对旁压试验用于河床深厚覆盖层勘察的探讨

杨文鹏

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830091）

对旁压试验用于河床深厚覆盖层勘察的探讨

杨文鹏

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830091）

在河床深厚覆盖层的勘察过程中，为了得到较为准确的地基土承载力以及变形情况，经常借助于载荷试验、旁压试验等。本文在介绍了旁压试验的主要原理及设备，并讨论重要特征值与参数的选取基础上。以拉西瓦水电站为例分析了试验取样过程中可能存在的问题，并具体分析旁压试验在河床深厚覆盖层勘察中的应用。

河床；旁压试验；覆盖层；勘察

1　旁压试验

1.1旁压试验原理

旁压试验属于原位测试方法，可具体反映出于土体的原位应力状态，于同一土层内展开试验，其离散性较低；在试验土层内的适应度高，能够于同一钻孔中展开不同土层的持续试验，存在适用度、安全系数大、操作简易等优势。最初应用在国外的外岩土工程中，在国内的应用时间较短。伴随工程施工经验的不断丰富，旁压试验的理论和实践得到完善，并且以灵活、准确的优势得到广泛应用。我国真正开始普及旁压试验是从上世纪80年代开始，在岩土工程勘察工作中的应用较为集中。旁压试验需要首先打好钻孔，并利用旁压器在孔壁上加载一个横向的压力，导致土体发生径向的形变量。然后通过旁压器测量该形变量，并分析形变量与压力两个参数得到地基土的力学参数，可以在粘性土、风化岩、碎石土等多种情况下发挥测量成效［1］。我国工程普遍采用的旁压仪为PM型旁压仪，这种仪器具备加压装置，可借助增压缸面积变换的方式，将气压转换成水压，利用高压导管将其导入旁压器，产生膜膨胀，使地基孔壁位置因压力产生形变，该变形量的确定可以通过活塞位移进行推算。与此同时，其压力可通过压力传感器获取。

1.2旁压试验设备

国内开展的旁压试验多采用PM型旁压仪，其中PM-2B型预钻式旁压仪包括了注水系统、旁压器、测量系统、压力激励产生设备等共同构成。在评价旁压试验仪器时往往会用到以下技术指标：旁压器总长、胶膜公称外径、位移量、可承受的最大压力、增压缸直径。

1.3明确特征值与参数

为保证力学参数的精准度，首先需绘制出旁压曲线，通过旁压曲线得到特征值。在旁压试验中关键性的特征值主要为初始压力、极限压力、临塑压力。其中初始压力通过将旁压曲线中的直线段进行延长，使其和S轴有一交点，通过此交点做一条和P轴相互平行的直线，该平行线和曲线的交点所对应的压力值，即初始压力；临塑压力，即旁压曲线的直线段末端对应的压力；极限压力是旁压曲线经过临塑压力后，所对应的S轴渐近线压力［2］。

2　试验过程中面临的问题

2.1工程案例

拉西瓦水电站位于青海省境内，为黄河上游龙羊峡到青铜峡河段规划的第二座大型电站。该电站坝址河谷十分狭窄，为“V”形，河床覆盖层厚度在60m～72m内。河床覆盖层内主要分为混合土块石层、粉土质砂层、块石层、粉土质砂层、混合土卵石层、粉土质砂层、混合土卵石层。这七层均处于水面之下，不同层之间的厚度和成分存在差异。本次工程中，试验取样主要针对粉土质砂层。

2.2试验取样时面临的问题

本次工程对河床钻孔取样质量要求极高，然而钻探过程中难免由于各种因素导致取样质量下降。本试验中使用了SM植物胶钻进结合套管护壁，以达到强化取芯质量的目的。但该施工方法，容易受到植物胶冲洗液流速的制约，孔底清洗情况不理想，对试验取样的准确度造成负面影响。此外，套管护壁将不可避免地对孔底土层产生一定扰动，进而恶化取样质量。河床位置所受应力情况相当复杂，室内试验很难及时反映每一个取样点的原位应力，所以得到的力学参数不够精确。

