孔隙水壓力培訓(xùn)

1、1. 有效應(yīng)力原理土是三相體，由骨架（礦物顆粒）、液體（水）、氣體組成。當(dāng)飽和土在外力作用下，其總應(yīng)力由土骨架的粒間應(yīng)力（有效應(yīng)力）和孔隙水所承擔(dān)的孔隙水壓力所承擔(dān)：式中：土中某點(diǎn)的總應(yīng)力（kPa）；u土中某點(diǎn)的孔隙水壓力（簡(jiǎn)稱孔隙壓力）；土中某點(diǎn)的有效應(yīng)力（kPa）上式即為有效應(yīng)力原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。由于直接量測(cè)土中有效應(yīng)力很困難，因此可以通過量測(cè)土中的總應(yīng)力與孔隙壓力再按上式推算有效應(yīng)力，這樣孔隙壓力的研究與實(shí)測(cè)也得到了發(fā)展。 2. 孔隙水壓力量測(cè)的目的孔隙壓力的量測(cè)可應(yīng)用于固結(jié)度計(jì)算及有效應(yīng)力法的穩(wěn)定性分析，具體用于堆載預(yù)壓的施工速率控制、沉樁施工及基坑開挖等的施工監(jiān)測(cè)中。3. 孔隙水壓力

2、計(jì)（或稱孔隙壓力計(jì)，或孔壓計(jì)）1). 基本工作原理是把多孔元件放置在土中，使土中水連續(xù)通過元件的孔隙（透水石），把水收集在一個(gè)容器中，再量測(cè)容器中水的水位或水壓力，即可測(cè)出孔隙壓力。2).孔隙水壓力計(jì)分類孔隙水壓力計(jì)大致可分為：（）氣壓式：氣壓式孔隙水壓力計(jì)是國內(nèi)外比較早使用的，測(cè)壓頭埋在土中欲測(cè)孔隙水壓力的某一點(diǎn)，土中孔隙水通過測(cè)壓頭的透水石后，其壓力作用在薄膜上，使薄膜向上變形而與接觸鈕相接，于是電路接通，電珠發(fā)光。若壓入壓縮空氣，使其壓力與薄膜下孔隙水壓力平衡時(shí)，薄膜與接觸鈕脫離，電路切斷，電珠熄滅，這時(shí)的壓力表讀數(shù)就代表孔隙水壓力。這種儀器，由于采用電珠發(fā)光與熄滅來指示，其讀數(shù)難以準(zhǔn)確

3、，且薄膜使用期較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使讀數(shù)變化。（）水管式：水管式孔隙水壓力計(jì)，構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便，耐久性好，適于長(zhǎng)期觀測(cè)。SKY型雙管式孔隙水壓力計(jì)已有定型產(chǎn)品。（）電測(cè)儀器：電測(cè)儀器與測(cè)土壓力的傳感器相似，只要加上透水石，就可以測(cè)定孔隙水壓力。 （一） 雙管式孔隙水壓力計(jì)最簡(jiǎn)單的測(cè)定土中孔隙水壓力的方法，是在土中埋設(shè)一根測(cè)壓管（d約為5cm），其構(gòu)造可以為井式的或點(diǎn)式的，如圖9-5-4所示。井式的是測(cè)定平均孔隙水壓力，點(diǎn)式是測(cè)定某一深度某點(diǎn)的孔隙水壓力。這種測(cè)壓管的上口是敞開的，應(yīng)高于孔隙水壓力的水頭高度?？紫端畨毫Φ淖兓?，在測(cè)壓管中產(chǎn)生相應(yīng)的水頭變化。測(cè)壓管可用直徑5060mm的鍍鋅管或塑料管。距管

4、子下端2030cm以上的管子穿孔，作為進(jìn)水段，下端未穿孔的管段用沉淀進(jìn)入管內(nèi)的細(xì)粒土，作為沉淀管。在井管進(jìn)水段外面包有濾網(wǎng)，以防大顆粒土進(jìn)入管內(nèi)。用測(cè)量水位的裝置量測(cè)管內(nèi)水位，得到水頭高度，也就可以得到土中孔隙水壓力。把敞開式測(cè)壓管的頂端改成密封，在這一原理的基礎(chǔ)上，即形成為雙管式孔隙水壓力計(jì)。雙管式孔隙水壓力計(jì)由測(cè)頭、測(cè)量系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)三部分組成，如圖9-5-5所示。測(cè)頭為一帶有空心透水石的圓錐體（圖9-5-6）。測(cè)頭周圍的孔隙水通過透水石進(jìn)入導(dǎo)管?？招耐杆L(zhǎng)10cm，壁厚1cm，滲透系數(shù)約為10-3cm/s。測(cè)頭上引出的雙管為聚氯乙烯硬質(zhì)塑料管，外徑6mm，內(nèi)徑3.5mm，其作用為排除水

