旁壓試驗(yàn)在確定堅(jiān)硬土層地基土參數(shù)中的應(yīng)用

劉明

（廣東核力工程勘察院廣東廣州510800）

旁壓試驗(yàn)在確定堅(jiān)硬土層地基土參數(shù)中的應(yīng)用

劉明

（廣東核力工程勘察院廣東廣州510800）

本文針對(duì)"旁壓試驗(yàn)"在地鐵勘察中的應(yīng)用，通過對(duì)廣州地鐵21號(hào)線的原位測(cè)試專題勘察試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，介紹根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)旁壓試驗(yàn)成果計(jì)算半巖半土狀風(fēng)化層地基土參數(shù)方法。尤其是水平向參數(shù)：水平基床系數(shù)、靜止側(cè)壓力系數(shù)等重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，為地鐵等地下工程應(yīng)用提供參考。

旁壓試驗(yàn)P-V曲線基床系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)

0　引言

由于半巖半土狀風(fēng)化層在鉆探施工中，很難采取到原狀試驗(yàn)樣品進(jìn)行室內(nèi)巖土分析試驗(yàn)，因此采用原位測(cè)試取得的地基土參數(shù)手段非常重要，旁壓試驗(yàn)在我國(guó)巖土工程中的應(yīng)用和推廣時(shí)間不長(zhǎng)，可謂是“標(biāo)準(zhǔn)化”程度不高的原位測(cè)試手段之一，故規(guī)范規(guī)程與手冊(cè)并用，但權(quán)重依次遞減。但它可提供巖土設(shè)計(jì)尤是地下管道圍巖巖土設(shè)計(jì)所必不可少的水平方向參數(shù)，是一種必要的測(cè)試手段。根據(jù)現(xiàn)行尚不完善的規(guī)范，參考多部手冊(cè)，加上以往長(zhǎng)期測(cè)試獲取的背景資料，本次專項(xiàng)原位測(cè)試工作，部分已突破現(xiàn)行的規(guī)范和常規(guī)工法，力圖獲得“標(biāo)準(zhǔn)”的巖土參數(shù)。

1　旁壓試驗(yàn)的基本原理

旁壓試驗(yàn)是鉆孔中進(jìn)行的原位水平載荷試驗(yàn)，它利用可膨脹的旁壓器，對(duì)其進(jìn)行加壓，通過旁壓器的膨脹使孔壁土體產(chǎn)生變形，而確定土體的應(yīng)力與應(yīng)變特征。在逐級(jí)加壓的情況下，土體經(jīng)歷3個(gè)變形階段，在應(yīng)力-變形關(guān)系曲線上反映出3個(gè)明顯不同的區(qū)間：恢復(fù)區(qū)、似彈性區(qū)、塑性發(fā)展區(qū)，根據(jù)曲線特征及旁壓機(jī)理的解釋確定靜止側(cè)壓力（初始?jí)毫Γ㏄0、臨塑壓力（比例界限壓力）Pf和極限壓力（屈服壓力）PL。

2　測(cè)試成果校正與線性分析

2.1繪制P-V曲線

繪制旁壓曲線前，先要進(jìn)行壓力校正和水位下降值校正。

（1）壓力校正（校正曲線）P=Pm+Pw-Pi（1-1）

式中，P：校正后壓力（kPa）；Pm：壓力表讀數(shù)（kPa）；Pw：靜水壓力（kPa）；

Pi：彈性膜約束力，在校正曲線上讀取（kPa）。

而靜水壓力取值為：

無(wú)地下水時(shí)，Pw=（h0+z）γw（1-2）

有地下水時(shí)，Pw=（h0+hw）γw（1-3）

式中，h0：測(cè)管水面離孔口的高度（m）；z：地面至旁壓器中腔中點(diǎn)的距離（m）；hw：地下水位離孔口的高度（m）；γw：水的密度（取1t/ m3）。

（2）水位下降值的校正（校正曲線）S=Sm-（Pm+Pw）·α

式中，S：校正后的測(cè)管水位下降值（m）；Sm：實(shí)測(cè)水位下降值（m）；α：儀器綜合變形校正系數(shù)（m3/kN）。

取得校正后的壓力值P和水位下降值S（或轉(zhuǎn)換成的測(cè)管體積變化值V），就可以繪制P-V曲線。

2.2確定界限壓力值

由于試驗(yàn)對(duì)象是半巖半土狀花崗片麻巖風(fēng)化層，為非均質(zhì)體，所以測(cè)得P-V（S）曲線少部分不盡人意，為此，為還原各特征值，使用二次樣條函數(shù)處理，力圖P-V曲線充分貼近工程實(shí)際，能容易截取各特征值。截取的初始?jí)毫0、比例界限壓力Pf和極限（屈服）壓力PL。

