深厚软土地区孔隙水压力计埋设技术研究

付贵海，魏丽敏，王永和，周 慧

(1.中南大学 土木建筑学院，长沙 410075;2.湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 413000;3.湖南城市学院 城市管理学院，湖南 益阳 413000)

在深厚软土地区采用锤击法或静压法进行预应力管桩施工，由于土体受到剧烈扰动及软土较差的渗透性，会在桩周饱和软土中产生很高的超孔隙水压力，挤土使桩周土隆起，可造成已打入的桩上浮、侧移或挠曲，损坏附近的地下管线和设施。因此在沉桩过程中进行孔压力监测很有必要。孔压计埋设的质量对测试结果有较大的影响，多数论文对监测数据处理结果分析得较多，对埋设过程、埋设方法介绍得较少［1-5］，而部分文献只介绍一个孔埋设一个孔压计的情况［6-8］。在江浙一些地区，软土深达数十米，一孔埋设一个孔压计并不困难，但钻孔工作量大，不经济，且不同深度的孔压计在平面上的距离相差较大，此时土质条件可能发生较大变化，因此得到的孔隙水压力变化规律并不是在同一个竖直平面内不同深度的孔压变化规律，也就是说测试数据会缺乏相比性。若一孔设置多个孔压计，埋设第一个会比较顺利，但埋设其余孔压计会因为缩孔而导致孔压计埋设不到位。张功新等利用改进后的孔压计封孔装置，实现一孔埋设多个孔压计，但其装置制作比较麻烦，还有可能压坏孔压计[9]。本文结合实际工程，摸索出一套在深厚软土地区埋设孔压计的适用方法。

1 工程概况

新建杭甬铁路为时速300～350 km的无砟轨道客运专线，杭甬客运专线上虞北站位于浙江省上虞市境内，属冲海积平原区，主要辟为园林、果园，有数条沟渠横穿站址，水塘零星分布。地表水主要来自沟渠和塘水;地下水以第四系孔隙潜水为主，埋深约0.5～2.5 m，主要受大气降水及地表水的补给。铁路正线及其它站线地基采用预应力管桩+筏板结构加固，桩径0.5 m，桩间距2.5 m，桩长43～47 m(桩端嵌入(3)4细圆砾土层内不小于1.0 m)，按正方形布置。孔隙水压力计埋设于K73+400断面附近，该断面工程地质概况见表1。

表1 工程地质概况

试验桩SP3布置于DK73+400断面处，在距试验桩SP3中心前后左右1.25 m处布置4个测试孔，其中一个孔埋设4个孔压计，另外三个孔每孔布置3个孔压计，孔压计设计最大埋深41 m，采用钻孔埋设。

2 孔压计埋设步骤

2.1 埋设前准备

本次试验采用的是长沙金码高科技实业有限公司生产的JMZX-5506AT和JMZX-5510AT两种型号的孔隙水压力计，导线采用四芯加强屏蔽水工电缆线，用综合测试仪可直接显示压力值，也可显示振弦频率，测量直观、简便、快捷。而传统的孔隙水压力计大都直接显示振弦频率，根据振弦频率和孔隙水压力的关系公式再计算孔隙水压力值。埋设前应做以下准备工作:①制作砂袋。为了保证孔隙水压力计进水口畅通，防止泥浆堵塞，用较密的尼龙网自制比孔压计直径大2～3 cm的砂袋，见图1。其内装中细砂，将孔隙水压力计部分放置在砂袋中，要保证孔隙水压力计上的透水石全部置于砂中，砂袋上部用铁丝固定在孔隙水压力计上，防止砂袋滑落。②购买细绳子。本试验采用直径为4 mm的尼龙绳，其作用有两方面:一是保护导线，将细绳系于孔压计顶部，在孔隙水压力计下沉过程中逐渐释放绳子，不要让导线受力以免被拉断;二是通过细绳确定孔压计下沉的深度。③准备黏土泥球。泥球主要用于封孔，封孔目的是隔断水压计上下水源，以防窜孔。泥球是用膨润土制成，风干后的泥球遇水崩解，从而达到封孔的目的。泥球可以自制也可购买，自制比较麻烦，泥球因黏性大不易搓且风干时间较长，至少一周以上，未风干的泥球不易崩解。④水中浸泡。在埋设前将孔隙水压力计连同砂袋一起放入清水中浸泡4～5 h，目的主要是排除孔隙水压力计空腔及透水石内的空气，提高测试的精度。⑤调零。另外埋设前还要将孔隙水压力计连接到综合测试仪，校准孔隙水压力计的零点。综合测试仪见图2。

