1、, 中国工程建设标准化协会标准 孔隙水压力测试规程 条文说明 目次 总则 仪器设备 布设与量测 准备工作 测试孔和测点的布置 孔隙水压力计的埋设 量测工作 不同工程中的孔隙水压力测试 加载顶压工程中控制加载速率 沉桩工程中控制沉桩速率 强夯加固工程中控制间歇时间 工程降水的监测 边坡稳定性分析 成果资料整理与报告书编写 总则 由于工程建设项目的迅速发展 随之带来大量的复杂的岩 土工程问题 采取原位孔隙水压力测试这一手段逐渐广泛 但在测 试工作中没有统一的技术要求 无章可循在总结已有的工程实 践经验的基础上编制本规程 目前建设 设计 施工等单位对原位孔隙水压力测试的必 要性认识不一致 不重视开展
2、这项工作 因而造成不必要的损失 如遇下列情况之一时 宜布置原位孔隙水压力测试工作 在加载预压地基中 需控制加载速率和固结度时 在桩基工程中 需控制沉桩速率 减少对邻近环境影响时 在强夯加固地基中 需控制强夯的间歇时间和确定强夯影 响深度时 在工程降水中 需控制地面沉降时 在滑坡监测及防治以及对边坡进行稳定性分析时 此外 原位子孔隙水压力测试尚可对各种振动引起孔隙水瞬 间变化对地基影响和各种岩土工程的科学试验中应用 仪器设备 孔隙水压力计的使用条件与测试方法 深度 使用期和测定 量程等等因素有关 但在选择中应考虑最基本的条件 诸如精度 耐久性 经济性以及是否便于设置和使用精度要求包括压力转 换部
3、位 读数显示部位以及机械上或电气上的精确程度在长久 使用后 压力计难以保持原有的精度时即告失效仪器反映孔隙 水压力的动态有延滞性 延滞时间越少则灵敏度越高灵敏度与 孔隙水压力计规格有关 测定时间也与土层渗透性密切相关仪 器的量程和精度一般成反比关系 所以应恰当地选择程 要考虑测 试要求 孔隙水压力计以测试原理不同大致分为封闭式 包括电测式 和流体压力式 和开口式孔隙水压力变化时测头产生的机械变 化转换成电量变化信号量测时称为电测式 孔隙水压力计直接以 液体或气体介质传递子孔隙水压力进行量测时称为流体压力式 开口式一般使用金属器或塑料的量测管 用水位计量测在旁压 器或静探探头中加装电测式孔隙水压
4、力计组合而成一种新型的原 位测试仪器 可在做旁压试验或静探的同时测定孔隙水压力及随 时间的变化关系 一次获得多种测试参数 可进行综合分析计算 应用前途广泛 测试仪器的适用性主要从土层渗透性影响 量测 系统精度及使用期限等方面考虑 土层的渗透性影响到测定时间当仪器规格确定后 测试 值与实际值之间的关系取决于土层渗透系数和测定时间当要求 测试值与实际值之比一定时 通常要求以上则渗透系数越 小 所需测定时间就越长 量测系统精度不同类型孔隙水压力计的量测精度 一般 如表 不同类型孔隙水压力计的量测精度表 孔隙水压力计类型测量误差 电测式 液压式或 气压式或 水位计一般 测试期电测式孔隙水压力计为封闭形
5、式 因此长期使用 时不易受到地下水渗入侵蚀的影响电阻式要受到贴片效果的制 约 而流体压力式管路连接缝隙较多 时间长久也会有气泡渗入或 型管中有水垢生成影响测试精度 孔压旁压器和孔压静探是在 旁压试验与静探测试同时使用 因而不宜作长期观测用 电测式的测头与测读仪之间由一根完整的导线相联 流体 压力式的测头与测读仪之间必须由多根传压导管相联 管路过长 时受变形影响会产生较大损耗而降低测试精度当在垂直线上多 点同时量测时 电测式可分层埋设测头 但不必增加测读仪器 而 流体压力式分层埋设导管较为困难 并且必须增加联接器 所以当 测试深度大 或垂直线上同时多点量测时 使用电测式孔隙水压力 计较为便利 由
6、于孔隙水压力计的精度与耐压强度成反比关系 为兼顾 二者关系所选的仪器量程上限值不宜过大 通常为 时可以满足需要常用孔隙水压力计量程见表 常用孔隙水压力计量程表 类型量程范围 电测式 液压式封闭双管型 或 气压平衡 或 对孔隙水压力计要标定的目的是为了确定仪表读数与孔 隙水压力之间的换算关系 检验的目的是为了确保仪器能可靠地 进行工作 因此要注意 孔隙水压力量测通常用作动态观测 因此仪器本身的 稳定性尤为重要标定时多次重复试验是为了防止过大的系统误 差和检验仪器的稳定性 可允许有小于量测精度要求的误差 电测式孔隙水压力计的绝缘性较重要 漏电会导致错 误的读数或完全失效土中埋设的导线 长期使用 接
