强夯砂桩加固填海地基孔隙水压力特性试验与分析

李 冰

(福建交通职业技术学院 土建系，福建 福州 350007)

强夯砂桩复合地基是以强夯置换法为基础而发展起来的一种新型的地基处理形式，它利用强夯的方法将地基土挤密或排开，将砂、块石或其他较坚硬的散体材料采用多次填入和夯击，最终形成夯实砂桩与周围的夯间土组成的复合地基[1].经强夯置换法处理的地基，地基强度得到了提高，排水条件也得到了改善，有利于加快软土的固结变形.

强夯砂桩在处理土基时，由于土体中存在着较多的孔隙水，其处理效果与孔隙水的压力变化、消散周期等关系密切.通过对强夯砂桩施工及工后的孔隙水压力监测，了解孔隙水压力变化规律以及其与地基处理效果的相关性有着非常重要的现实意义[2].因此，文中就试验区中强夯砂桩施工过程孔隙水压力的变化开展试验研究，通过对场地孔隙水压力的监测，得出强夯置换过程中周围土体中的孔隙水压力在试验过程中的变化，确定了合理的施工控制，制定了用于指导整个工程的施工参数，确保了施工的质量和工期.

1 工程地质条件

海域整治建设工程采用陆域回填开山土形成，根据地质勘察报告，试验区场地土层分布自上而下的情况如下： (1)人工填土层由新开开山土抛填形成，由粉质粘土夹杂强风化砂岩碎屑、全风化花岗岩碎屑组成，含有大量贝壳，最大粒径为1.0 cm，厚度为3.0～4.0 m； (2)淤泥质粘土层，厚1.3～2.8 m，呈软塑状态； (3)淤泥层，厚度为1.5～2.5 m，呈可塑状态.土层的主要物理力学性质指标见表1.地下水位埋深约4.0 m，受潮汐影响较小，水位稳定.

表1 各土层主要物理力学性质指标Tab.1 Every main physical mechanics character of soil layer

2 试验设计

2.1 试验分区及试验施工参数

试验采用强夯工法进行地基处理，为了确定强夯施工工艺参数，在250 m×50 m的试验区范围内进行强夯前的试夯工作.强夯砂桩试验施工参数如表2所示.

表2 强夯砂桩试验施工参数Tab.2 The construction parameter of dynamic sand pile

2.2 超静孔隙水压力埋设与观测

孔隙水压力测试系统由孔隙水压力计和量测仪器两部分组成[3].孔隙水压力值由频率仪测得的频率值换算得出.

试夯区内共布置2组孔隙水压力计，1#试验区为沿夯坑周边等半径环向布置，距离夯坑中心为2.0 m，共设4个，水平向间距为0.8 m，沿深度布设间隔为1 m左右，保证强夯最大影响深度范围内均有布置；2#试验区为沿径向等间距布置，共3个，深度均为7 m左右，距离夯坑中心分别为2.0 m、3.0 m、4.0 m.为了准确掌握夯击时孔隙水压力的变化规律，夯击过程中对每组孔隙水压力计进行了跟踪观测，在试夯区外相应布置水位孔2个，试验同时对场地地下水位的变化情况进行观测并作为超孔隙水压力观测值的修正依据.

3 孔隙水压力观测结果与分析

3.1 1#试验分区

1#试验区累计超孔隙水压力与夯击数关系曲线见图1.5个夯点不同深度的超孔隙水压力与夯击次数增加的变化规律大致相似，文中取代表性的1-1、1-3、1-5夯点的曲线图进行分析,见图2.图中的孔隙水压力值已根据水位管中水位观测的结果，将水位变化引起的孔隙水压力变化值消除.

