旁压试验在常见地层中的应用分析

旁压试验在常见地层中的应用分析

脱兵郎

甘肃铁道综合工程勘察院有限公司甘肃兰州730000

摘要：旁压试验适用性较广，它不仅适用于黏性土、粉土、砂土、卵石土、碎石土、极软岩和软岩等地层，而且适用深度较大，并且不受地下水位影响的特点，目前已成为工程勘察的重要手段，应用到铁路、公路、轨道交通和房建等大型岩土工程勘察中。因此文章结合工程实例，就旁压试验在阿尔及利亚贝贾亚港口至东西高速公路阿尼夫互通连接线工程地质勘察中各类地层中的应用及成果进行略述。

关键词：旁压试验；常见地层；应用分析

目前，在地质勘察中，旁压试验是一种常见的原位测试手段，不仅可预测岩土层的深度和可以施加水平加载试验，还会利用仪器测量出压力与变形的关系，来计算地基土的力学参数，得出相应岩土体层的极限压力与临塑压力，进而确定土层的旁压模量等参数。由于旁压试验在重要的地质勘察工程中广泛应用，已成为工程地质勘察工程中必要的方法。然而在工程地质勘察中，最常见的地层无外乎土砂层、卵砾石层、基岩三类地层，如何掌握各类地层的工程地质特性自始至终都是工程人研究的课题，现场测试成为采取工程地质性质参数最简单、直接、可靠的手段之一。

一、工程概况

阿尔及利亚贝贾亚港口至东西高速公路阿尼夫互通连接线路呈东北—西南走向，起点位于BEJAIA港口的道路上，向西南方向依次穿越BEJAIA机场道路、RN75，沿SOUMMAN河谷展布，穿越SIDIAICH镇东侧峡谷后跨越RN74，沿SAHEL河北岸跨越RN5后与东西高速ANIF互通连接。线路基本沿SOUMMAN河及SAHEL河布线，起点至PK32路段为山前平原区，PK32-PK100路段为低山丘陵区，沿线发育地层主要有第四系冲洪积黏土、粉土、卵砾石，坡积碎石土，白垩纪泥灰岩、砂岩及其复理层，侏罗系石灰岩等，岩石节理裂隙较为发育。

PK46+965大桥处于线路中段，针对PSO46-12钻孔对旁压试验进行常见地层应用成果分析，钻孔地层如下：

二、旁压试验原理

旁压试验是工程地质勘察中原位测试方法之一，简称PMT，也称横压试验。它的原理是通过旁压器，在竖直的孔内使旁压膜膨胀并由该膜（或护套）将压力传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，从而得到压力与钻孔体积增量（或径向位移）之间的关系。根据这种关系对地基土的承载力（强度）、变形性质等进行评价。

本工程采用G-Am梅纳旁压仪。

三、旁压试验应用分析

1.旁压试验在土砂层中的应用

图1：单点成果表-土层

从图1可看出钻孔孔壁土体基本没被干扰，土体结构没被破坏，成孔质量较好；当压力达到一定值后，土体遭受破坏，并快速屈服，表现在塑性发展曲线在较小压力范围内趋于水平，从这段曲线也可知，土砂层是一种结构性土，结构性能较好，一旦结构被破坏，就快速屈服，失去承载力(如图1)。

然而土砂层具有对水的特殊敏感性及其变形、强度等特殊的力学性质。软土常具有天然含水率高、孔隙比大、压缩性强、透水性较差、强度低和触变性显著的工程特性。软土及饱和砂作为地基，容易引起地基沉降大和侧向变形破坏等问题。作为一种特殊的不良地基，而常规的取样和室内试验无法获得岩土体原始状态的物理力学指标，因此通过旁压试验获得岩土体原始可靠的物理力学基本参数对于工程设计和施工具有重大指导意义。由于砂层、亚粘土和淤泥质土的模量参数和压力参数离散性很大，所以有必要对旁压曲线进行甄别，正常的旁压曲线才能计算出合理的物理力学参数。不合理曲线的结果仅供参考。

