旁压试验在新疆某高层建筑勘察中的应用

杨睿

摘要：简要介绍国产PM-2B型旁压仪的工作原理、工作要点，并将其应用于新疆某高层建筑的岩土工程勘察原位测试中，通过旁压试验的成果整理分析，确定了地基土的强度和变形特性，从而较准确的查明了地基软弱下卧层的承载能力，充分论证了该项目高层建筑物采用天然地基的可能性，为以后的工程勘察应用提供参考。

关键词：旁压试验;高层建筑;岩土工程勘察

1 引言

旁压试验是近几十年来在国内外岩土工程中得到迅速发展并逐渐成熟的一种原位测试手段和方法，由于试验方法简单、灵活、方便、准确等特点使其试验成果在国内外工程设计中被广泛应用。我国自八十年代以来，旁压试验也得到了较为广泛的使用，至今已积累了相当多的经验，也逐渐成为岩土工程勘察中主要的原位测试方法之—。

随着新疆基础设施建设和城市都市化的发展，一些大型项目和高层建筑物日益增多，这些工程要求勘察能够提供准确、可靠的地基土物理力学参数，旁压试验作为一种原位勘察测试技术，具有测试深度大、土层扰动小、不受地下水位影响等特征;与室内试验相比，有快捷、省力而又经济的特点，同时旁压试验的机理也在近几十年发展中日趋完善。目前，旁压试验可应用于较难直接测试的松软土层或软弱下卧层，以及中等强度以上的粘性土，粉性土、强风化岩、极软岩等地基，通过试验可判定土的临塑压力Pf和极限压力PL，从而确定地基土的承载力特征值。

2 试验原理及工作要点

2.1 试验原理

旁压试验是一种对现场地基土的力学参数进行原位测试的试验，测试原理是由加压装置通过增压缸的面积变换，将较低的气压转换为较高压力的水压，并通过高压导管传至旁压器，使弹性膜膨胀，导致地基孔壁受压而产生相应变形。其变形量由增压缸的活塞位移值S确定，压力P是由与增压缸相联的压力传感器测得。根据所测结果，绘制压力P和位移值S间的关系曲线，即旁压曲线。从而确定地基层的临塑压力、极限压力等有关土力学指标，从而估算地基土的强度、变形等岩土工程参数。

本次试验采用仪器为国产PM-2B型预钻式旁压仪，该仪器主要由旁压器、注水系统、压力与变形测量系统、压力施加装置及箱体支承部件等组成。其主要技术参数为：旁压器总长720mm，胶膜公称外径φ90mm，胶膜测量腔初始体积2188.5cm3，位移最大值37cm，最大加压能力6.0MPa，增压缸有效面积59.1cm2。

2.2 工作要点

旁压试验作为岩土工程勘察现场进行原位测试的直接手段，测试技术人员就必须熟悉所用仪器设备的操作步骤和工作原理，并且要严格按现行规范、规程进行，工作过程稍有疏忽就有可能导致整个试验的失败而造成不必要的经济损失和时间延误，根据旁压试验的特点及现场经验，归纳一下几个工作要点：

（1）因PM-2B型预钻式旁压仪适用于强度较高的地层，故采用工程钻机成孔。成孔直径一般应比旁压器的公称外径大2-5mm为宜，绝不允许过大或过小。

（2）当采用大直径钻具钻进时，必须从试验段以上不小于1m 处按试验段的要求进行成孔，成孔后必须立即进行测试，对于孔壁稳定性差的或有缩孔可能的土层宜采用泥浆护壁成孔。

（3）根据工程勘察技术要求选定试验点位置，应使旁压器测试腔中点处于试验要求深度，试验段须在同一岩土层，且不得在取过土或进行标准贯入试验的部位进行，否则不但资料难以应用，而且还会因为压力不均而导致旁压器弹性膜的损坏。

（4）试验结束后，需调节减压阀，先排水后排气，排净系统内全部的水，并使活塞处于底部。待2-3min后旁压器外膜收缩到原始状态，再将旁压器提出孔外，取旁压器时需把导管和探头同步上提，避免导管缠绕在钻杆上而导致导管破损。

