旁壓試驗(yàn)技術(shù)在工程中的應(yīng)用

摘　要:結(jié)合廣州地鐵三號(hào)線B 標(biāo)段詳細(xì)勘察階段中旁壓試驗(yàn)(PMT) 技術(shù)的應(yīng)用,介紹了旁壓試驗(yàn)的成果分析方法。
關(guān)鍵詞:旁壓試驗(yàn);旁壓曲線;特征值
1 　概述
廣州市軌道交通三號(hào)線是廣州市的重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目,本次采用多種勘察方法進(jìn)行綜合分析,詳細(xì)查明隧道區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,進(jìn)行工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià),分層提供設(shè)計(jì)所需的巖土層技術(shù)參數(shù),提出工程措施建議。
旁壓試驗(yàn)是工程地質(zhì)勘察中的一種原位測(cè)試方法, 簡(jiǎn)稱PM T ,也稱橫壓試驗(yàn)。它的原理是通過旁壓器,在豎直的孔內(nèi)使旁壓膜膨脹并由該膜(或護(hù)套) 將壓力傳給周圍土體,使土體產(chǎn)生變形直至破壞,從而得到壓力與鉆孔體積增量(或徑向位移) 之間的關(guān)系。根據(jù)這種關(guān)系對(duì)地基土的承載力(強(qiáng)度) 、變形性質(zhì)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2. 1 　旁壓試驗(yàn)曲線的繪制
旁壓試驗(yàn)得到的土體壓力與變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系,用曲線有幾種表示方法。即壓力孔壁土被壓縮的體積變化量, P —V 曲線;壓力孔徑徑向變化值, P —r 曲線;壓力表示孔壁土體積壓縮的測(cè)管水位下降值, P —s 曲線。這些曲線所表示的含義是一樣的,它們之間有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。從物理概念講P —V 曲線和P —r 曲線更明確。同時(shí)考慮到利用旁壓孔穴體積增加一倍確定極限荷載和計(jì)算旁壓模量Em的方便,本次詳勘階段采用P —V 曲線比較合適。以廣州地鐵三號(hào)線大塘站為例,分別繪制不同深度的試驗(yàn)成果圖,見圖1 、圖2 。

圖1 　6. 0m處P-V曲線
P0 = 106kPa ,Pf = 274kPa ,P1 = 356kPa ,V0 = 733cm3 ,Vf = 1032cm3
2. 2 特征值的確定和計(jì)算利用旁壓試驗(yàn)確定地基土參數(shù),首先要從旁壓試驗(yàn)的P —V

圖2 　10. 0m處P—V曲線
P0 = 140kPa ,Pf = 397kPa ,P1 = 518kPa ,V0 = 442cm3 ,Vf = 1288cm3
曲線求取特征值。這里主要討論: P0 ———地層原始水平壓力; Pf 臨塑荷載;PL 極限荷載; Vcm —P —V 曲線直線段體積變化增量。
(1) V0 ———P —V 曲線的直線段延長(zhǎng)與V 軸相交,其交點(diǎn)定義為V0 ;
(2) P0 ———從V0引水平線與P —V 相交,交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力為P0 ;
(3) Pf 相應(yīng)于P —V 曲線的直線段末端的臨塑荷載;
(4) Vf ———相應(yīng)于P —V 曲線的直線段末端的體積;
(5) Pl ———極限荷載,孔穴原來的體積增加一倍所對(duì)應(yīng)的壓力;
(6) Vl —Pl 對(duì)應(yīng)的體積,Vl = 2V0 + Vc,Vc —旁壓器固有體積;
(7) Vcm ———旁壓曲線直線段中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體積。Vcm = Vc + (V0 + Vf)/2 ;
(8)ΔP 旁壓試驗(yàn)直線段壓力增量;ΔP = Pf-P0
(9)ΔV ———旁壓曲線直線段體積增量。ΔV = Vf-V0