3　成果應(yīng)用

按現(xiàn)行的規(guī)范、參考相關(guān)文獻(xiàn)手冊(cè)，可求算出如下巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)：

表1　旁壓試驗(yàn)基床系數(shù)（水平方向Kx）統(tǒng)計(jì)表

表2　旁壓試驗(yàn)側(cè)壓力系數(shù)（K0）統(tǒng)計(jì)表

4　討論與分析

圖3　旁壓試驗(yàn)成果圖

工藝是旁壓試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵所在。而工藝之中，最為關(guān)鍵的是成孔質(zhì)量，其次為合理的裝置。為盡可能取得接近真實(shí)數(shù)據(jù)，滿足工法要求，應(yīng)根據(jù)工況針對(duì)測(cè)試的對(duì)象事前進(jìn)行測(cè)試機(jī)具的改造和試測(cè)工作，必要時(shí)采取非常規(guī)操作，合理的對(duì)常規(guī)操作、裝置作一些調(diào)整，以取得更為合理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.1工藝

（1）為盡量少擾動(dòng)巖土體，應(yīng)盡可能采用干鉆，其次清水成孔，不得已則采用不同比重的泥漿護(hù)孔來(lái)成孔，力求成孔質(zhì)量達(dá)到最佳。

（2）根據(jù)不同的巖土層，采用合適的鉆頭，在最短時(shí)間內(nèi)完成鉆孔。

（3）為方便導(dǎo)入旁壓探頭，到達(dá)預(yù)定的孔深后，先成一Φmax90倒錐形導(dǎo)入口，再向下成一1mΦ52～56的旁壓孔，提鉆后，迅速放入探頭，探頭每每都較為順利進(jìn)入預(yù)定的位置。

（4）探頭選用

現(xiàn)行使用的多為第三代預(yù)鉆式低壓（≤2.5MPa）旁壓儀器，其采用低壓旁壓探頭，基本是三腔三管的，我院在多年的測(cè)試實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)三腔三管式的探頭僅適合于一般軟土層，三腔四管式的探頭更適合于堅(jiān)硬土層和巖層中，為此，本次測(cè)試中采用三腔四管的探頭，偶爾配備彈性纖維護(hù)鎧。

4.2操作

（1）每級(jí)壓力穩(wěn)定時(shí)間

規(guī)范的穩(wěn)定時(shí)間為1min和3min，前者用于“硬土”，后者用于軟土。測(cè)試中，我方并不拘泥規(guī)范的1min和3min要求，而是視變形而定，當(dāng)變形仍在發(fā)散時(shí)，則試驗(yàn)要繼續(xù)下去，直至出現(xiàn)某一控制因素為止。

（2）試驗(yàn)終止條件

一般來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)壓力過臨塑壓力Pf后即可終止該級(jí)壓力的實(shí)驗(yàn)。但測(cè)試中，希望求得極限壓力PL而繼續(xù)加壓，但當(dāng)測(cè)管水位下降將至36cm（有時(shí)超過），并立即停止試驗(yàn)，以策安全。

5　結(jié)語(yǔ)

在預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)實(shí)踐中要想獲得理想的“標(biāo)準(zhǔn)型”旁壓P-V曲線是極為困難的，但選用合理的工藝、方法進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過科學(xué)合理的數(shù)據(jù)校正，仍可獲得可說(shuō)是準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)型的P-V曲線，足可以獲得置信度高的參數(shù)值。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可配合適宜的其它原位測(cè)試工作，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互補(bǔ)充，以獲取更貼近工程實(shí)際的設(shè)計(jì)所用的各項(xiàng)巖土參數(shù)。

[1]林宗元.《巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)》[M]：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[2]孟高頭.土體原位測(cè)試方法及其工程應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，1997.

[3]唐賢強(qiáng)，謝瑛.地基工程原位測(cè)試技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.

[4]《鐵路工程地基土旁壓試驗(yàn)規(guī)程》[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.

[5]《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

TU4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-477-2