2.3测试时面临的问题

原位试验结果容易受地层、地下水、测试条件的影响，因此，拉西瓦水电站工程在进行河床地层力学特性分析时采用了螺旋板载荷试验与浅层平板载荷试验，以保障所获取河床地层地基承载力特性的精准度。螺旋板载荷试验在地下水位以下、深层中的应用优势显著，但是因砂层涌沙容易产生孔底沉沙隐患，多次试验所得结果偏差值过大，存在较大制约性；浅层平板载荷试验，仅适用于混合土卵石层，无法满足深度需求［3］；除此之外，分析拉西瓦水电站工程河心滩处的三个试验点，浅层平板载荷试验受地层成分影响，所得载荷结果的离散性较大。

3　论述旁压试验对河床深厚敷盖层的勘察

旁压试验作为一种逐渐发展成熟的原位测试手段和方法，分为预钻式和自钻式两种，均具有方法简单、灵活快捷的特点。从20世纪80年代发展以来，逐步成为我国岩土工程勘察中的原位测试方法之一。旁压试验的应用价值主要表现在以下几个方面：反映土体原位力学性状、判断旁压试验对土层的适应性、旁压试验是否受地下环境制约、实验操作的准确真实性等。下文阐述了该试验在拉西瓦水电站工程中的应用。

3.1土体原位应力状态的勘察

旁压试验于钻孔内展开，可最大程度保证土地原位应力状态、土体力学参数的精准性。一旦在钻探过程中出现砂层涌沙、卵粒石层塌孔等现象，可通过改变钻孔孔径，来合理控制孔深，降低涌沙、塌孔对孔壁造成的安全隐患。因控制孔底涌沙影响试验取样的技术并不全面，使得拉西瓦水电站工程没有较好的设备可对卵砾石层加以原状取样。

因试验结果的精准度取决于钻孔成孔质量的高低与否，旁压试验对钻孔成孔质量提出的标准较高。在进行试验前，要先将φ110mm的钻头钻孔到旁压试验点以上2m处，再用φ94mm的钻头钻进1m～2m处。注意，若孔内需要连续进行旁压试验，相邻两个试验点的间距必须保持在1m以上，以防止试验点之间互相影响。在进行旁压试验时，如果钻探过程中稍有不慎，就会破坏某些薄弱地层的结构，导致土体原始结构受损，这将大大降低结果的准确性。所以，旁压试验中最重要的一个要求就是不能干扰孔壁土层，要确保孔壁土层的原始性。试验时，要保证试验点状态最大程度地接近土地原位状态。

土体结构直接关系到旁压试验结构的准确性。通常情况下，同一土层的土体结构相似，土层原位应力状态较接近。如果在试验中，土体结构受到干扰，则旁压试验结果会产生很大的离散性。即使是同一土层，也有可能会产生差异很大的结构。反之，如果试验中注意保护土体结构，则试验结果准确性较高。如在土层类别为粉土质砂层中进行旁压试验。在该试验中，土体结构没有受到太大干扰，只是钻孔编号、试验深度、初始水平压力、临塑压力、极限压力、承载力基本值等数据的不同。最后，所得试验结果可以较好地反映土体的原位力学状态。

3.2地层适应度的勘察

旁压试验对地层的适应度较高，即可以在单一地层中进行，也能在不同地层中做试验。对土层的要求较低，如粘性土、粉土、砂土、碎石层、软岩等。各地层中均可采用旁压器进行旁压试验。旁压试验在地下水环境中进行时，会因水压力的不同对试验结果产生一定程度的影响。但要注意，浅层平板载荷试验只能在地下水位以上进行。在拉西瓦水电站工程中，将钻孔编号为ZK05的钻孔分别于卵砾石、砂卵砾石、粉土质砂层此三类试验土层中展开深度试验。分析初始水平压力、临塑压力、极限压力、地基承载力基本值发现：当地下水位处于53.0m以下时，不影响旁压试验结果的精准性，但需要参考水压力的变化来整改试验结果，优化试验内容。

