某电厂试桩工程中的孔隙水压力测试

1、某电厂试桩工程中的孔隙水压力测试 任健东，李党民 （国家电力公司西北电力设计院，陕西西安710032）   摘 要：本文通过某电厂打入桩试桩工程中在桩沉入的各个阶段测试孔隙水压力随时间及深度变化情况的分析，提出该区在施工时应注意的问题及解决这些问题的措施，对整个电厂沉桩质量及工程的顺利进行具有重要的指导意义。关键词：打入桩；孔隙水压力；频率；基准值；消减时间；降水；排水板 陕西某电厂地貌上属秦岭北麓涝河山前洪积平原的前缘，地形平坦、开阔，大致向北微倾，地面标高在42004240m，坡降约为1%左右，未见不良地质作用，地下水位埋深07m

2、。厂区地基主要由粘性土局部夹砂层组成，岩性相对软弱，不能用作主体建（构）筑物天然地基，需要采用桩基等方法予以处理。受业主委托，国家电力公司西北电力设计院承担了钢筋混凝土预制打入桩原体试验工作。同时考虑到，由于地下水位过高，可能导致桩在打入时由于受挤压作用使桩周土及桩尖孔隙水压力急剧增大，将桩打偏或打断。因此决定在试桩沉桩时进行孔隙水压力测试，得出桩在打入时桩周土孔隙水压力大小随深度及时间变化关系，为以后工程桩施工提供参数。 1孔隙水压力计的测试原理 本次测试采用振弦式孔隙水压力计，在微幅震动下，钢弦的自振频率与应力之间的关系为： f=1/2/(2L×1/

3、2)(1) 式中，L为弦的振动部分的长度,单位cm；为弦所受的力，单位Mpa；为弦材料的质量密度。当压力计受压后，钢弦的自振频率会发生相应变化，频率平方与力（f2P）是线性关系。每个压力计出厂时，都附有可靠的力频率标定数据，根据标定数据用最小二乘法整理出如下算式： Pgi=k（f20-f2i-b）(2) 式中，Pgi为第i次测量的孔隙水压力，i=1，2，3；f0为初始频率；fi为实测频率；b为截距；k为孔隙水压力计系数。如果压力计的零点频率发生了漂移，计算后应把漂移后的零点频率作为f0直接代入计算式。本次孔隙水压力测试元件采用JXS型孔隙水压力传感器，观测采用ZW

4、-1型振弦读数仪。 2孔隙水压力计的埋置 为了观测到打桩在土层不同深度、不同范围内引起的孔隙水压力变化规律，本次试验按深度和地层分层布置孔隙水压力计，平面布置示意图见图1，埋藏深度见表1，在同一土层内，孔隙水压力计沿径向布置，间距按一倍桩径，二倍桩径及12布置34个孔隙水压力计。共埋设17个孔隙水压力计，成活15个，成活率824。      图1孔隙水压力计埋置示意图   表1孔隙水压力计埋藏深度一览表  孔隙水压力计编号K01K03K04K07K08K10K11K

5、14K15K17 埋置深度/m   3 试验观测 孔隙水压力计的观测由仪器厂家指导完成。本次测试共观测28天（2003年6月10日到2003年7月8日），测试工作分三个阶段进行：打桩前为第一阶段（从6月10日到6月20日共观测11天），每天观测一次；打桩时期为第二阶段（从6月21日到6月27日共观测7天），观测原则为当桩体通过孔隙水压力计埋设深度时，间隔5、5、5、10、30、30min各读一次；打桩结束后为第三阶段（从6月28日到7月8日共观测10天），每天测读二次，直至稳定。 4 数据处理与分析 4.1 数据处理

