预钻式旁压试验在哈尔滨地铁一期工程中的应用

摘要：本文通过哈尔滨地铁一期工程的实例，介绍了预钻式旁压试验在工程中的现场操作，成果分析及应用。

Abstract: In this paper, taking the case of Harbin subway first-stage project as examples, the site operation, results analysis and application of preboring lateral loading test in metro project are introduced.

关键词：预钻式旁压试验；旁压模量；地基承载力；变性参数

Key words: pre-drilling lateral pressure test; lateral loading test; foundation bearing capacity; variability parameters

中图分类号：TU99 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）03-0056-02

0引言

由于城市规模的不断扩大，人口的增长，交通压力的急速增长，地铁的建设已经提上了哈尔滨城市建设的日程上。为配合哈尔滨地铁一期工程的建设，在其勘查工作中，布置了旁压试验。由于旁压试验在哈尔滨应用不多，笔者将本次工作中的经验总结成本文，供同行参考。

1试验方法

旁压试验分为自钻式旁压试验和预钻式旁压试验，本次地铁勘察中采用的是预钻式旁压试验。预钻式旁压试验在试验之前要在试验点做一圆整、光滑、垂直、孔壁不受扰动的钻孔，以保证试验的准确。试验孔的孔径应比旁压器外径大2-8mm。试验时应保证旁压器的三腔在同一地层上，且不得在取过土或进行过标准贯入试验的部位进行。同一试验孔中的相邻试验段，其间距不应小于1m，试验孔与相邻钻孔或原位测试孔的水平距离不应小于1m。

试验时应按如下步骤进行：

①注水：将支撑三脚架摆平，将量测装置至于其上，校正水平，拧紧支撑三脚架与控制组件的连接螺杆。检察管路，将旁压器的注水管和导压管的接头对号插入。向水箱注满蒸馏水或纯净的冷开水。在气温低于0℃的条件下进行试验时，应采用浓度为50%的乙二醇溶液。将旁压器竖立地面，打开各路阀门，向水箱加0.1-0.2MPa的压力，向注水管和旁压器充水，待旁压器中的注水量达到300cm3 时取下注水管接头，并用手拍打旁压器，直到手捏旁压器无气泡冒出时为止。当测管水位上升到测管刻度的零位或稍高于零位时，应终止注水，关闭注水阀。

②水位调零：将旁压器垂直举起，使测试腔中点与测管刻度的零位齐平。打开调零阀，待水位下降到零位时，立即关闭测管阀、辅管阀和调零阀。静待1-2分钟，检查水位是否归零，满足要求时，调零结束。

③本次试验压力源采用高压氮气，且最高试验压力小于等于2.5MPa时，高压氮气瓶内的压力应比试验最高压力打0.1-0.2MPa。

④施加的第一级压力，应取试验段所受的静水压力。静水压力可按下式计算：

地下水位以上：PW=（h0+Z）γw

地下水位以下：PW=（h0+hw）γw

式中，PW―静水压力（kPa）；

h0―测管水面至孔口的高度（m）；

Z―旁压试验点深度（m）；

hw―地下水位埋深（m）；

γw―测试用水（或防冻液）的重力密度（kN/m3）。

⑤试验压力增量等级，应按旁压临塑压力Pf的1/7-1/5或旁压极限压力Pl的1/14-1/10确定。一般情况下可按下表确定：

⑥各级压力应在15s内完成。各级压力下的稳定时间宜采用1分钟或2分钟。当稳定时间采用1分钟时，实测测管水位下降值S'可按30s、60s观测；当稳定时间采用2分钟时，或S'可按30s、60s、120s观测。

⑦终止条件：实测体积变形量达到600cm3或实测测管水位下降值为40cm；土体达到极限压力，即蠕变量大于50cm3；试验压力达到仪器的额定压力。

⑧试验结束后，应对旁压器进行消压、回水或排净工作，其操作方法应符合下列规定：当试验深度小于2米，并尚需继续进行试验时，应将调压阀按逆时针方向拧到最松位置，使整个管路消压。利用弹性膜的约束力，迫使旁压器里的水回流到测管和辅管内。当试验深度大于2米，并尚需继续试验时，先打开水箱安全盖，再打开中腔注水阀和排水阀，利用试验终止时管路内处于高压的条件，迫使旁压器里的水回流到水箱内，然后拧松调压阀，使整个管路消压。当需排净旁压器内的全部水时，可打开中腔注水阀和排水阀，利用试验终止时管路内处于高压的条件，排净旁压器里的水，然后拧松调压阀，使整个管路消压。

⑨试验完成后，收尾工作应按如下步骤进行：旁压器消压后，必须经2-3分钟后方可取出；关闭高压氮气瓶总阀门，应轻搬轻放旁压器及高压氮气瓶，严禁震动；旁压器及各管路应用清水冲洗，擦净后妥善装箱存放；各种接头取下后应立即带上护套；当一个场地的试验工作结束或近期内不使用旁压仪时，应将旁压仪中的水排净，装箱后放置于干燥通风处。

2资料整理

2.1 资料整理前，应对试验记录进行压力和测管水位下降值修正，公式如下：

P=Pm-Pi+Pw

S=S'-（Pm+Pw）α

P―修正后的压力（kPa）；

S―修正后的测管水位下降值（cm）；

Pm―压力表读书（kPa）；

S'―实测的测管水位下降值（cm）；

Pi―弹性膜约束力（kPa）；

α―仪器综合变形系数（cm/kPa）；

Pw―地下水压力（kPa）。

2.2 旁压试验P-V曲线，应绘制修正后的压力和修正后的测管水位下降值的关系曲线。如图1：

2.3 旁压试验特征值（P0，Pf，Pl）应在P-V曲线上按下列方法确定：P0初始压力值为延长P-V曲线直线段与纵坐标相交，交点为V0，过V0作横坐标的平行线，相交于曲线上的一点，其对应的压力为P0。Pf临塑压力值为P-V曲线直线段终点所对应的压力值。Pl极限压力值为过Pf对应的曲线点，在曲线上光滑自然地做延长线，在纵坐标上取2V0 +Vc值（为Vc测试腔固有体积），过此值点作横坐标的平行线，两线的交点所对应的压力值为Pl。

2.4 根据旁压试验特征值，可计算地基土承载力、似弹性模量、旁压模量和剪切模量：

临塑荷载法：fak= Pf-P0

极限荷载法：fak=（Pl-P0）/Fs

似弹性模量：E=2（1+μ）（V0+Vc）ΔP/ΔV

旁压模量：Em=2（1+μ）（Vm+Vc）ΔP/ΔV

剪切模量：G=E（1+μ）

fak―地基土承载力特征值（kPa）；

P0―初始压力（kPa）；

Pf―临塑压力（kPa）；

Pl―极限压力（kPa）；

Fs―安全系数，一般取2-3。

ΔP/ΔV―P-V曲线上直线变形段斜率（kPa/cm3）

Vc―测试腔固有体积（cm3）；V0―初始压力P0所对应的体积变形量（cm3）；Vm―平均体积变形量（cm3），取P-V曲线上直线变形段两端对应的体积变形量之和的一半；μ―泊松比，通常取0.33。

参考文献：

[1]GB50021-2001 岩土工程勘察规范[S].北京： 中国建筑工业出版社，2009.

[2]旁压试验规程[S].北京：中国建筑工业出版社.

[3]工程地质手册[S].第四版.北京：中国建筑工业出版社.