CECS 55-1993 孔隙水压力测试规程.pdf

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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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时在

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、形有着密切的相关关系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