6、0;将观测的各个阶段的数据应用公式（2）进行计算，并绘制出每个孔隙水压力计在各阶段时间压力（tP）曲线（第一阶段及第三阶段时间单位为天，第二阶段时间单位为分钟），图2a图2c给出了K12孔隙水压力计三个阶段的历时曲线。其它孔隙水压力计历时曲线限于篇幅未一一列举。对孔隙水压力测试计算结果进行分析统计，可以得出孔隙水压力测试成果一览表（表2）。 图2a 第一阶段孔隙水压力历时曲线    图2b第二阶段孔隙水压力历时曲线   图2c第三阶段孔隙水压力历时曲线  表2孔隙水压力测试成果一览表 

7、 元件编号埋置深度/m基准值U0/kPa最大值Um/kPa增量Um/kPa剩余值U/kPa剩余压力增量dU/kPaK174K164K154K1410K1310K1210K1110K10K09K08K0722K0622K0522K0422K0326K0226K0126 备注：基准值U0为打桩前所测量的孔隙水压力稳定值；最大值Um为打桩时所测量的孔隙水压力最大值；剩余值U为打桩结束后所测量的孔隙水压力稳定值；增量Um为最大值与基准值之差（即UmUm-U0）；剩余压力增量dU为剩余值与基准值之差（即dU=U-U0）；表内“”表示该压力计在打桩期间被损坏。 5.2 数据分析

8、0;（1）孔隙水压力计从埋设到恢复初读数需67天，初读数与静水压力值基本吻合。（2）超孔隙水压力在浅层最小，随深度的增加，超孔隙水压力随之增大，但在接近桩底时，超孔隙水压力逐渐减小。在4m处，超孔隙水压力是静水压力的50%；但在22m处，超孔隙水压力大于静水压力的100%；在26m处，超孔隙水压力则小于静水压力的100%。（3）从第二、第三个阶段的孔隙水压力历时曲线可以看出，超孔隙水压力的消散速度是靠近地表较快，向下逐渐减缓。靠近桩尖处速度有所加快。（4）从第二个阶段的孔隙水压力历时曲线可以看出，超孔隙水压力存在着明显的叠加。即在桩体的两侧存在大小不一的孔隙水压力，这是桩体发生倾斜的重要原因之

9、一，并且这种影响会随深度加大而加大。当然其效果不一定会加大，因为随深度加大，桩体抗倾斜能力也会加大。（5）当群桩施工完成后，在垂直方向上，超孔隙水压力的变化先从中间开始然后向两头扩散，22.5m当天达到极大值，以后呈递减趋势；18.5m第二天达到极大值，以后呈递减趋势；10m第四天达到极大值，以后呈递减趋势；4m五天后达到极大值，以后呈递减趋势；26m则为810天后达到极大值，以后呈递减趋势。 5 结 论 （1）通过沉桩试验，若不采取降水、插排水板等措施，在2m处隔日沉桩，桩体会发生5%以上倾斜，或发生1020mm的桩位偏差。（2）适当降水，会有利于桩周土的挤密与固结，对单

10、桩承载力的提高会有所帮助；考虑到降水深度有限，因此不会对沉桩造成太大影响。（3）打桩时，超孔隙水压力峰值（最大值）的消散一般需560min；超孔隙水压力全部消散，对于试桩群桩而言，一般需1015d，对于工程桩而言，时间会更长。因此，工程桩在施工速度控制及基坑开挖时间上必须予以考虑。（4）对于不同深度的土层而言，最大孔隙水压力均大于土的自重压力，对土体会产生上托力，如果大面积施工，势必产生更大的孔隙水压力，使周边土体上隆，对桩体产生较大向上的摩擦力，使桩体悬空。因此，桩体施工时必须适当控制施工速度，或采取控制间距（58m）的小片施工，并控制每片桩的数量，最好将各施工片以塑料排水板相隔。（5）建议采用先降水（或插排水板）后打桩，可以减少地下水对沉桩的影响，特别是下段桩的沉桩，以保证桩体垂直，减少桩体桩位偏差。同时，当水位恢复时，桩体将产生附加上浮力，按降水8m考虑，对于长桩而言，上浮力将达162kN，约占桩