近海吹填場地地基承載力的旁壓試驗(yàn)研究

王志強(qiáng) 潘月雷

隨著旁壓試驗(yàn)越來越多的應(yīng)用于實(shí)際工程，對旁壓試驗(yàn)的研究也不斷加深。胡建華對法國梅納旁壓儀的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了簡單介紹，并對在武漢某高層建筑場地的旁壓試驗(yàn)進(jìn)行了分析，得出其準(zhǔn)確性和適用性;徐東升[1]結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、扁鏟實(shí)驗(yàn)和

旁壓試驗(yàn)的結(jié)果對黃河三角洲粉土的原位力學(xué)性能進(jìn)行了研究;余剛[3]在深圳地鐵巖土工程勘察中應(yīng)用旁壓試驗(yàn)測試了花崗巖殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖層的地基承載力參數(shù)和變形參數(shù);劉瓊應(yīng)用旁壓試驗(yàn)結(jié)果推算出載荷試驗(yàn)p—s曲線，并在兩個工程實(shí)例中檢驗(yàn)了其方法的可行性;蘇兆鋒[4]對唐山京唐港濱海相地區(qū)23個鉆孔中的180個旁壓試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比總結(jié)。

筆者在日照某吹填場地上應(yīng)用法國梅納旁壓儀(GB)對強(qiáng)夯后吹填場地10個鉆孔、30個旁壓試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了測試。得出場地的地基承載力及彈性模量，本文簡單介紹了旁壓儀的工作原理和數(shù)據(jù)整理，并對試驗(yàn)過程中所遇問題的解決進(jìn)行了分析。

1 工程概況

鑒于吹填所形成的場地地質(zhì)條件極為復(fù)雜，地層分布雜亂無序，場地條件復(fù)雜或有特殊要求的工程，對場地進(jìn)行了施工勘察，為進(jìn)一步查明該場地吹填土沉積規(guī)律，細(xì)化分層?？睖y時為枯水期，初見水位一般見于粉土層中部，靜止水位在1.0 m～1.50 m左右。據(jù)該區(qū)地下水動態(tài)變化規(guī)律，預(yù)計(jì)該靜止水位的年變化幅度在1.50 m～2.00 m左右，水位較高。場地在勘測深度范圍內(nèi)所揭露地層分布情況及與工程設(shè)計(jì)相關(guān)土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

2 旁壓試驗(yàn)原理

2.1 試驗(yàn)儀器

本次旁壓試驗(yàn)所用儀器為法國梅那GB型預(yù)鉆式旁壓儀。

2.2 試驗(yàn)原理

旁壓試驗(yàn)(pressuremeter test)是利用旁壓儀的擴(kuò)張，對周圍土體施加均勻壓力，測量壓力和徑向變形的關(guān)系，得到地基土在水平方向上的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的一種原位測試方法。根據(jù)試驗(yàn)的讀數(shù)，得到應(yīng)力—應(yīng)變或體積—壓力之間的關(guān)系曲線(見圖1)，據(jù)此用來確定土的臨塑壓力Pf和極限壓力Pl，以評定地基土的承載力，確定土的旁壓模量Em，估算土的壓縮模量Es和剪切模量Gm等。

表2 粉質(zhì)粘土的旁壓試驗(yàn)記錄

圖1 典型旁壓曲線

由旁壓曲線可以判斷有關(guān)變形的強(qiáng)度特性的參數(shù)。OA，AB段界限壓力相當(dāng)于初始水平應(yīng)力Po;AB，BC段界限壓力相當(dāng)于臨塑屈服壓力Pf;BC段末尾漸近線的壓力為極限壓力Pl。

由于橡皮膜的約束力和管線在壓力的體積膨脹會影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以進(jìn)行以下修正:壓力修正和體積修正。

1)壓力修正。由于有管路中的靜水壓力，所以施加于探頭的實(shí)際壓力高于控制裝置讀出的壓力值。另一方面，由于膜的約束力的關(guān)系，施加于土的壓力低于探頭的壓力，要進(jìn)行壓力的修正。壓力修正過程如下:首先讓探頭自由膨脹數(shù)次，然后按7級～12級壓力施壓，每一級壓力分別持續(xù)1 min，記錄每一級別對應(yīng)的體積增量，當(dāng)體積達(dá)到700 cm3時終止。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪出P—V曲線，進(jìn)行修正的時候在曲線上通過體積查出壓力損失。

2)體積修正。環(huán)路中的水的壓縮和管路及配件的膨脹都說明必須對體積計(jì)的讀數(shù)作修正。修正如下:將探頭放入直徑與試驗(yàn)鉆孔直徑相當(dāng)?shù)匿摴埽缓笠?50 kPa的增量對探頭施加壓力，記錄各級壓力下的體積變化量。繪出P—V曲線，取直線段的斜率為儀器變形修正系數(shù)α。

3 試驗(yàn)成果及分析

本次試驗(yàn)由于是在一月份的北方城市進(jìn)行的，天氣寒冷，水路循環(huán)中的液體水易因受凍凝固而影響試驗(yàn)的進(jìn)行。針對這個問題，經(jīng)過試驗(yàn)人員集思廣益，應(yīng)用酒精代替水作為循環(huán)液體進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)酒精在壓力下體積減縮量小，完全有代替水的可操作性。由于酒精的體積減縮量在體積修正的時候已經(jīng)考慮到，對試驗(yàn)結(jié)果基本沒有影響。

表2為本次旁壓試驗(yàn)的一組數(shù)據(jù)，圖2為本次試驗(yàn)中不同原狀土形成的水泥土的旁壓曲線。

圖2 不同土層的旁壓曲線

由圖2中曲線可以得到如表3所示數(shù)據(jù)。

表3 不同土層強(qiáng)夯后的旁壓試驗(yàn)結(jié)果

對比表1和表3可以發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯前后地基承載力特征值有了明顯的提高，旁壓模量也有顯著的增加，可見強(qiáng)夯對于近海吹填場地的地基處理效果是明顯的。

4 結(jié)語

1)本文提供了解決在寒冷環(huán)境中旁壓儀管線內(nèi)液體受凍堵塞問題的方法，用高濃度酒精代替水是完全可行的，為以后在嚴(yán)寒條件下的工程施工提供了解決方案。2)通過強(qiáng)夯前后旁壓試驗(yàn)分析，表明強(qiáng)夯對吹填地基的地基承載力有明顯的提高，為近海吹填場地的地基處理提供了參考實(shí)例。

[1]徐東升，汪 稔.黃河三角洲粉土原位力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(2):409-416.

[2]馬懷發(fā)，孔俐麗.基于旁壓試驗(yàn)反分析土體本構(gòu)參數(shù)的有限元方法[J].水利水電技術(shù)，2005，36(6):58-60，62.

[3]余 剛.旁壓試驗(yàn)在深圳地鐵巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].四川建材，2010，36(1):252-254.

[4]蘇兆鋒，張 輝.旁壓試驗(yàn)在濱海相地區(qū)港口勘察中的應(yīng)用研究[J].工程勘察，2010(S1):50-55.

[5]吳 文，徐松林.旁壓儀在巖土工程深部原位測試技術(shù)的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999，18(1):45-48.