旁壓試驗在新疆某高層建筑勘察中的應用

楊睿

摘要：簡要介紹國產PM-2B型旁壓儀的工作原理、工作要點，并將其應用于新疆某高層建筑的巖土工程勘察原位測試中，通過旁壓試驗的成果整理分析，確定了地基土的強度和變形特性，從而較準確的查明了地基軟弱下臥層的承載能力，充分論證了該項目高層建筑物采用天然地基的可能性，為以后的工程勘察應用提供參考。

關鍵詞：旁壓試驗;高層建筑;巖土工程勘察

1 引言

旁壓試驗是近幾十年來在國內外巖土工程中得到迅速發展并逐漸成熟的一種原位測試手段和方法，由于試驗方法簡單、靈活、方便、準確等特點使其試驗成果在國內外工程設計中被廣泛應用。我國自八十年代以來，旁壓試驗也得到了較為廣泛的使用，至今已積累了相當多的經驗，也逐漸成為巖土工程勘察中主要的原位測試方法之—。

隨著新疆基礎設施建設和城市都市化的發展，一些大型項目和高層建筑物日益增多，這些工程要求勘察能夠提供準確、可靠的地基土物理力學參數，旁壓試驗作為一種原位勘察測試技術，具有測試深度大、土層擾動小、不受地下水位影響等特征;與室內試驗相比，有快捷、省力而又經濟的特點，同時旁壓試驗的機理也在近幾十年發展中日趨完善。目前，旁壓試驗可應用于較難直接測試的松軟土層或軟弱下臥層，以及中等強度以上的粘性土，粉性土、強風化巖、極軟巖等地基，通過試驗可判定土的臨塑壓力Pf和極限壓力PL，從而確定地基土的承載力特征值。

2 試驗原理及工作要點

2.1 試驗原理

旁壓試驗是一種對現場地基土的力學參數進行原位測試的試驗，測試原理是由加壓裝置通過增壓缸的面積變換，將較低的氣壓轉換為較高壓力的水壓，并通過高壓導管傳至旁壓器，使彈性膜膨脹，導致地基孔壁受壓而產生相應變形。其變形量由增壓缸的活塞位移值S確定，壓力P是由與增壓缸相聯的壓力傳感器測得。根據所測結果，繪制壓力P和位移值S間的關系曲線，即旁壓曲線。從而確定地基層的臨塑壓力、極限壓力等有關土力學指標，從而估算地基土的強度、變形等巖土工程參數。

本次試驗采用儀器為國產PM-2B型預鉆式旁壓儀，該儀器主要由旁壓器、注水系統、壓力與變形測量系統、壓力施加裝置及箱體支承部件等組成。其主要技術參數為：旁壓器總長720mm，膠膜公稱外徑φ90mm，膠膜測量腔初始體積2188.5cm3，位移最大值37cm，最大加壓能力6.0MPa，增壓缸有效面積59.1cm2。

2.2 工作要點

旁壓試驗作為巖土工程勘察現場進行原位測試的直接手段，測試技術人員就必須熟悉所用儀器設備的操作步驟和工作原理，并且要嚴格按現行規范、規程進行，工作過程稍有疏忽就有可能導致整個試驗的失敗而造成不必要的經濟損失和時間延誤，根據旁壓試驗的特點及現場經驗，歸納一下幾個工作要點：

（1）因PM-2B型預鉆式旁壓儀適用于強度較高的地層，故采用工程鉆機成孔。成孔直徑一般應比旁壓器的公稱外徑大2-5mm為宜，絕不允許過大或過小。

（2）當采用大直徑鉆具鉆進時，必須從試驗段以上不小于1m 處按試驗段的要求進行成孔，成孔后必須立即進行測試，對于孔壁穩定性差的或有縮孔可能的土層宜采用泥漿護壁成孔。

（3）根據工程勘察技術要求選定試驗點位置，應使旁壓器測試腔中點處于試驗要求深度，試驗段須在同一巖土層，且不得在取過土或進行標準貫入試驗的部位進行，否則不但資料難以應用，而且還會因為壓力不均而導致旁壓器彈性膜的損壞。

（4）試驗結束后，需調節減壓閥，先排水后排氣，排凈系統內全部的水，并使活塞處于底部。待2-3min后旁壓器外膜收縮到原始狀態，再將旁壓器提出孔外，取旁壓器時需把導管和探頭同步上提，避免導管纏繞在鉆桿上而導致導管破損。