5、中氣泡和連通測(cè)頭與測(cè)量系統(tǒng)。 排水系統(tǒng)包括水泵、水箱，排氣系統(tǒng)的功用是將無氣水（用專用設(shè)置供脫氣水或用簡(jiǎn)便的方法冷卻的開水）充灌全部管路，并排除測(cè)頭與管路內(nèi)的氣泡。測(cè)頭埋設(shè)：對(duì)軟土地基，可用壓入法，即先用鉆機(jī)孔至測(cè)點(diǎn)以上50cm左右，再把測(cè)頭壓入至測(cè)點(diǎn)位置。對(duì)于硬土，可先鉆孔，再將測(cè)頭放在裝有反濾砂料的麻布袋內(nèi)，放入孔中測(cè)點(diǎn)上，再回填50cm砂，上面再用粘土封孔?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)：觀測(cè)前應(yīng)充分排氣，即水泵筒內(nèi)充灌冷卻開水，開動(dòng)水泵，依次打開接各測(cè)頭的閥門，使水自一根塑料管進(jìn)入測(cè)頭再從另一管流開，利用水的流動(dòng)排出測(cè)頭內(nèi)及管路中的氣泡，待流出之水不再含有氣泡再通水?dāng)?shù)分鐘，如仍無氣泡即認(rèn)為排氣完成。各測(cè)頭排

6、氣完成后，放置若干時(shí)間即可進(jìn)行測(cè)量。將排氣系統(tǒng)閥門關(guān)閉，打開測(cè)量系統(tǒng)閥門，這時(shí)測(cè)點(diǎn)附近的孔隙水壓力使零位指示器（圖9-5-5）失去平衡，即可用調(diào)壓筒加壓，使零指示器重新平衡。此時(shí)壓力表讀數(shù)即為儀器觀測(cè)位置的平面以上的孔隙水壓力。雙管式孔隙壓力計(jì)耐久性能較好，但常有壓力傳遞的滯后現(xiàn)象。另外，測(cè)量系統(tǒng)的位置不能高于測(cè)點(diǎn)位置約0.4m，否則會(huì)因產(chǎn)生過大負(fù)壓使測(cè)量精度降低并增加排氣工作量。（二） 電阻應(yīng)變片式孔隙水壓力計(jì)應(yīng)變式孔隙水壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖9-5-7所示，這 種傳感器受壓力面的前端設(shè)置透水石，變形膜為周邊固支的平膜板，在敏感薄板上粘貼圓形箔式應(yīng)變花（如圖9-5-8）。 由四個(gè)橋臂組成全橋，其電

7、阻變化用應(yīng)變儀讀出與孔隙水壓力成正比的輸出電壓，用如下公式計(jì)算出作用在薄膜上的孔隙水壓力：式中：u 某一點(diǎn)的孔隙水壓力（kPa）; 0壓力為零時(shí)的應(yīng)變儀初讀數(shù)；1在某一壓力時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)；K孔壓計(jì)的靈敏度系數(shù)，由標(biāo)定確定。（三） 鋼弦式孔隙水壓力計(jì)鋼弦式孔隙水壓力計(jì)如圖9-5-9所示，它是將一個(gè)豎式壓力盒下裝置一塊透水石而成。其構(gòu)造主要是一根鋼弦，一端固定于承壓膜片中心處，另一端固定于鋼弦架上，電磁線圈激振和感應(yīng)頻率信號(hào)。其工作原理是：土孔隙中的有壓水通過透水石匯集到承壓腔，作用于承壓膜片上。膜片中心產(chǎn)生撓曲引起鋼弦的應(yīng)力發(fā)生變化，鋼弦的自振頻率隨之變化。鋼弦的自振頻率f與鋼弦應(yīng)力的關(guān)系由下式