3 工程应用

试验场区位于新疆乌鲁木齐市万盛大街新景中心双子楼西侧，项目总建筑面积52229㎡，包括两栋25F高层住宅楼及商业建筑。场区地基土主要由①圆砾、②粉质黏土、③基岩组成。根据地勘资料，拟建建筑基础位于圆砾层中，基底以下圆砾层厚度为5.8-8.3m，②粉质黏土为①圆砾层的软弱下卧层，厚度为5.9-11.0m。若采用天然地基，拟建高层建筑有可能会因为下卧层验算不满足设计要求;若采用人工地基或桩基础，整个工程造价将会大幅提高。所以为了进一步查明场地下卧层②粉质黏土层的工程力学特性，勘察单位提出采用旁压试验测定该下卧层②粉质黏土层的地基承载力，从而论证高层建筑采用天然地基的可能性。

3.1 现场试验及资料整理

本次工程进行旁压试验的地层为②-1粉质黏土层和②-2粉质黏土层，这两层土的物理力学指标如表1所示。

本次旁壓试验共选择2个钻孔，分别选取每个钻孔的15.0m、18.0m位置对②-1粉质黏土层和②-2粉质黏土层进行测试。现以8号孔为例，测试结果见表2、表3所示。

根据测试成果表，绘制旁压曲线P-S曲线如图1、图2所示。

3.2 承载力特征值的确定

根据旁压试验P-S曲线确定试验土层地基承载力特征值有两种方法：

（1）利用极限压力PL确定：

当极限压力PL小于等于临塑压力Pf的2倍时，取极限压力的1/2，由下式确定：fak=PL/2-P0;当极限压力PL大于临塑压力Pf的2倍时，由下式确定：fak=PL-P0/K（K为安全系数，根据地区经验确定）。

（2）利用临塑压力Pf由下式确定：

根据实测8号孔15.0m位置旁压P-S曲线，由于试验加压的最大压力并未达到极限压力，所以利用临塑压力确定地基承载力特征值。该试验段临塑压力Pf = 586.3kPa，初始压力P0 =92.8kPa，fak =λ（PL-P0）=1.0×（586.3-92.8）= 493.5kPa，故②-1粉质黏土层地基承载力特征值fak=493.5kPa。

根据实测8号孔18.0m位置旁压P-S曲线，由于试验加压的最大压力并未达到极限压力，所以利用临塑压力确定地基承载力特征值。该试验段临塑压力Pf = 684.7kPa，初始压力P0 =132.1kPa，fak =λ（PL-P0）=1.0×（684.7-132.1）= 552.6kPa，故②-2粉质黏土层地基承载力特征值fak=552.6kPa。

在试验数据整理中发现，旁压试验成果与其他原位测试结果相近，试验结果具有相互替代性，通过3个钻孔内进行的标准贯入试验与旁压试验进行对比可知，旁压试验与标准贯入试验确定的地基承载力值接近，说明旁压试验可靠性高。

4 结论与建议

旁压试验在本次工程勘察中的应用是成功的，取得了预定的效果，也为今后在新疆地区工程勘察中推广使用提供了一个很好的范例。利用旁压试验进行原位测试，可以直接获得地基土的承载力，尤其对查明深部地层力学指标时，采用旁压试验代替其它原位测试，更能发挥旁压试验的设备轻便、试验周期短、费用低、工作效率高等优势。

旁压试验的成果受到诸多因素的影响，如试验钻孔的质量，测试人员的技术水平，计算公式的选择等，稍有疏忽就有可能导致试验的失败，影响试验的最终结果。地下岩土体性质千差万别，单一传统的测试手段或依靠工程经验很难掌握较准确的岩土参数，因此，多种试验方法的对比分析非常重要。通过选取的试验点实例分析，说明旁压试验是一种能较准确的获取岩土层参数的方法，值得在工程勘察中进一步推广和应用。

参考文献：

[1]JGJ/T 69-2019，地基旁压试验技术标准，中国建筑工业出版社，2019.

[2]《工程地质手册》编写委员会，工程地质手册（第五版），中国建筑工业出版社，2018.