图1 1#试验区累计孔隙水压力与夯击数关系Fig.1 The relation of total pore-water pressure and tamping times in NO.1 testing area

图2 1#试验区不同夯点孔隙水压力与夯击数关系图Fig.2 The relation of different tamping point′s pore-water pressure and tamping times in NO.1 testing area

从图中可以看出以下变化规律：

(1)在各夯点试验过程中，孔压计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)的超孔压值孔隙水压力随着夯击数的增加而持续增加，最后趋于平稳.其埋深越小，产生的超孔压值越大；

(2)超孔隙水压力的增长幅度随着深度的增加而减小，浅层增加较快，深层增加较慢，4～6 m深度范围内的超孔隙水压力变化明显，7.1 m以下超孔隙水压力变化很小，说明对于本次试验的强夯参数，强夯砂桩的影响深度为7.5 m左右.

3.2 2#试验分区

2#试验区累计超孔隙水压力与夯击数关系曲线见图3，距离夯点中心不同间距处的超孔隙水压力与夯击次数的增加的变化规律大致相似，文中取代表性夯点的曲线图见图4.

图3 2#试验区累计孔隙水压力与夯击数关系Fig.3 The relation of total pore-water pressure and tamping times in NO.2 testing area

图4 2#试验区超孔隙水压力与夯击数关系图Fig.4 The relation of super-pore-water pressure and tamping times in NO.2 testing area

由图3与图4可知，3个不同埋深点的孔隙水压力随着夯击数的增加而持续增加，但增加较1#试验区缓慢，其中KY2-3的增长速率略快于KY2-2，应是其埋深越小，产生的超孔压值越大所致(注：KY1-1在第8击后失效，无法准确判断同一深度强夯砂桩水平影响距离).

3.3 孔压消散规律

夯点施工结束后继续进行了孔隙水压力和水位的监测，图5为孔隙水压力消散曲线.可以看出,强夯时超孔隙水压力逐渐增大，达到峰值，待强夯结束后又开始回落，在前5天内孔隙水压力消散速率比较快，此后的消散速率减缓，完全消散需要更长时间；埋深浅层土体的超孔隙水压力增长幅度和消散速率均相对较快.土层上部(5 m)和下部(7 m)的超孔隙水压力消散较快，说明上下两个界面具有较好的排水效果.

图5 孔隙水压力消散曲线Fig.5 The dissipation curve of pore-water pressure

3.4 累计超孔隙水压力与埋深的预测分析

强夯砂桩的埋深、单点的总夯击能、夯击次数、累计平均夯击能、土体的渗透性等诸多因素影响着超静孔隙水压力的大小及变化，其中强夯砂桩的埋深对累计超孔隙水压力影响较为显著[4].埋深不同，孔隙水压力峰值不同.为预测累计超孔隙水压力与埋深关系趋势[5],采用回归模型对不同埋深的孔压资料进行统计分析，回归曲线与实测曲线的对比如图6所示.说明埋深越小，则产生的超孔压值越大，也就是说越接近夯锤底，产生的超孔压值越大，最大值超过了其上伏有效压力的1倍以上.

图6 累计超孔隙水压力与埋深关系曲线Fig.6 The relation curve of total super-pore-water pressure and burial depth

4 结 论

综合1#和2#试验分区的孔压监测结果，由强夯置换引起的超孔隙水压力的变化规律表现为：

(1)超孔隙水压力随着夯击数的增加而不断增大，但随着夯击数的增加，其增长趋势逐渐放缓至接近于平稳.

(2)强夯产生的超孔压值与深度关系较大，埋深越小，则产生的超孔压值越大.

(3)孔压消散在前5 天较快，消散至70%至少需要7 天的时间，而后消散速度逐渐下降，孔压完全消散则需要相对较长的时间.

参考文献：

[1] 徐至均. 强夯和强夯置换法加固地基[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] 中华人民共和国建设部. JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3] 黄晓波,周立新,周虎鑫，等.路基强夯处理孔隙水压力监测及参数确定[J]. 公路交通科技,2005(12)：58-61.

[4] 吉随旺,张悼元.降水预压软基处理技术中孔隙水压力效应研究[J]. 工程地质学报,2001(4)：339-343.

[5] 中华人民共和国交通部. JTJ 017-96公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,1997.