7、头处的绝缘 程度会逐渐降低 所以宜使用无接头的导线电压值不符合仪器 规定时也会产生错误的读数或损坏零件 液压式孔隙水压力计中气泡的存在会严重影响读数 的准确性 因而整个量测系统应严格密封 要求在正压 压力下不漏气 在负压下不进气量测系统各结合 部最易渗漏之处 应重点检查 另外 要防止因使用伪劣产品造成工程质量问题 布设与量测 准 备 工 作 准备工作规定了三方面的内容 前两项 即搜集并分析研 究已有的有关资料和现场踏勘 是为测试方案和测试工作量 制定 测试纲要提供依据 对所搜集到的资料的分析研究应是针对测试任务要求所 涉及的工程设计 施工 地质 环境等有关问题 汇集建设 勘察 设计 施工以及受
8、施工影响的已有建筑物 和地下管线主管部门等有关单位的意见 并于现场实地调查了解 监测对象如周围已有建筑物 地下管线等的具体位置和有关情况 以及场地条件与施工等因素对布设测试孔的影响 测试纲要内容应根据不同的测试对象和目的 突出重点 应尽可能考虑和预见测试过程中的各种问题 认真地编写好测试 纲要 使之成为测试工作的指导性文件 并在执行中随时根据新的 情况进行调整补充 测试孔和测点的布置 测试孔是指平面上布置的孔隙水压力计埋设孔 测点是指测试孔中沿深度方向上布设的各个孔隙水压力计每个 测试孔中可有至多个测点 测试孔和测点布置依据测试对象 施工因素 地质条件及周围 环境等综合考虑确定 当同时布置土压
9、力位移量测时应结合作对 比 验证布设 孔隙水压力变化反映了土体内部应力应变信息 而土体的这 种变化信息又传递到地基或建筑物和地下公共设施上 使之产生 位移变形两者关系密切 前者可采用埋设孔隙水压力计和土压 力计等测得 后者可采用经纬仪和水准仪等光学仪器量测这两 种量测方法同时布置 可达到相辅相成 异曲同功的效果 每项工程测试孔和测点的布设位置与数量规定是基于以下因素 加载预压 打桩 强夯 降水和边坡等监测工程在其纵横方 向的不同部位 其应力大小不同 在最大应力方向上为最敏感部 位 同时又分布有监测对象存在 应着重考虑布设孔隙水压力测试 孔 施工影响土体变形和孔隙水压力变化的影响范围可作为 不易
10、恢复的土体塑性变形考虑如打桩工程 据上海某工程监测 经验 若以大于垂直位移为塑性变形 则这个塑性变形范围为 群桩基础宽度的倍 从群桩基础中心算起在这个 范围内 孔隙水压力增量十分显著 见图和图超出 范围可称为弹性变形影响区 一般危害程度不大 图超孔隙压力随基础宽度 距离的变化 上海某工程 图地面垂直位移与桩基础距离关系 随打入桩基础宽度增加的变化 测点在垂直方向上的布置间距 对强夯加固 因其影响深 度较小 点距宜取对打桩监测 影响深度相对较大 宜取间 距布设或每层布设 对滑坡应考虑潜在滑动面的最大深度 测试孔和测点间距过小会因其数量太多而不够经济 间距过 大又可能测不到影响程度最大的数据因此
11、一般测试工程 测试 孔均在个以上 孔隙水压力计的埋设 当同一场地周围环境复杂 所要监测对象较多或规模较大的 测试工程 需埋设数量较多的孔隙水压力计时 宜采用钻孔埋设 较为方便和经济但埋设环节较多 必须小心 仔细 才能埋设顺 利和保证埋设质量 压入埋设法和填埋法埋设方法较为简便 量 测 工 作 初始值的测定采用钻孔埋设法时 将使土体原有孔隙水 压力改变 而回填材料的形状不可能与周围土体一致 因此钻孔埋 设会使原位土体变形而在一定程度上影响了孔隙水压力量测精 度压入埋设法时 孔隙水压力计在压入过程中 亦会对周围土体 产生挤压作用而引起孔隙水压力变化因此 要求在理设过程中 尽可能减少对土体的扰动 同
