預(yù)鉆式旁壓試驗的影響因素分析

■謝敏

（廣東省化工地質(zhì)勘查院,廣東廣州510800）

預(yù)鉆式旁壓試驗的影響因素分析

■謝敏

（廣東省化工地質(zhì)勘查院,廣東廣州510800）

簡要介紹了預(yù)鉆式旁壓試驗工作原理，對旁壓試驗的影響因素進行分析對工程中常見的幾種主要影響因素進行分析，以提高試驗結(jié)果準(zhǔn)確性。

預(yù)鉆式旁壓試驗影響因素成孔質(zhì)量壓力

1 概況

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(dāng)?shù)慕?jīng)驗，也逐漸成為巖土工程勘察中主要的原位測試方法之—。在正在建的廣州城市軌道交通21號線巖土工程勘察中就有用到，21號線D標(biāo)段勘察場區(qū)巖土層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，覆蓋層厚薄不一，地鐵隧道主要穿越底層為第四系松散堆積物及花崗巖殘積土-全、強風(fēng)化層，由于鉆探取樣擾動較大，室內(nèi)試驗方法對準(zhǔn)確取得松散地層尤其是花崗巖殘積土-全、強風(fēng)化層的物理力學(xué)性質(zhì)的難度較大。故對該標(biāo)段部分站點采用PM-2B型預(yù)鉆式旁壓儀進行了旁壓試驗。

2 試驗結(jié)果

預(yù)鉆式旁壓儀工作時，由加壓裝置通過增壓缸的面積變換，將較低的氣壓轉(zhuǎn)換為較高壓力的水壓；并通過高壓導(dǎo)管傳至旁壓器，使彈性膜膨脹，導(dǎo)致地基孔壁受壓而產(chǎn)生相應(yīng)變形。其變形量由增壓缸的活塞位移值S確定，壓力P由與增壓缸相聯(lián)的壓力傳感器測得。根據(jù)所測結(jié)果，得到壓力P和位移值S間的關(guān)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(guān)土力學(xué)指標(biāo)。通過多次的試驗操作發(fā)現(xiàn)，由于對試驗中的一些影響因素認(rèn)識不夠，實驗結(jié)果偏差較大，甚至造成數(shù)據(jù)嚴(yán)重失誤，旁壓試驗曲線很容易失真。

3 影響因素分析

旁壓試驗受鉆孔孔徑、鉆孔內(nèi)的泥漿壓力、鉆孔對巖土層原始狀態(tài)的擾動以及操作等影響，綜合分析影響試驗成果的因素主要有以下幾條：

3.1 試驗成孔

圖1為在平時試驗過程中會出現(xiàn)的p-V曲線，其中a曲線表明旁壓膜發(fā)生破裂，以致氣體泄漏壓力降低，而體積值則急劇上升；b曲線代表了孔壁土發(fā)生擾動，成孔質(zhì)量很差的情況；c曲線代表了由于鉆孔直徑過大，土體未能達到破壞；d曲線則表明由于鉆孔直徑過小，初始?xì)鈮盒∮诰o貼外部旁壓膜的土體壓力，旁壓膜并未脹開，以致未能測得初始體積。

所以在實驗過程中必須重視成孔質(zhì)量，針對不同性質(zhì)的土層及深度，可選用與其相應(yīng)的提土器或與其相適應(yīng)的鉆機鉆頭。成孔時應(yīng)保證孔壁垂直、光滑、圓整，并盡量減小對孔壁巖土的擾動，在穿越易發(fā)生縮孔的軟弱土層和易發(fā)生塌孔的砂性土層時應(yīng)采用泥漿護壁?？讖礁鶕?jù)土層情況和選用的旁壓器外徑確定，一般要求比所用旁壓器外徑大2-3mm為宜，不允許過大。