在进行螺旋板载荷试验旁压试验时，需要注意以下几点：1.试验段砂层和卵砾石层孔壁的完整与否；2.孔径大小是否合适；3.控制孔底沉砂、塌孔以及涌沙等情况的出现，防止对试验产生不良影响。为了避免孔壁发生不稳塌孔现象，在进行试验前，要用钻具在易塌孔地层钻进1m左右。

通过在拉西瓦水电站内所有河床覆盖层、同一钻孔内的不同地层、同一钻孔的不同深度土层的大量旁压试验，不难发现，旁压试验均适用于拉西瓦水电站中的每一河床覆盖层，能准确反映每一土层的力学特征，可以在拉西瓦水电站工程中勘察河床深厚覆盖层中广泛应用。

3.3控制成孔质量

对成孔质量的控制要求两个方面：钻孔孔径和旁压器的直径匹配；孔壁的要求。PM-2B型旁压器带铠保护套公称外径94mm，成孔直径一般大于旁压器公称外径2mm～5mm，不宜过大或过小。孔壁要求垂直、光滑。为保证试验结果的准确性，应当减小对孔壁土体的干扰。可采取的措施如下：钻进前，仔细检查钻杆，防止钻孔引起摆动；钻进过程中保持速度均匀不变，采用套管进行护壁；确保旁压器有足够的膨胀空间［4］。

3.4操作方便，勘察数据精确

在进行旁压器对河床深厚敷衍盖层的试验时，要注意以下几点：试验前全面检查仪器是否完好无损；测试时保证旁压试验段始终在同一土层；为保证实验过程中弹性膜不受损，应选择在弹性膜外侧加保护铠；实验过程中要注意严格按照操作流程，如遇水量过大的情况，应立即停止试验。

以拉西瓦水电站某钻孔10.8m深度的旁压试验为例，根据记录仪记录的位移数据对压力位移进行校正，绘制校正后的各级压力和位移值曲线。在压力分别为178kPa、344kPa、545kPa、861kPa、1000kPa、1300kPa、1400kPa时，位移数据分别为8.0cm、94.cm、10.3cm、11.5cm、11.9cm、12.9cm、13.4cm。之后对压力进行校正，校正后的压力数据分别为262kPa、428kPa、629kPa、945kPa、1084kPa、1384k Pa、1484kPa，此时的位移分别为8.0cm、9.4cm、10.3cm、11.5cm、11.9cm、12.9cm、13.4cm。依据这些数据可以整理出各特征参数，提供准确的试验参考数据。旁压试验一个显著的特点就是操作简便，不需太多特别的专业仪器，且试验结果真实可靠。旁压试验对试验钻孔及钻孔结构并无特殊要求。将旁压仪放入孔内后即可在孔口处进行实验操作。在记录试验数据时，为了确保记录的实验数据准确性和节约试验时间，通常采用自动记录仪记录数据。

4　结语

综上所述，旁压试验相较于其他试验方法而言，适用优势更为明显，且操作简单，可精细化勘察河床深厚覆盖层，在实际工程中有较大应用价值。陕西水利

［1］黄文雄，杨红梅，李持庆等.利用旁压试验的砂土初始状态反演分析［J］.岩土力学，2012，33（4）:979-985.

［2］石祥锋，汪稔，张家铭等.旁压试验在岩土工程中的应用［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（z1）:4442-4445.

［3］孙勇.利用旁压试验确定抗滑桩地基系数的研究［J］.岩土力学，2009，30（3）:699-702.

［4］牛胜军.旁压试验在地铁工程勘察中的应用［J］.商品与质量，2016，（15）:76-77.

（责任编辑：畅妮）

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