12、时在施工前较早地埋好孔隙水压力 计 一般提前周时间才能稳定 应根据量测目的 施工方式和速率 地质和环境条件等因 素 捕捉孔隙水压力蜂值和掌握孔隙水压力增长消散规律变化 选择恰当的量测方法 对于监测工程 因荷载增加 打桩入土数量增多 强夯能量增 大 特别是在施工速率较快的情况下 孔隙水压力将急剧增高 当 接近允许的控制标准时 可能产生不安全的影响 又因孔隙水压力 峰值出现时间短暂 应采用跟踪观测并提出限速和其它施工措施 的建议一般情况下 可在当日施工结束时即时量测 在日常现场量测中 应了解每天施工情况 如施工进度 施工 速率 流程 荷载等 结合测试成果进行分析 并提出有关意见和建 议 因施工累积
13、的孔隙水压力往往较高 特别是在饱和软粘性土 中 累积的孔隙水压力越高 消散时间就越长为掌握其消散的规 律 仍应在施工结束后继续测定孔隙水压力 但可逐渐延长量测时 间间隔根据许多测试实例得出的孔隙水压力消散规律为 初期 消散较快 以后逐渐缓慢 当有设置袋装砂井和塑料排水板等排水 措施时 消散较快 不同工程中的孔隙水压力测试 加载预压工程中控制加载速率 油罐的直径一般为如上海某油罐充水预压实 例 该油罐直径为测试孔间距能较好反映地基土 充水预压效果对大面积堆载预压的要求不如油罐严格 因此其 间距可放宽至当面积大于时 间距还可放宽 至以上当大面积场地其软土厚度有较大变化时 布孔轴线 应位于软土厚度最
14、大的部位 并在局部软土厚度大的地区增设测 试孔在堆载区边缘进行监测及边坡稳定性分析时应按本规程第 条的要求加密 为了控制整个软土层的加载预压效果 须在不同深度布置 测试点 间距不宜过大 但间距小于时则难于同孔埋设 因此 规定宜为 确定加载等级目的在于将各级加载控制在地基土未达剪 切破坏前予以停止由图所示 土中某天然状态点由于加载 而有效应力路径沿发展至点 如不等孔隙水压力消散而 继续加载 则很快就到达破坏包线的点 地基土将会因发 生剪切破坏而失稳如到达点时就停止加载 让孔隙水压力 消散 应力路径沿发展到点 土的有效应力增长 就可进行 第二次加载 待到应力路径到达点时再停止加载 让孔隙水压 力消
15、散 应力路径到达再加载如此多次加载预压就可使加载 后的应力路径始终保持在破坏包线以内发展 土的有效应力 不断增长 图地基土加载顶压应力路径图 例如 某工程地基土属淤泥冲积层 有两层淤泥 该工程 地面设计荷载大于对在面沉降要求严格 天然地基不能满 足要求 场地附近有大量吹填砂可作为荷载 故选择超载预压法加 固地基 第一级加载堆砂高度为淤泥 之淤泥之地面最大沉降速率为 堆载区外地面升高仅表明地基土未破坏随着孔隙 水压力逐步消散 经后地基土强度提高 淤泥之 比加载前提高淤泥之比如载前提高 固结度为可以进行第二级加载 第二级加载堆砂累计高度淤泥之 淤泥之地面最大沉降速率为堆 载区外地面下沉地基未破坏在
16、第二级荷载顶压过程 中 地面沉降速率逐步减小 孔隙水压力逐渐消散 约后地面 下沉速率为淤泥的固结度淤泥 的已达到了设计要求而卸载堆载预压速率及孔隙 水压力变化详见图 图堆载顶压速率及孔隙水压力变化曲线 除上述工程外 根据在上海数个工程的经验 控制各级加载的 孔隙水压力增量与荷载增量之比为小于其它地区可根据当 地经验确定 在加载预压地基加固工程中 地基土的固结度是确定加载 和卸载的主要标准之一在现场可用孔隙水压力消散率估算固结 度根据工程实践 以固结度大于来控制加载间歇时间是合 适的 例如 某工程场地原为渔业养殖场 地势低洼 渔塘底面下有 一层厚约的植物层植物层下为一层厚度为 的淤泥质粉质粘土该
17、土层强度低 压缩性高 承载力小 不能满足使用要求为此于年开始 采用塑料排水板堆载预 压进行大面积地基加固为控制加荷速率 防止地基失稳而布置 了现场孔隙水压力测试及地面沉降观测在地基堆载加固期间用 实测孔隙水压力消散率估算土层固结度 经与实测沉降计算的固 结度及理论计算的固结度相比较 三者是十分接近的详见图 及表 图堆载沉降固结度曲线 固结度计算对比表表 计算方法 测点号 理论计算 实测沉降计算 实测孔隙水压力计算 沉桩工程中控制沉桩速率 根据上海多个沉桩工程孔隙水压力测试实践 当距离大于 时就难以反映原点的孔隙水压力消长情况 因此 规定测试孔 距离被监测的建筑物或管线不大于而沉桩区的中轴线及打
