楊睿

摘要：簡(jiǎn)要介紹國(guó)產(chǎn)PM-2B型旁壓儀的工作原理、工作要點(diǎn)，并將其應(yīng)用于新疆某高層建筑的巖土工程勘察原位測(cè)試中，通過(guò)旁壓試驗(yàn)的成果整理分析，確定了地基土的強(qiáng)度和變形特性，從而較準(zhǔn)確的查明了地基軟弱下臥層的承載能力，充分論證了該項(xiàng)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(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：旁壓試驗(yàn);高層建筑;巖土工程勘察

1 引言

旁壓試驗(yàn)是近幾十年來(lái)在國(guó)內(nèi)外巖土工程中得到迅速發(fā)展并逐漸成熟的一種原位測(cè)試手段和方法，由于試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、靈活、方便、準(zhǔn)確等特點(diǎn)使其試驗(yàn)成果在國(guó)內(nèi)外工程設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。我國(guó)自八十年代以來(lái)，旁壓試驗(yàn)也得到了較為廣泛的使用，至今已積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)，也逐漸成為巖土工程勘察中主要的原位測(cè)試方法之—。

隨著新疆基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市都市化的發(fā)展，一些大型項(xiàng)目和高層建筑物日益增多，這些工程要求勘察能夠提供準(zhǔn)確、可靠的地基土物理力學(xué)參數(shù)，旁壓試驗(yàn)作為一種原位勘察測(cè)試技術(shù)，具有測(cè)試深度大、土層擾動(dòng)小、不受地下水位影響等特征;與室內(nèi)試驗(yàn)相比，有快捷、省力而又經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)旁壓試驗(yàn)的機(jī)理也在近幾十年發(fā)展中日趨完善。目前，旁壓試驗(yàn)可應(yīng)用于較難直接測(cè)試的松軟土層或軟弱下臥層，以及中等強(qiáng)度以上的粘性土，粉性土、強(qiáng)風(fēng)化巖、極軟巖等地基，通過(guò)試驗(yàn)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(yàn)原理及工作要點(diǎn)

2.1 試驗(yàn)原理

旁壓試驗(yàn)是一種對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地基土的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行原位測(cè)試的試驗(yàn)，測(cè)試原理是由加壓裝置通過(guò)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(guò)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是由與增壓缸相聯(lián)的壓力傳感器測(cè)得。根據(jù)所測(cè)結(jié)果，繪制壓力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)，從而估算地基土的強(qiáng)度、變形等巖土工程參數(shù)。

本次試驗(yàn)采用儀器為國(guó)產(chǎn)PM-2B型預(yù)鉆式旁壓儀，該儀器主要由旁壓器、注水系統(tǒng)、壓力與變形測(cè)量系統(tǒng)、壓力施加裝置及箱體支承部件等組成。其主要技術(shù)參數(shù)為：旁壓器總長(zhǎng)720mm，膠膜公稱外徑φ90mm，膠膜測(cè)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(diǎn)

旁壓試驗(yàn)作為巖土工程勘察現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位測(cè)試的直接手段，測(cè)試技術(shù)人員就必須熟悉所用儀器設(shè)備的操作步驟和工作原理，并且要嚴(yán)格按現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行，工作過(guò)程稍有疏忽就有可能導(dǎo)致整個(gè)試驗(yàn)的失敗而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和時(shí)間延誤，根據(jù)旁壓試驗(yàn)的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，歸納一下幾個(gè)工作要點(diǎn)：

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

（2）當(dāng)采用大直徑鉆具鉆進(jìn)時(shí)，必須從試驗(yàn)段以上不小于1m 處按試驗(yàn)段的要求進(jìn)行成孔，成孔后必須立即進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于孔壁穩(wěn)定性差的或有縮孔可能的土層宜采用泥漿護(hù)壁成孔。

（3）根據(jù)工程勘察技術(shù)要求選定試驗(yàn)點(diǎn)位置，應(yīng)使旁壓器測(cè)試腔中點(diǎn)處于試驗(yàn)要求深度，試驗(yàn)段須在同一巖土層，且不得在取過(guò)土或進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的部位進(jìn)行，否則不但資料難以應(yīng)用，而且還會(huì)因?yàn)閴毫Σ痪鴮?dǎo)致旁壓器彈性膜的損壞。

（4）試驗(yàn)結(jié)束后，需調(diào)節(jié)減壓閥，先排水后排氣，排凈系統(tǒng)內(nèi)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(tài)，再將旁壓器提出孔外，取旁壓器時(shí)需把導(dǎo)管和探頭同步上提，避免導(dǎo)管纏繞在鉆桿上而導(dǎo)致導(dǎo)管破損。