3.2 試驗點的選擇

圖1

試驗必須在同一土層，否則，不但試驗資料難以應(yīng)用，且當(dāng)上、下兩種上層差異過大時，會造成試驗中旁壓器彈性膜的破裂，導(dǎo)致試驗失敗。另外鉆孔中取過土樣或進行過標(biāo)貫試驗的孔段，由于土體已經(jīng)受到不同程度的擾動，不宜進行旁壓試驗。試驗時應(yīng)根據(jù)鉆孔資料，合理選擇具有代表性的土層進行試驗，在夾層較薄和土質(zhì)不均時不宜進行試驗。

3.3 加壓等級

加壓等級的選擇是重要的技術(shù)問題，其大小影響測試點的多少盒試驗成果精度。在不同類型的地基土中，加壓等級是不一致的。壓力增量等級和相對穩(wěn)定時間(觀察時間)標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)現(xiàn)場情況及有關(guān)旁壓試驗規(guī)程選取。其中：壓力增量建議選取預(yù)估臨塑壓力pf的1 /8-1/12。

3.4 注意檢查儀器管路密封性

試驗前要嚴(yán)格按要求向旁壓器和管路內(nèi)注水，確保排除其中的滯留氣體，存在少量的殘留氣體會引起加載不穩(wěn)定或變性異常，也可能對水位調(diào)零，注水調(diào)壓閥的進水等造成一定影響。

3.5 試驗過程需注意

在試驗過程中，如由于鉆孔直徑過大或被測巖土體的彈性區(qū)較大時，有可能發(fā)生水量不夠的情況，即巖土體仍處在彈性區(qū)域內(nèi)，而施加壓力尚遠離儀器最大壓力值。且位移已達到320mm以上，此時,如要繼續(xù)試驗，則應(yīng)進行補水。

3.6 旁壓測試臨界深度的影響

（1）在均質(zhì)土層中測試，Pf自地表向下逐漸增大，當(dāng)超過一定深度后，才趨近一個常數(shù)值，這個土層表面一定深度就稱為臨界深度。

（2）砂土中表現(xiàn)明顯，臨界深度隨砂土密實度的增加而增加，一般為1~3m。

（3）在臨界深度內(nèi)，由于地面是臨空面，土體可以產(chǎn)生較明顯的垂向變形，而在臨界深度以下，因上覆土層壓力加大，限制了垂向變形，基本上只有徑向變形。

3.7 標(biāo)定問題

試驗前，應(yīng)對儀器進行彈性膜（包括保護套）約束力校正和儀器綜合變形校正，具體項目應(yīng)按下列情確定：

（1）新旁壓器首次使用或旁壓儀有較長時間不用，兩項校正均需進行。

（2）更換彈性膜（或保護套）需進行彈性膜約束力校正，為提高壓力精度，彈性膜經(jīng)過多次試驗后，應(yīng)進行彈性膜復(fù)校試驗。

（3）加長或縮短導(dǎo)壓管時，需進行儀器綜合變形校正試驗。

4 結(jié)語

通過分析得出影響旁壓試驗的主要因素為試驗成孔質(zhì)量問題，其次是加荷等級問題、旁壓膜的約束力問題以及實驗前的注水排氣問題。在試驗準(zhǔn)備過程中，嚴(yán)格按照儀器使用說明書的要求及規(guī)范中規(guī)定的操作步驟，盡可能減少人為誤差。在試驗工程中把握以上幾方面的主要影響因素并實施控制，使整個試驗過程完全處于受控狀態(tài)。從而得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性才高，進而確定地基基本承載力和水平基床系數(shù)，壓縮模量等有關(guān)設(shè)計參數(shù)。

[1]GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范【S】.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]旁壓試驗規(guī)程【S】.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[3]工程地質(zhì)手冊【S】.第四版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[4]江蘇省溧陽市天目儀器廠，PM-2B型預(yù)鉆式旁壓儀說明書.

[5]TB10018-2003鐵路工程地質(zhì)-位測試規(guī)程【S】鐵道第四勘察設(shè)計院2003.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-294-1