图1 砂袋包裹的孔隙水压力计

图2 综合测试仪

2.2 钻孔

在深厚软土地区钻孔若采用干钻会产生塌孔、缩孔现象，必须采用套管跟进。但当钻孔过深时套管难以拔出，后考虑采用泥浆护壁钻孔，见图3。因担心可能产生缩孔，应采用110 mm及以上的大直径钻头钻孔。泥浆为钻机钻孔产生的泥浆，钻孔过程中注意泥浆的稠度。用钻杆的长度控制钻孔的深度，钻孔深度应比孔隙水压力计最大设计埋深深50 cm，钻孔过程较为顺利。

图3 现场泥浆护壁钻孔

2.3 孔隙水压力计的埋设

钻孔完成后立即用清水进行清孔，若不清孔，封孔用的泥球及填充用的粗砂由于泥浆的较大浮力难以下沉。清孔后先往孔内填大约厚0.5 m的砂子，而后迅速用细绳将埋设位置最深的孔压计下沉到位，绳子可通过打结的方式做记号，确定下沉深度。填大约厚0.5 m的粗砂，用砂量可通过计算大致确定。其后将泥球投入到钻孔中，为防止泥球出现架空情况无法下沉，可将钻机的钻头取掉，将钻杆接长深入钻孔中一定深度，在投掷泥球的过程中，使钻杆上下升降几次以免泥球出现架空情况，泥球的厚度应至少在1 m以上。泥球投掷完成后，继续往孔内填粗砂，若两孔隙水压力计的距离较大，通过用砂量控制填砂深度比较困难，可用人工升降钻杆接触填砂面确定填砂的深度。因为每节钻杆的长度是固定的，通过计算钻杆的长度可确定填砂的深度。距次深的孔隙水压力计埋设高程大约1.5 m处停止填砂，向孔内投掷泥球，泥球的厚度应保证至少有1 m，而后往孔内填砂子约0.5 m。此时因软土的自稳性较差，加上填砂造成的扰动，孔内可能出现缩孔现象，孔隙水压力计难以下沉到位。孔隙水压力计生产厂家一般会提供安装夹具和安装套筒，见图4。安装夹具可拧在钻机的钻杆上，安装套筒可拧在孔隙水压力计上，该工具主要用于压入埋设法。在钻孔出现缩孔，影响埋设时，可用细绳系于孔隙水压力计顶部，安装夹具拧在钻机的钻杆上，此时可不用安装套筒，让孔隙水压力计顶部伸入安装夹具内并互相接触，缓缓将孔隙水压力计压入钻孔内，逐渐释放绳子，不要让导线受力，直至设计深度，提升钻杆。次深的孔隙水压力计就位后，向钻孔内填粗砂，填砂的深度应在孔隙水压力计埋设位置0.5 m左右，而后又向孔内投掷泥球，泥球厚度应不少于1 m。孔内其余孔隙水压力计可按上述方法埋设。以测孔3-2为例，共布置3个孔隙水压力计，埋设深度分别为5 m、17.5 m和29 m，孔隙水压力计埋设示意见图5。

图4 安装夹具及套筒

图5 孔隙水压力计埋设示意

2.4 孔隙水压力计埋设后情况

孔隙水压力计埋设完7 d后，埋设过程产生的超孔隙水压力基本消散，测得孔隙水压力初始值如表2，在打桩过程中某时刻所测得超孔隙水压力与埋深的关系曲线如图6。

图6 超孔隙水压力与埋深的关系曲线

由表2可知，用上述方法埋设的孔隙水压力计，除一个无数据外，其余孔隙水压力初始值约等于埋深处的静水压力，表明测试结果正常。由图6可以看出，打桩过程中各个孔压计所测超孔隙水压力差别显著，说明上下孔压计之间封孔效果良好，未出现窜孔现象。图6显示，打桩过程中20.5 m深度处的孔隙水压力最大值可达109 kPa，其他各孔孔隙水也出现较大增长。由此可见，预应力管桩的打桩过程对桩周土可产生较大的扰动影响，一方面管桩的下沉可使地基土受到挤压，产生挤土效应;另一方面桩锤的击打也可对其产生振动影响，这两方面影响都将导致桩周土的孔隙水压力显著地增长，使地基土体原有结构部分遭到破坏、有效应力减小、强度下降。

表2 孔隙水压力初始值

3 结论

进行现场试验，精心准备，做好试验方案，将试验过程中可能出现的问题考虑周全，将会事半功倍。一般来说，在深厚软土地区一孔埋设孔隙水压力计最好不要超过3个，最深和最浅的孔隙水压力计埋设较为容易，中间部分的孔隙水压力计由于缩孔，埋设较为困难，且要注意封孔。采用本文所述的方法有效地解决深厚软土地区因缩孔不易埋设孔压计问题，且埋设方便快速，定位准确，有效地防止了上下孔连通问题。

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