3 工程應(yīng)用

試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)位于新疆烏魯木齊市萬(wàn)盛大街新景中心雙子樓西側(cè)，項(xiàng)目總建筑面積52229㎡，包括兩棟25F高層住宅樓及商業(yè)建筑。場(chǎng)區(qū)地基土主要由①圓礫、②粉質(zhì)黏土、③基巖組成。根據(jù)地勘資料，擬建建筑基礎(chǔ)位于圓礫層中，基底以下圓礫層厚度為5.8-8.3m，②粉質(zhì)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(huì)因?yàn)橄屡P層驗(yàn)算不滿足設(shè)計(jì)要求;若采用人工地基或樁基礎(chǔ)，整個(gè)工程造價(jià)將會(huì)大幅提高。所以為了進(jìn)一步查明場(chǎng)地下臥層②粉質(zhì)黏土層的工程力學(xué)特性，勘察單位提出采用旁壓試驗(yàn)測(cè)定該下臥層②粉質(zhì)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(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及資料整理

本次工程進(jìn)行旁壓試驗(yàn)的地層為②-1粉質(zhì)黏土層和②-2粉質(zhì)黏土層，這兩層土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

本次旁壓試驗(yàn)共選擇2個(gè)鉆孔，分別選取每個(gè)鉆孔的15.0m、18.0m位置對(duì)②-1粉質(zhì)黏土層和②-2粉質(zhì)黏土層進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)以8號(hào)孔為例，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2、表3所示。

根據(jù)測(cè)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(jù)旁壓試驗(yàn)P-S曲線確定試驗(yàn)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(dāng)極限壓力PL小于等于臨塑壓力Pf的2倍時(shí)，取極限壓力的1/2，由下式確定：fak=PL/2-P0;當(dāng)極限壓力PL大于臨塑壓力Pf的2倍時(shí)，由下式確定：fak=PL-P0/K（K為安全系數(shù)，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定）。

（2）利用臨塑壓力Pf由下式確定：

根據(jù)實(shí)測(cè)8號(hào)孔15.0m位置旁壓P-S曲線，由于試驗(yàn)加壓的最大壓力并未達(dá)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(yàn)段臨塑壓力Pf = 586.3kPa，初始?jí)毫0 =92.8kPa，fak =λ（PL-P0）=1.0×（586.3-92.8）= 493.5kPa，故②-1粉質(zhì)黏土層地基承載力特征值fak=493.5kPa。

根據(jù)實(shí)測(cè)8號(hào)孔18.0m位置旁壓P-S曲線，由于試驗(yàn)加壓的最大壓力并未達(dá)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(yàn)段臨塑壓力Pf = 684.7kPa，初始?jí)毫0 =132.1kPa，fak =λ（PL-P0）=1.0×（684.7-132.1）= 552.6kPa，故②-2粉質(zhì)黏土層地基承載力特征值fak=552.6kPa。

在試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理中發(fā)現(xiàn)，旁壓試驗(yàn)成果與其他原位測(cè)試結(jié)果相近，試驗(yàn)結(jié)果具有相互替代性，通過(guò)3個(gè)鉆孔內(nèi)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)與旁壓試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比可知，旁壓試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)確定的地基承載力值接近，說(shuō)明旁壓試驗(yàn)可靠性高。

4 結(jié)論與建議

旁壓試驗(yàn)在本次工程勘察中的應(yīng)用是成功的，取得了預(yù)定的效果，也為今后在新疆地區(qū)工程勘察中推廣使用提供了一個(gè)很好的范例。利用旁壓試驗(yàn)進(jìn)行原位測(cè)試，可以直接獲得地基土的承載力，尤其對(duì)查明深部地層力學(xué)指標(biāo)時(shí)，采用旁壓試驗(yàn)代替其它原位測(cè)試，更能發(fā)揮旁壓試驗(yàn)的設(shè)備輕便、試驗(yàn)周期短、費(fèi)用低、工作效率高等優(yōu)勢(shì)。

旁壓試驗(yàn)的成果受到諸多因素的影響，如試驗(yàn)鉆孔的質(zhì)量，測(cè)試人員的技術(shù)水平，計(jì)算公式的選擇等，稍有疏忽就有可能導(dǎo)致試驗(yàn)的失敗，影響試驗(yàn)的最終結(jié)果。地下巖土體性質(zhì)千差萬(wàn)別，單一傳統(tǒng)的測(cè)試手段或依靠工程經(jīng)驗(yàn)很難掌握較準(zhǔn)確的巖土參數(shù)，因此，多種試驗(yàn)方法的對(duì)比分析非常重要。通過(guò)選取的試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)例分析，說(shuō)明旁壓試驗(yàn)是一種能較準(zhǔn)確的獲取巖土層參數(shù)的方法，值得在工程勘察中進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]JGJ/T 69-2019，地基旁壓試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

[2]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫委員會(huì)，工程地質(zhì)手冊(cè)（第五版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018.