2. 3 　旁壓試驗(yàn)成果計(jì)算
(1) 確定粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu :Cu =(P1-P0)/5. 5
(2) 確定砂土內(nèi)摩擦角φ:φ=Ln( (P1-P0)/180) + 24
(3) 確定旁壓剪切模量Gm : Gm = (Vc+ V0 +ΔV/ 2) ·ΔP/ΔV Vcm·
(4) 確定旁壓模量Em : Em = 2(1 +μ) ·ΔP/ΔV 式中:μ 土的泊松比, 查表: 砂土0. 3 , 可塑硬塑粘性土0. 33 ,軟塑粘性土0. 38 ,流塑粘性土0. 41 ; ΔP/ΔV ———旁壓曲線直線段的斜率。
(5) 確定基本承載力。
①臨塑壓力法:

σ0 = Pf -σn0 式中:
σn0 ———地層的靜止水平總壓力,粘性土、砂類土的σn0 = γd
K0··—靜止土壓力系數(shù),查表砂類土0. 4 ,可塑堅(jiān)硬粘性
K0 —— 土0. 5 ,軟塑狀粘性土0. 6 ,流塑狀粘性土0. 7 ;
γ 土的重度,kN/ m3 ;
d 旁壓試驗(yàn)深度,m。
軟質(zhì)巖及風(fēng)化巖石的σn0 = P0

②極限壓力法:
σ0 = F(P1 -σn0) 式中:F ———承載力安全系數(shù);應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)條件和建筑物特點(diǎn),一般情況下可取2。
(6) 確定粘性土的變形模量及壓縮模量Es(根據(jù)旁壓剪切模量Gm估算) 見表1。

　　注:當(dāng)Gm/ P1值(粘性土Gm/ P1的均值約為4) 由大到小,塑性狀態(tài)由流塑至硬塑,E0、Es由小到大取值。
　　(7) 確定砂性土的變形模量:
E0= K·Gm 式中: K 變形模量轉(zhuǎn)換系數(shù),查表:粉砂4～5 ,細(xì)砂5～7 ,中砂7～9 ,粗砂9～11。
(8) 確定地基土水平基床系數(shù):
Kh=(1 -a)ΔP/Δr

式中:Δr =r1-r0 r1 臨塑壓力時(shí)鉆孔空腔的半徑; r0 初始?jí)毫r(shí)鉆孔空腔的半徑; a 孔隙壓力系數(shù),查表:砂土0 ,粉土0. 1～0. 2 ,粉質(zhì)粘土
0. 15～0. 25 ,粘土0. 25～0. 50。
1.(9) 估算單樁極限承載力和沉降(Menard? 梅那) 。
2.①樁端極限壓力qL :
qL= K(p1-p0) +q0

圖3 　承載力系數(shù)K 的取值
　　鉆孔樁; 　　打入樁; 　　地下連續(xù)墻

圖4 　τL —P1 關(guān)系圖
對(duì)于軟巖地基τL —P1 的相對(duì)關(guān)系,可用下列公式估算:
τL =0. 033P1 + 30(kPa)
說明:圖4 中曲線A 適用于一般土地基的情況,曲線B 適用于緊密的顆粒狀土中樁尖嵌入土體中3 倍直徑范圍內(nèi)的τL 值, 從圖中可以看出,當(dāng)P1 > 15MPa 時(shí),
τL不再增加而維持常值。　　
③樁的軸向容許承載力[ P] : n τLiuihi qLA
[ P] = ρ +
i=12 3 式中:τLi 、Ui 、hi ———第I 土層的極限摩阻力、樁的周邊長(zhǎng)和土層的厚度; A 樁的底面積; qL 樁端極限壓力。
④單樁的沉降:
式中: K 承載力系數(shù)(圖3) 。(a) 鉆孔樁s = 0. 006B(B 為基礎(chǔ)寬度或直徑) 。
②樁側(cè)極限摩阻力τL(圖4) 。(b) 打入樁s = 0. 009B