旁壓試驗在東營沿海地區巖土工程勘察中應用

何 瑾

(勝利油田勝利勘察設計研究院，山東東營 257026)

0 引言

旁壓試驗作為巖土工程勘察的原位測試方法之一，具有測試深度大，不受地下水位影響的特征，可應用于較難直接測試的松軟土層的承載力。旁壓試驗測試方法利用旁壓器對鉆孔壁施加橫向均勻應力，使孔壁土體發生徑向變形直至破壞，利用量測儀器測壓力和徑向變形或體積變化的關系，據此可用來直接確定試驗土體地基承載力，確定土體強度參數、變形參數、建筑物基礎的沉降、側向的地基反力系數等。由于東營沿海地區地下水位高，土質松軟，淺層土為欠固結土，旁壓試驗可成為直接測試其地基土承載力的重要勘察手段之一。

1 旁壓試驗原理

旁壓試驗的本質是在鉆孔中進行原位水平載荷試驗，它利用一個可膨脹的圓形旁壓器，在豎直的鉆孔中對其加壓，通過旁壓器的膨脹使孔壁土體(軟巖)變形，從而確定土體(軟巖)應力—應變特征。

旁壓器在逐級加壓的情況下，孔壁土體(軟巖)經歷了3個變形階段，而反映在壓力—變形關系曲線上也有明顯地劃為3個區:恢復區、似彈性區、塑性發展區，然后根據曲線的特征和對旁壓機理的解釋來確定孔壁土體或軟巖的特征值靜止側壓力P0、臨塑壓力Pf和極限壓力Pl(見圖1)。

圖1 旁壓試驗壓力變形關系曲線

2 旁壓試驗儀器

本次工程使用的旁壓儀器為:PY-3型預鉆式旁壓儀，是在PY-2A型旁壓儀基礎上改進的，把原來加壓等級從1．6 MPa提高到2．5 MPa，這樣使用范圍得到了提高。本儀器采用高精度，不耗氣式調壓閥、仿日式軸向閥門和液位顯示儀，這樣使儀器加壓更精確，注水更快更流暢，測讀更準確，旁壓器采用三腔式結構，試驗過程中可采用人工目測和電測兩種方式記錄試驗數據，儀器操作簡單，方便實用，不受任何現場條件限制(見圖2)。

3 試驗鉆孔

預鉆式旁壓試驗成功與否，鉆探成孔是其中一個關鍵的問題，一般是采用勺形鉆進行人工鉆進，這個方法對于地下水埋深大、成孔性好的地區比較適用，但是東營沿海地區地下水位淺，土質松軟，成孔性差，針對這種情況，我們加工了小口徑巖芯管，在鉆至需要進行旁壓試驗的深度時，利用小口徑巖芯管進行慢速鉆進后下旁壓器進行試驗，解決了松軟場區成孔差的問題，取得了較好的試驗效果。

圖2 旁壓儀

4 工程應用

試驗場區位于山東省東營市沿海地區，場區表層地基土主要由素填土和粉土(夾粉質粘土層)組成，該場區素填土厚度約3．0 m，由于素填土結構松散，為新近堆填，不能作為地基持力層，故準確提供素填土下部粉土及其夾層粉質粘土的地基承載力，就成了本次勘察的一項重要內容，我們選擇了旁壓試驗輔助其他原位測試手段綜合給出地基承載力，取得了較好的勘察效果。

在試驗之前，要對儀器進行兩種校正:彈性膜(包括保護套)的約束力校正和儀器綜合變形校正。新旁壓儀首次使用時，兩項校正均需進行，更換彈性膜(或保護套)，需進行彈性膜約束力的校正，彈性膜一般進行20次試驗后，須復校一次約束力。由于本次工程第一次進行旁壓試驗，進行兩項校正，校正曲線如圖3所示，儀器綜合變形曲線見圖4。

圖3 約束力校正曲線

圖4 儀器綜合變形曲線

本次工程進行旁壓測試的地層為素填土下部②層粉土及其夾層粉質粘土，該②層土的物理力學指標如表1所示。

表1 試驗土層物理力學指標

本次旁壓試驗在8號孔自5．0 m開始連續測試了②夾層粉質 粘土、②層粉土，測試結果見表2，表3。

表2 8-1旁壓試驗測試成果表

表3 8-2旁壓試驗測試成果表

根據測試成果表，繪制P—S曲線如圖5，圖6所示。

圖5 ②夾層粉質粘土P—S曲線

圖6 ②夾層粉土P—S曲線

根據旁壓試驗P—S曲線獲取測試土層的承載力標準值有兩種方法:

或

或

根據②夾層粉質粘土P—S曲線，該試驗段極限壓力Pl=121 kPa，臨塑壓力 Pl=113．9 kPa，Pl/Pf=1．1 ＜1．7，故 fk=60．8 kPa。

根據②層粉土P—S曲線，該試驗段臨塑壓力Pl=179．2 kPa，P0=K0Z+u=0．5 × (1．5 ×19+4．4 ×9)+10 × (5．9 －2．65)=66．6 kPa，fk=Pf－ P0=179．2 －66．6=112．6 kPa。

根據②層粉土和粉質粘土的物理力學指標和地區經驗綜合對比，從旁壓試驗得出的承載力標準值是比較符合實際的，可以作為提供地基承載力的主要依據之一。

5 結論與建議

旁壓試驗在本次工程中是成功的，取得了預定的效果，也為今后在東營地區勘察中推廣使用提供了一個很好的范例。

利用旁壓試驗進行原位測試，可以直接獲得地基土的承載力，為巖土工程勘察提供有力的數據，本次工程勘察項目中通過利用自己加工的小巖芯管鉆進，整個過程是直接在普通的鉆孔中進行，不需要單獨布置旁壓測試點，提高了工作效率和降低了勘察成本，值得在以后類似的勘察工作中推廣。

［1］ 《巖土工程手冊》編寫委員會．巖土工程手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1994．

［2］ JGJ 69-90，PY型預鉆式旁壓試驗規程［S］．

［3］ 郝冬雪，樊廣森．旁壓試驗在港區碼頭工程地質勘查中的應用［J］．東北大學電力大學學報，2011(3):94-96．