旁壓試驗在東營沿海地區(qū)巖土工程勘察中應(yīng)用

何 瑾

(勝利油田勝利勘察設(shè)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(yīng)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(yīng)力，使孔壁土體發(fā)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(guān)系，據(jù)此可用來直接確定試驗土體地基承載力，確定土體強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、建筑物基礎(chǔ)的沉降、側(cè)向的地基反力系數(shù)等。由于東營沿海地區(qū)地下水位高，土質(zhì)松軟，淺層土為欠固結(jié)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(zhì)是在鉆孔中進(jìn)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(yīng)力—應(yīng)變特征。

旁壓器在逐級加壓的情況下，孔壁土體(軟巖)經(jīng)歷了3個變形階段，而反映在壓力—變形關(guān)系曲線上也有明顯地劃為3個區(qū):恢復(fù)區(qū)、似彈性區(qū)、塑性發(fā)展區(qū)，然后根據(jù)曲線的特征和對旁壓機(jī)理的解釋來確定孔壁土體或軟巖的特征值靜止側(cè)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(guān)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(yù)鉆式旁壓儀，是在PY-2A型旁壓儀基礎(chǔ)上改進(jìn)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(diào)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(zhǔn)確，旁壓器采用三腔式結(jié)構(gòu)，試驗過程中可采用人工目測和電測兩種方式記錄試驗數(shù)據(jù)，儀器操作簡單，方便實用，不受任何現(xiàn)場條件限制(見圖2)。

3 試驗鉆孔

預(yù)鉆式旁壓試驗成功與否，鉆探成孔是其中一個關(guān)鍵的問題，一般是采用勺形鉆進(jìn)行人工鉆進(jìn)，這個方法對于地下水埋深大、成孔性好的地區(qū)比較適用，但是東營沿海地區(qū)地下水位淺，土質(zhì)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(jìn)行旁壓試驗的深度時，利用小口徑巖芯管進(jìn)行慢速鉆進(jìn)后下旁壓器進(jìn)行試驗，解決了松軟場區(qū)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(yīng)用

試驗場區(qū)位于山東省東營市沿海地區(qū)，場區(qū)表層地基土主要由素填土和粉土(夾粉質(zhì)粘土層)組成，該場區(qū)素填土厚度約3．0 m，由于素填土結(jié)構(gòu)松散，為新近堆填，不能作為地基持力層，故準(zhǔn)確提供素填土下部粉土及其夾層粉質(zhì)粘土的地基承載力，就成了本次勘察的一項重要內(nèi)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(jìn)行兩種校正:彈性膜(包括保護(hù)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(jìn)行，更換彈性膜(或保護(hù)套)，需進(jìn)行彈性膜約束力的校正，彈性膜一般進(jìn)行20次試驗后，須復(fù)校一次約束力。由于本次工程第一次進(jìn)行旁壓試驗，進(jìn)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(jìn)行旁壓測試的地層為素填土下部②層粉土及其夾層粉質(zhì)粘土，該②層土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗土層物理力學(xué)指標(biāo)

本次旁壓試驗在8號孔自5．0 m開始連續(xù)測試了②夾層粉質(zhì) 粘土、②層粉土，測試結(jié)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(jù)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(zhì)粘土P—S曲線

圖6 ②夾層粉土P—S曲線

根據(jù)旁壓試驗P—S曲線獲取測試土層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值有兩種方法:

或

或

根據(jù)②夾層粉質(zhì)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(jù)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(jù)②層粉土和粉質(zhì)粘土的物理力學(xué)指標(biāo)和地區(qū)經(jīng)驗綜合對比，從旁壓試驗得出的承載力標(biāo)準(zhǔn)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(jù)之一。

5 結(jié)論與建議

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

利用旁壓試驗進(jìn)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(shù)據(jù)，本次工程勘察項目中通過利用自己加工的小巖芯管鉆進(jìn)，整個過程是直接在普通的鉆孔中進(jìn)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(yè)出版社，1994．

［2］ JGJ 69-90，PY型預(yù)鉆式旁壓試驗規(guī)程［S］．

［3］ 郝冬雪，樊廣森．旁壓試驗在港區(qū)碼頭工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用［J］．東北大學(xué)電力大學(xué)學(xué)報，2011(3):94-96．