2.旁压试验在卵砾石土层中的应用

图2：单点成果表-卵砾石层

卵砾石地层其特殊性是：结构性弱，很难取得原状样；颗粒分选性差，级配良好，大小不同的砂砾石相互交替，形成水平排列的透镜体或不规则的夹层。其粒径组成颗粒极不均匀，在卵砾石地层中进行旁压试验，由于漂石和难以避免的孔径影响，成孔质量不容易保证，试验结果和粘性土层相比要离散的多，这种情况单独研究某个点的试验数据实际意义并不大，非常有必要对旁压曲线进行甄别，因为只有正常的旁压曲线（如图2）才能计算出合理的物理力学参数。甄别出的不合理的旁压曲线的计算结果仅供参考，不参与统计分析，最好分层进行统计分析或对整个地层进行整体分析。

3.旁压试验在基岩中的应用

图3：单点成果表-基岩

相比对土砂层及卵砾石地层，基岩稳定性要好很多（如图3）。旁压试验对极软岩和软质岩，各类岩石的风化层具有良好的适用性和实用性。

对于PSO46-12钻孔，单点成果表能简单明了的反应出所对应深度内所在地层的初始压力P1、临塑压力P2、极限压力PL和旁压膜量EM（如图1/2/3所示）。钻孔成果表（如图4所示）更能直观的反映出不同深度不同地层所对应的极限压力PL和旁压膜量EM，亦能反应地基土的承载力，提供可靠的设计参数。

图4：钻孔成果表

对于同一地层而言，浅部土层的模量参数和力学模量参数比较小，而深部土层的模量大，力学性质较好。在实地勘测中也探明，浅部土层结构疏松，稍密-中密，软塑-硬塑，一般为欠固结土，因为浅部土层是河水冲洪积形成，历史上没有较大上覆压力；而深部土层沉积历史较长，为正常固结土。

对于同一系不同埋深的不同地层，土层模量参数和力学模量参数要小于砂层，砂层的模量参数和力学模量参数要小于卵砾石层，卵砾石层的模量参数和力学模量参数要小于岩石层。而对于不同系不同埋深的地层，需要根据参数确定其力学性质。

四、影响因素

从以上工程实践中可以看出，旁压试验虽操作简单，适用性强，但可靠精准的数据是以试验条件良好和操作技术过硬为前提的。在实际操作过程中，我们需要将影响因素降到最小或是排除，主要有以下几个重要因素：

1．注水排气

在试验前要严格按要求进行旁压系统的注水排气工作,确保排除旁压器和管路中滞留的气体。残留气体的存在,将会引起加荷不稳、变形异常，另外水位的调零、注水时调压阀进水等都可能造成一定的误差,尤其在软土中影响较大。

2．约束力控制

在试验前，必须进行压力和体积标定。对新膜和放置或使用时间一段时间的膜进行标定;

由于试验环境及过程因素(如：温度、孔壁阻力等)影响需要及时标定。

3．成孔质量

成孔质量是预钻式旁压试验成败的关键,试验孔质量的优劣直接关系到旁压试验的结果,不合格的试验孔可导致试验的失败。因此,要控制试验孔的质量：

(1)土体不受扰动或少受扰动，保证试验孔孔壁光滑平顺，与旁压器匹配合理；

(2)软弱土层(易发生缩孔、塌孔)用泥浆护壁；

4．加荷等级

加荷等级的选择是重要的技术问题,其大小影响测试点的多少和试验成果精度。在试验中,选定合适的加荷等级是十分关键和重要的。

在不同类型的地层中，加荷等级是不一致的,按照相关规范并结合实际经验确定具体的加荷等级。在加荷初始阶段,加荷等级宜小。

5．旁压器的选择

(1)钻孔孔径应略大于旁压器外径，一般宜大2~5mm。

(2)由于旁压膜保护套的不同，对于不同地层要选择适应相应地层的保护套。

参考文献

[1]石祥锋,汪稔,张家铭,黄明奎,李建国.试验在岩土工程中的应用[J].石力学与工程学报.2004

[2]鲁辉,杨红云,张腾.旁压试验在砂卵石地层及改进[J].河南水利与南水北调.2012

[3]裴慧芳,姜树高.预钻式旁压试验中的主要影响因素分析[J].盐城工学院学报(自然科学版).2005