強(qiáng)夯砂樁加固填海地基孔隙水壓力特性試驗(yàn)與分析

李 冰

(福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土建系，福建 福州 350007)

強(qiáng)夯砂樁復(fù)合地基是以強(qiáng)夯置換法為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的一種新型的地基處理形式，它利用強(qiáng)夯的方法將地基土擠密或排開，將砂、塊石或其他較堅(jiān)硬的散體材料采用多次填入和夯擊，最終形成夯實(shí)砂樁與周圍的夯間土組成的復(fù)合地基[1].經(jīng)強(qiáng)夯置換法處理的地基，地基強(qiáng)度得到了提高，排水條件也得到了改善，有利于加快軟土的固結(jié)變形.

強(qiáng)夯砂樁在處理土基時(shí)，由于土體中存在著較多的孔隙水，其處理效果與孔隙水的壓力變化、消散周期等關(guān)系密切.通過對強(qiáng)夯砂樁施工及工后的孔隙水壓力監(jiān)測，了解孔隙水壓力變化規(guī)律以及其與地基處理效果的相關(guān)性有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[2].因此，文中就試驗(yàn)區(qū)中強(qiáng)夯砂樁施工過程孔隙水壓力的變化開展試驗(yàn)研究，通過對場地孔隙水壓力的監(jiān)測，得出強(qiáng)夯置換過程中周圍土體中的孔隙水壓力在試驗(yàn)過程中的變化，確定了合理的施工控制，制定了用于指導(dǎo)整個(gè)工程的施工參數(shù)，確保了施工的質(zhì)量和工期.

1 工程地質(zhì)條件

海域整治建設(shè)工程采用陸域回填開山土形成，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，試驗(yàn)區(qū)場地土層分布自上而下的情況如下： (1)人工填土層由新開開山土拋填形成，由粉質(zhì)粘土夾雜強(qiáng)風(fēng)化砂巖碎屑、全風(fēng)化花崗巖碎屑組成，含有大量貝殼，最大粒徑為1.0 cm，厚度為3.0～4.0 m； (2)淤泥質(zhì)粘土層，厚1.3～2.8 m，呈軟塑狀態(tài)； (3)淤泥層，厚度為1.5～2.5 m，呈可塑狀態(tài).土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1.地下水位埋深約4.0 m，受潮汐影響較小，水位穩(wěn)定.

表1 各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Tab.1 Every main physical mechanics character of soil layer

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)分區(qū)及試驗(yàn)施工參數(shù)

試驗(yàn)采用強(qiáng)夯工法進(jìn)行地基處理，為了確定強(qiáng)夯施工工藝參數(shù)，在250 m×50 m的試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)夯前的試夯工作.強(qiáng)夯砂樁試驗(yàn)施工參數(shù)如表2所示.

表2 強(qiáng)夯砂樁試驗(yàn)施工參數(shù)Tab.2 The construction parameter of dynamic sand pile

2.2 超靜孔隙水壓力埋設(shè)與觀測

孔隙水壓力測試系統(tǒng)由孔隙水壓力計(jì)和量測儀器兩部分組成[3].孔隙水壓力值由頻率儀測得的頻率值換算得出.

試夯區(qū)內(nèi)共布置2組孔隙水壓力計(jì)，1#試驗(yàn)區(qū)為沿夯坑周邊等半徑環(huán)向布置，距離夯坑中心為2.0 m，共設(shè)4個(gè)，水平向間距為0.8 m，沿深度布設(shè)間隔為1 m左右，保證強(qiáng)夯最大影響深度范圍內(nèi)均有布置；2#試驗(yàn)區(qū)為沿徑向等間距布置，共3個(gè)，深度均為7 m左右，距離夯坑中心分別為2.0 m、3.0 m、4.0 m.為了準(zhǔn)確掌握夯擊時(shí)孔隙水壓力的變化規(guī)律，夯擊過程中對每組孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行了跟蹤觀測，在試夯區(qū)外相應(yīng)布置水位孔2個(gè)，試驗(yàn)同時(shí)對場地地下水位的變化情況進(jìn)行觀測并作為超孔隙水壓力觀測值的修正依據(jù).

3 孔隙水壓力觀測結(jié)果與分析

3.1 1#試驗(yàn)分區(qū)

1#試驗(yàn)區(qū)累計(jì)超孔隙水壓力與夯擊數(shù)關(guān)系曲線見圖1.5個(gè)夯點(diǎn)不同深度的超孔隙水壓力與夯擊次數(shù)增加的變化規(guī)律大致相似，文中取代表性的1-1、1-3、1-5夯點(diǎn)的曲線圖進(jìn)行分析,見圖2.圖中的孔隙水壓力值已根據(jù)水位管中水位觀測的結(jié)果，將水位變化引起的孔隙水壓力變化值消除.

