旁压试验在确定坚硬土层地基土参数中的应用

刘明

（广东核力工程勘察院广东广州510800）

旁压试验在确定坚硬土层地基土参数中的应用

刘明

（广东核力工程勘察院广东广州510800）

本文针对"旁压试验"在地铁勘察中的应用，通过对广州地铁21号线的原位测试专题勘察试验数据进行研究分析，介绍根据现场旁压试验成果计算半岩半土状风化层地基土参数方法。尤其是水平向参数：水平基床系数、静止侧压力系数等重要的设计参数，为地铁等地下工程应用提供参考。

旁压试验P-V曲线基床系数侧压力系数

0　引言

由于半岩半土状风化层在钻探施工中，很难采取到原状试验样品进行室内岩土分析试验，因此采用原位测试取得的地基土参数手段非常重要，旁压试验在我国岩土工程中的应用和推广时间不长，可谓是“标准化”程度不高的原位测试手段之一，故规范规程与手册并用，但权重依次递减。但它可提供岩土设计尤是地下管道围岩岩土设计所必不可少的水平方向参数，是一种必要的测试手段。根据现行尚不完善的规范，参考多部手册，加上以往长期测试获取的背景资料，本次专项原位测试工作，部分已突破现行的规范和常规工法，力图获得“标准”的岩土参数。

1　旁压试验的基本原理

旁压试验是钻孔中进行的原位水平载荷试验，它利用可膨胀的旁压器，对其进行加压，通过旁压器的膨胀使孔壁土体产生变形，而确定土体的应力与应变特征。在逐级加压的情况下，土体经历3个变形阶段，在应力-变形关系曲线上反映出3个明显不同的区间：恢复区、似弹性区、塑性发展区，根据曲线特征及旁压机理的解释确定静止侧压力（初始压力）P0、临塑压力（比例界限压力）Pf和极限压力（屈服压力）PL。

2　测试成果校正与线性分析

2.1绘制P-V曲线

绘制旁压曲线前，先要进行压力校正和水位下降值校正。

（1）压力校正（校正曲线）P=Pm+Pw-Pi（1-1）

式中，P：校正后压力（kPa）；Pm：压力表读数（kPa）；Pw：静水压力（kPa）；

Pi：弹性膜约束力，在校正曲线上读取（kPa）。

而静水压力取值为：

无地下水时，Pw=（h0+z）γw（1-2）

有地下水时，Pw=（h0+hw）γw（1-3）

式中，h0：测管水面离孔口的高度（m）；z：地面至旁压器中腔中点的距离（m）；hw：地下水位离孔口的高度（m）；γw：水的密度（取1t/ m3）。

（2）水位下降值的校正（校正曲线）S=Sm-（Pm+Pw）·α

式中，S：校正后的测管水位下降值（m）；Sm：实测水位下降值（m）；α：仪器综合变形校正系数（m3/kN）。

取得校正后的压力值P和水位下降值S（或转换成的测管体积变化值V），就可以绘制P-V曲线。

2.2确定界限压力值

由于试验对象是半岩半土状花岗片麻岩风化层，为非均质体，所以测得P-V（S）曲线少部分不尽人意，为此，为还原各特征值，使用二次样条函数处理，力图P-V曲线充分贴近工程实际，能容易截取各特征值。截取的初始压力P0、比例界限压力Pf和极限（屈服）压力PL。

3　成果应用

按现行的规范、参考相关文献手册，可求算出如下岩土工程设计参数：

表1　旁压试验基床系数（水平方向Kx）统计表

表2　旁压试验侧压力系数（K0）统计表

4　讨论与分析

图3　旁压试验成果图

工艺是旁压试验成功与否的关键所在。而工艺之中，最为关键的是成孔质量，其次为合理的装置。为尽可能取得接近真实数据，满足工法要求，应根据工况针对测试的对象事前进行测试机具的改造和试测工作，必要时采取非常规操作，合理的对常规操作、装置作一些调整，以取得更为合理的试验数据。

4.1工艺

（1）为尽量少扰动岩土体，应尽可能采用干钻，其次清水成孔，不得已则采用不同比重的泥浆护孔来成孔，力求成孔质量达到最佳。

（2）根据不同的岩土层，采用合适的钻头，在最短时间内完成钻孔。

（3）为方便导入旁压探头，到达预定的孔深后，先成一Φmax90倒锥形导入口，再向下成一1mΦ52～56的旁压孔，提钻后，迅速放入探头，探头每每都较为顺利进入预定的位置。

（4）探头选用

现行使用的多为第三代预钻式低压（≤2.5MPa）旁压仪器，其采用低压旁压探头，基本是三腔三管的，我院在多年的测试实践中，发现三腔三管式的探头仅适合于一般软土层，三腔四管式的探头更适合于坚硬土层和岩层中，为此，本次测试中采用三腔四管的探头，偶尔配备弹性纤维护铠。

4.2操作

（1）每级压力稳定时间

规范的稳定时间为1min和3min，前者用于“硬土”，后者用于软土。测试中，我方并不拘泥规范的1min和3min要求，而是视变形而定，当变形仍在发散时，则试验要继续下去，直至出现某一控制因素为止。

（2）试验终止条件

一般来说，试验压力过临塑压力Pf后即可终止该级压力的实验。但测试中，希望求得极限压力PL而继续加压，但当测管水位下降将至36cm（有时超过），并立即停止试验，以策安全。

5　结语

在预钻式旁压试验实践中要想获得理想的“标准型”旁压P-V曲线是极为困难的，但选用合理的工艺、方法进行试验，经过科学合理的数据校正，仍可获得可说是准标准型的P-V曲线，足可以获得置信度高的参数值。在实际工程应用中，可配合适宜的其它原位测试工作，取长补短，相互补充，以获取更贴近工程实际的设计所用的各项岩土参数。

[1]林宗元.《岩土工程试验监测手册》[M]：辽宁科学技术出版社，1994.

[2]孟高头.土体原位测试方法及其工程应用[M].北京：地质出版社，1997.

[3]唐贤强，谢瑛.地基工程原位测试技术[M].北京：中国铁道出版社，1996.

[4]《铁路工程地基土旁压试验规程》[M].北京：中国铁道出版社，1996.

[5]《工程地质手册》(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

TU4[文献码]B

1000-405X（2015）-7-477-2