供實際的參考意義。

4 結論

1)靜壓沉樁引起的孔隙水壓變化可以簡單地分為兩個階段:一段是在沉樁期間的孔隙水壓力積累階段；另一段是在沉樁之后孔隙水壓力逐漸消散階段。積累時孔隙水壓力上升快，消散時下降的慢。

2)靜壓沉樁會引起的土體孔隙水壓的變化，但影響的范圍主要是以樁為圓心，半徑5 m的土體中，超過5 m時，影響程度大大減弱。

3)孔隙水壓力和徑向距離在一定范圍內成正比，離樁身越近，孔隙水壓力越大。

4)孔隙水壓力和深度成正比，深度越深，孔隙水壓力越大，樁距也會影響孔隙水壓力在深度的變化，樁距大時，深度對孔隙水壓力的影響也變大。

5)孔隙水壓力是隨著時間緩慢波動下降的，消散值和時間成正比。