圖1 1#試驗(yàn)區(qū)累計(jì)孔隙水壓力與夯擊數(shù)關(guān)系Fig.1 The relation of total pore-water pressure and tamping times in NO.1 testing area

圖2 1#試驗(yàn)區(qū)不同夯點(diǎn)孔隙水壓力與夯擊數(shù)關(guān)系圖Fig.2 The relation of different tamping point′s pore-water pressure and tamping times in NO.1 testing area

從圖中可以看出以下變化規(guī)律：

(1)在各夯點(diǎn)試驗(yàn)過程中，孔壓計(jì)KY1-4 (埋深5.1 m)、KY1-3 (埋深6.3 m)、KY1-1 (埋深7.0 m)、KY1-2 (埋深7.7 m)的超孔壓值孔隙水壓力隨著夯擊數(shù)的增加而持續(xù)增加，最后趨于平穩(wěn).其埋深越小，產(chǎn)生的超孔壓值越大；

(2)超孔隙水壓力的增長幅度隨著深度的增加而減小，淺層增加較快，深層增加較慢，4～6 m深度范圍內(nèi)的超孔隙水壓力變化明顯，7.1 m以下超孔隙水壓力變化很小，說明對于本次試驗(yàn)的強(qiáng)夯參數(shù)，強(qiáng)夯砂樁的影響深度為7.5 m左右.

3.2 2#試驗(yàn)分區(qū)

2#試驗(yàn)區(qū)累計(jì)超孔隙水壓力與夯擊數(shù)關(guān)系曲線見圖3，距離夯點(diǎn)中心不同間距處的超孔隙水壓力與夯擊次數(shù)的增加的變化規(guī)律大致相似，文中取代表性夯點(diǎn)的曲線圖見圖4.

圖3 2#試驗(yàn)區(qū)累計(jì)孔隙水壓力與夯擊數(shù)關(guān)系Fig.3 The relation of total pore-water pressure and tamping times in NO.2 testing area

圖4 2#試驗(yàn)區(qū)超孔隙水壓力與夯擊數(shù)關(guān)系圖Fig.4 The relation of super-pore-water pressure and tamping times in NO.2 testing area

由圖3與圖4可知，3個(gè)不同埋深點(diǎn)的孔隙水壓力隨著夯擊數(shù)的增加而持續(xù)增加，但增加較1#試驗(yàn)區(qū)緩慢，其中KY2-3的增長速率略快于KY2-2，應(yīng)是其埋深越小，產(chǎn)生的超孔壓值越大所致(注：KY1-1在第8擊后失效，無法準(zhǔn)確判斷同一深度強(qiáng)夯砂樁水平影響距離).

3.3 孔壓消散規(guī)律

夯點(diǎn)施工結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行了孔隙水壓力和水位的監(jiān)測，圖5為孔隙水壓力消散曲線.可以看出,強(qiáng)夯時(shí)超孔隙水壓力逐漸增大，達(dá)到峰值，待強(qiáng)夯結(jié)束后又開始回落，在前5天內(nèi)孔隙水壓力消散速率比較快，此后的消散速率減緩，完全消散需要更長時(shí)間；埋深淺層土體的超孔隙水壓力增長幅度和消散速率均相對較快.土層上部(5 m)和下部(7 m)的超孔隙水壓力消散較快，說明上下兩個(gè)界面具有較好的排水效果.

圖5 孔隙水壓力消散曲線Fig.5 The dissipation curve of pore-water pressure

3.4 累計(jì)超孔隙水壓力與埋深的預(yù)測分析

強(qiáng)夯砂樁的埋深、單點(diǎn)的總夯擊能、夯擊次數(shù)、累計(jì)平均夯擊能、土體的滲透性等諸多因素影響著超靜孔隙水壓力的大小及變化，其中強(qiáng)夯砂樁的埋深對累計(jì)超孔隙水壓力影響較為顯著[4].埋深不同，孔隙水壓力峰值不同.為預(yù)測累計(jì)超孔隙水壓力與埋深關(guān)系趨勢[5],采用回歸模型對不同埋深的孔壓資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，回歸曲線與實(shí)測曲線的對比如圖6所示.說明埋深越小，則產(chǎn)生的超孔壓值越大，也就是說越接近夯錘底，產(chǎn)生的超孔壓值越大，最大值超過了其上伏有效壓力的1倍以上.

圖6 累計(jì)超孔隙水壓力與埋深關(guān)系曲線Fig.6 The relation curve of total super-pore-water pressure and burial depth

4 結(jié) 論

綜合1#和2#試驗(yàn)分區(qū)的孔壓監(jiān)測結(jié)果，由強(qiáng)夯置換引起的超孔隙水壓力的變化規(guī)律表現(xiàn)為：

(1)超孔隙水壓力隨著夯擊數(shù)的增加而不斷增大，但隨著夯擊數(shù)的增加，其增長趨勢逐漸放緩至接近于平穩(wěn).

(2)強(qiáng)夯產(chǎn)生的超孔壓值與深度關(guān)系較大，埋深越小，則產(chǎn)生的超孔壓值越大.

(3)孔壓消散在前5 天較快，消散至70%至少需要7 天的時(shí)間，而后消散速度逐漸下降，孔壓完全消散則需要相對較長的時(shí)間.

參考文獻(xiàn)：

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