18、 桩流程方向均为应力较集中的部位 受打桩影响最大 因此必须在 该部位布孔 在软土地区沉桩影响范围为主要系参照 上 海市地基基础设计规范 给出的经验数值详见表 沉桩影响范围表表 被监测的建 构 筑物类型影响距离 精度厂房或高耸 对货斜敏感的建 构 筑物 陈旧的层以下砌体结构房屋 层砌体结构房屋 砖砌人防 采用脆 性材料的管道和接头等 或两者距离取大值 层以上采用线基础的建筑物 注监测对象至沉桩区边缘的最短距离 桩的入土深度 群桩桩基础宽度 从数个沉桩工程的孔隙水压力测试实例及工程经费等方 面考虑 对同一建 构 筑物或管线 测试孔间距基本可 反映出超孔隙水压力大小对建筑物产生的变形和对管线产生挠曲
19、 的影响大小 而对于重要建筑物或重要管线则需根据其重要程度 及工程经费等具体情况加密控制 沉桩对饱和软土影响最为显著 因此孔隙水压力测试应以 饱和软土为重点 测点垂直间距规定为既要控制不同深度 的孔隙水压力消长情况 又便于同孔多测点的施工埋设 当孔隙水压力增长达到警戒值时 将会造成地基土有较大 的位移或失稳影响到周围建筑物或管道产生位移 倾斜 挠曲 裂缝甚至破坏 因此需要报警并提出相应的建议 采取跳打 减速 或间歇停打等适当的措施根据以往数个沉桩工程的孔隙水压力 测试实例 确定超孔隙水压力与有效覆盖压力之比达时为警 戒值 强夯加固工程中控制间歇时间 间距过大不宜控制整个场地的强夯效果 间距太小
20、又会 使施工造成困难 因此定为 由于强夯的影响深度较小 因此垂直间距定为如 小于则难以埋设 也无必要 根据强夯加固工程经验 如采取连续强夯而无一定的间歇 时间让孔隙水压力消散 则难以达到好的加固效果 当孔隙水压力 消散率达后再进行下一遍强夯效果较好 工程降水的监测 孔隙水压力测试孔间距主要按降水的影 响半径考虑当降水深 影响半径大时取大值 反之取小值以 个轴向布置个测试孔为宜 当孔隙水压力计埋设深度小于水位降深时 将失去测试作 用 因此埋深应大于最大降深 边坡稳定性分析 毕肖普法计算土坡安全系数的方法为 式中安全系数 大于则安全 稳定性系数 由等参变数确定 孔隙压力比 水柱重 土的单位密度乘土
21、柱高 孔隙水压力 孔隙水压力测试孔的横向间距不宜太大 否则将难以控制 潜在滑动区的范围 因此应适当加密其加密间距可根据潜在滑 动区的范围确定 一般宜为 成果资料整理与报告书编写 现场量测数据和绘制的孔隙水压力与施工因素等的关系 图及工程设计 施工 地质 环境等资料 是整理编写测试报告的重 要素材 必须真实可靠 应是经过认真整理 检查 分析 鉴定 去伪 存真 方可利用 为总结孔隙水压力与其它监测手段的相互联系和相关关系 当在同一场地同时布置孔隙水压力 土压力和位移测量时 应进行 综合分析 相互对比验证 总结经验 以进一步提高测试水平 据上海很多的工程实例 孔隙水压力与位移变形有着密切的 相关关系
22、如某打桩监测工程 随淤泥质土层中增加 地面垂 直位移也增加 见图孔隙水压力日增量与垂直位移日增量也 同样如此 见图其直线方程为 相关系数统计组数对 式中地面垂直位移日增量 深度处淤泥质土中孔隙水压力日增量 本条列出了测试报告书的基本内容由于每项测试均有 其自身的特点 测试报告应能反映其特色 个性因影响孔隙水 压力变化的因素很多 可以说是错综复杂 其中往往有个是 起控制作用的影响因素 诸如施工速率 施工流程 荷载 排水措施 等 应能够总结出规律性的成果以及主要的经验教训 以便在今后 测试工作中加以借鉴 测试成果表明 孔隙水压力日增量大致上与打桩速率成正比 与测点至打桩的平均距离成反比如上海某监测工程实测资 料 见图近似关系为 相关系数统计组数对 图淤泥质土层超孔隙压力变化与地面垂直位移变化关系 图孔隙压力日增量与垂直位移关系 上海某工程 式中打桩影响系数根桩位离散 时 平均距离可用平均距离倒数计算 为每根桩的距离 图孔隙压力日增量与打桩速率 距离关系 报告书中所附的图表 除图表 为应附的图表外 其它可结合测试的具体情况加以 选用