8、得出：承壓膜片可視為四周固端的圓形薄板。在孔隙水壓力（均布?jí)毫Γ┳饔孟?，承壓膜片中心撓度為下面公式所表示的：式中：u作用承壓膜片上的孔隙水壓力（kPa）；由引起的鋼弦應(yīng)力變化為：式中：0鋼鉉的初始應(yīng)力（kPa）；對(duì)應(yīng)于中心撓度的鋼弦應(yīng)力（kPa）；由虎克定律 由上述四個(gè)公式，可得到孔隙水壓力u與鋼弦自振頻率的關(guān)系為：式中：f0鋼弦初始頻率；f1鋼弦在某一孔隙水壓力時(shí)的振動(dòng)頻率；K=常數(shù)，稱為傳感器系數(shù)。值與承壓膜片和鋼弦的尺寸及材料性質(zhì)有關(guān)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)由標(biāo)定試驗(yàn)確定。鋼弦式孔隙水壓力計(jì)經(jīng)過國內(nèi)外多年使用表明，它是一種性能穩(wěn)定、測(cè)值可靠、耐久、埋設(shè)方便，可以遙測(cè)的較為理想的孔隙水壓力計(jì)。它可以用

9、鉆孔法埋設(shè)在各類土的地基中，進(jìn)行打樁、基坑開挖、地基處理及滑坡等的監(jiān)測(cè)，也可用在土壩壩身填筑施工的監(jiān)測(cè)。 4. 上海外高橋電廠沉樁施工監(jiān)測(cè)實(shí)例 1.工程地質(zhì)條件上海外高橋電廠位于飽和軟土地基上，其地基土層依次為：褐黃色粉質(zhì)粘土，厚2.5m；淤泥質(zhì)砂質(zhì)粘土，厚9.9m，含水量=31.9%, 孔隙比e=1.01，固結(jié)快剪c=10kPa,淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚10m，=44.5%, e=1.35, c=14kPa; 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚15.5m, W=43.4%, e=1.26, c=11kPa;灰色粘質(zhì)粉土，厚4m；黃綠色粉質(zhì)粘土，厚1.5m；灰色粘質(zhì)粉土，厚6m；深灰色粉質(zhì)粘土，厚18.8m。2.基

10、礎(chǔ)類型在本主體工程中采用樁基礎(chǔ)，共計(jì)采用609mm、L=72m的鋼管樁1989根，550m、L=30m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁532根，450×450mm、=30m鋼筋混凝土預(yù)制方樁2340根。樁區(qū)平均密度為4.7m2/根，最高達(dá)2.16m2/根。3. 工程特點(diǎn)整個(gè)工程具有以下特點(diǎn)：（）飽和軟弱地基；（）樁型多樣且混合布置，樁長(zhǎng)不一；（）樁數(shù)多且密集布置；（）打樁工期緊且無足夠的靜定時(shí)間；（）基坑開挖工程量大。第層土厚15.5m，層底埋深-27.9m，呈流塑狀，強(qiáng)度較低。在沉樁過程中會(huì)產(chǎn)生較高的超孔隙水壓力和擠土效應(yīng)，并使打入樁產(chǎn)生偏位。打樁引起的擠土效應(yīng)與樁位偏移的大小，和打樁速率、打

11、樁流水等因素有關(guān)。4.影響因素在基坑開挖過程中，基坑附近的打樁振動(dòng)、坡頂堆載、邊坡坡度大小、降水效果和開挖至打樁結(jié)束的時(shí)間間隔大?。ù驑督Y(jié)束后的靜定時(shí)間）等均會(huì)影響邊坡穩(wěn)定，引起工程樁的樁位偏移。為了防止由于打樁及基坑開挖過程中產(chǎn)生樁位偏移，在該工程中進(jìn)行了系統(tǒng)的施工監(jiān)測(cè)，對(duì)樁位偏移的防治做出比較合理的技術(shù)決策和現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)變決定，將打樁引起的橋土及挖土所引起的不利影響降低到最低程度，使之不足以造成對(duì)打入樁產(chǎn)生過大的偏位。5.施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容（1）孔隙水壓力量測(cè)埋設(shè)8組孔隙水壓力計(jì)，每組在表以下4m、10m、20m深度處，各埋設(shè)鋼弦式孔隙水壓力計(jì)一只，用SS-型頻率接收儀進(jìn)行測(cè)讀。（2）深層水平位移的量測(cè)在主廠房群樁（樁間土）中埋設(shè)測(cè)斜管4組，每組測(cè)斜管埋深33m。采用美國Sinco Slope Indicator公司產(chǎn)的50309-M數(shù)字式測(cè)斜儀進(jìn)行量測(cè)。（3）地表位移觀測(cè)選擇6組可能產(chǎn)生較大偏位的打入樁作為觀察樁，觀測(cè)土體表面的位移。6.結(jié)果分析孔隙水壓力量測(cè)結(jié)果，繪制了超孔隙水壓力時(shí)間關(guān)系曲線，圖9-5-13表示其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)不同深度 的超孔隙水壓力變化情況，從曲線可見：20m深處的超孔隙水壓力值比10m、4