3 工程應用

試驗場區位于新疆烏魯木齊市萬盛大街新景中心雙子樓西側，項目總建筑面積52229㎡，包括兩棟25F高層住宅樓及商業建筑。場區地基土主要由①圓礫、②粉質黏土、③基巖組成。根據地勘資料，擬建建筑基礎位于圓礫層中，基底以下圓礫層厚度為5.8-8.3m，②粉質黏土為①圓礫層的軟弱下臥層，厚度為5.9-11.0m。若采用天然地基，擬建高層建筑有可能會因為下臥層驗算不滿足設計要求;若采用人工地基或樁基礎，整個工程造價將會大幅提高。所以為了進一步查明場地下臥層②粉質黏土層的工程力學特性，勘察單位提出采用旁壓試驗測定該下臥層②粉質黏土層的地基承載力，從而論證高層建筑采用天然地基的可能性。

3.1 現場試驗及資料整理

本次工程進行旁壓試驗的地層為②-1粉質黏土層和②-2粉質黏土層，這兩層土的物理力學指標如表1所示。

本次旁壓試驗共選擇2個鉆孔，分別選取每個鉆孔的15.0m、18.0m位置對②-1粉質黏土層和②-2粉質黏土層進行測試。現以8號孔為例，測試結果見表2、表3所示。

根據測試成果表，繪制旁壓曲線P-S曲線如圖1、圖2所示。

3.2 承載力特征值的確定

根據旁壓試驗P-S曲線確定試驗土層地基承載力特征值有兩種方法：

（1）利用極限壓力PL確定：

當極限壓力PL小于等于臨塑壓力Pf的2倍時，取極限壓力的1/2，由下式確定：fak=PL/2-P0;當極限壓力PL大于臨塑壓力Pf的2倍時，由下式確定：fak=PL-P0/K（K為安全系數，根據地區經驗確定）。

（2）利用臨塑壓力Pf由下式確定：

根據實測8號孔15.0m位置旁壓P-S曲線，由于試驗加壓的最大壓力并未達到極限壓力，所以利用臨塑壓力確定地基承載力特征值。該試驗段臨塑壓力Pf = 586.3kPa，初始壓力P0 =92.8kPa，fak =λ（PL-P0）=1.0×（586.3-92.8）= 493.5kPa，故②-1粉質黏土層地基承載力特征值fak=493.5kPa。

根據實測8號孔18.0m位置旁壓P-S曲線，由于試驗加壓的最大壓力并未達到極限壓力，所以利用臨塑壓力確定地基承載力特征值。該試驗段臨塑壓力Pf = 684.7kPa，初始壓力P0 =132.1kPa，fak =λ（PL-P0）=1.0×（684.7-132.1）= 552.6kPa，故②-2粉質黏土層地基承載力特征值fak=552.6kPa。

在試驗數據整理中發現，旁壓試驗成果與其他原位測試結果相近，試驗結果具有相互替代性，通過3個鉆孔內進行的標準貫入試驗與旁壓試驗進行對比可知，旁壓試驗與標準貫入試驗確定的地基承載力值接近，說明旁壓試驗可靠性高。

4 結論與建議

旁壓試驗在本次工程勘察中的應用是成功的，取得了預定的效果，也為今后在新疆地區工程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，尤其對查明深部地層力學指標時，采用旁壓試驗代替其它原位測試，更能發揮旁壓試驗的設備輕便、試驗周期短、費用低、工作效率高等優勢。

旁壓試驗的成果受到諸多因素的影響，如試驗鉆孔的質量，測試人員的技術水平，計算公式的選擇等，稍有疏忽就有可能導致試驗的失敗，影響試驗的最終結果。地下巖土體性質千差萬別，單一傳統的測試手段或依靠工程經驗很難掌握較準確的巖土參數，因此，多種試驗方法的對比分析非常重要。通過選取的試驗點實例分析，說明旁壓試驗是一種能較準確的獲取巖土層參數的方法，值得在工程勘察中進一步推廣和應用。

參考文獻：

[1]JGJ/T 69-2019，地基旁壓試驗技術標準，中國建筑工業出版社，2019.

[2]《工程地質手冊》編寫委員會，工程地質手冊（第五版），中國建筑工業出版社，2018.