旁壓試驗在新疆某高層建筑勘察中的應(yīng)用

楊睿

摘要：簡要介紹國產(chǎn)PM-2B型旁壓儀的工作原理、工作要點，并將其應(yīng)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(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;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(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試手段和方法，由于試驗方法簡單、靈活、方便、準(zhǔn)確等特點使其試驗成果在國內(nèi)外工程設(shè)計中被廣泛應(yīng)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(dāng)多的經(jīng)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市都市化的發(fā)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(zhǔn)確、可靠的地基土物理力學(xué)參數(shù)，旁壓試驗作為一種原位勘察測試技術(shù)，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(nèi)試驗相比，有快捷、省力而又經(jīng)濟的特點，同時旁壓試驗的機理也在近幾十年發(fā)展中日趨完善。目前，旁壓試驗可應(yīng)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(fēng)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(xiàn)場地基土的力學(xué)參數(shù)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(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是由與增壓缸相聯(lián)的壓力傳感器測得。根據(jù)所測結(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度、變形等巖土工程參數(shù)。

本次試驗采用儀器為國產(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(xiàn)場進行原位測試的直接手段，測試技術(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)程進行，工作過程稍有疏忽就有可能導(dǎo)致整個試驗的失敗而造成不必要的經(jīng)濟損失和時間延誤，根據(jù)旁壓試驗的特點及現(xiàn)場經(jīng)驗，歸納一下幾個工作要點：

（1）因PM-2B型預(yù)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(yīng)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(dāng)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(wěn)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(jù)工程勘察技術(shù)要求選定試驗點位置，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的部位進行，否則不但資料難以應(yīng)用，而且還會因為壓力不均而導(dǎo)致旁壓器彈性膜的損壞。

（4）試驗結(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

試驗場區(qū)位于新疆烏魯木齊市萬盛大街新景中心雙子樓西側(cè)，項目總建筑面積52229㎡，包括兩棟25F高層住宅樓及商業(yè)建筑。場區(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因為下臥層驗算不滿足設(shè)計要求;若采用人工地基或樁基礎(chǔ)，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(zhì)黏土層的工程力學(xué)特性，勘察單位提出采用旁壓試驗測定該下臥層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(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(zhì)黏土層和②-2粉質(zhì)黏土層進行測試?，F(xiàn)以8號孔為例，測試結(jié)果見表2、表3所示。

根據(jù)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(jù)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(dāng)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(dāng)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(shù)，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗確定）。

（2）利用臨塑壓力Pf由下式確定：

根據(jù)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(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(zhì)黏土層地基承載力特征值fak=493.5kPa。

根據(jù)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(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(zhì)黏土層地基承載力特征值fak=552.6kPa。

在試驗數(shù)據(jù)整理中發(fā)現(xiàn)，旁壓試驗成果與其他原位測試結(jié)果相近，試驗結(jié)果具有相互替代性，通過3個鉆孔內(nèi)進行的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗與旁壓試驗進行對比可知，旁壓試驗與標(biāo)準(zhǔn)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(jié)論與建議

旁壓試驗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(xué)指標(biāo)時，采用旁壓試驗代替其它原位測試，更能發(fā)揮旁壓試驗的設(shè)備輕便、試驗周期短、費用低、工作效率高等優(yōu)勢。

旁壓試驗的成果受到諸多因素的影響，如試驗鉆孔的質(zhì)量，測試人員的技術(shù)水平，計算公式的選擇等，稍有疏忽就有可能導(dǎo)致試驗的失敗，影響試驗的最終結(jié)果。地下巖土體性質(zhì)千差萬別，單一傳統(tǒng)的測試手段或依靠工程經(jīng)驗很難掌握較準(zhǔn)確的巖土參數(shù)，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(zhǔn)確的獲取巖土層參數(shù)的方法，值得在工程勘察中進一步推廣和應(yīng)用。

參考文獻：

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

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