李青山

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院勘測總隊 新疆 昌吉 831100）

1 引言

近年來，新疆現(xiàn)行勘察的大型水利工程大多位于河流上游，深山河谷中。這些壩址的地層特點有：由于壩址在河谷中，覆蓋層深度達幾十米到上百米；覆蓋層中地下水位高，沿河流方向滲流量大，部分河床覆蓋層有分層的承壓水；覆蓋層由碎石土、砂礫、卵礫、漂卵礫石層組成，一般都有深厚的砂礫石或者砂卵礫石層覆蓋層覆蓋，其特殊性是：結(jié)構(gòu)性弱，很難取得原狀樣；顆粒分選性差，級配良好，大小不同的砂礫石相互交替，形成水平排列的透鏡體或不規(guī)則的夾層。其粒徑組成顆粒極不均勻，特別是新疆河流中的漂卵礫石含量較大。為了對工程區(qū)砂卵礫石的基礎(chǔ)力學(xué)性質(zhì)隨深度的變化規(guī)律進行研究，旁壓試驗被越來越多的引入水利工程基礎(chǔ)勘察研究中。

旁壓試驗是現(xiàn)場原位測試方法之一，可以直接在土層中進行，具有原位、準確、測試深度大等特點。它是利用可膨脹的圓柱形旁壓器在預(yù)鉆孔內(nèi)對孔壁施加壓力，使孔壁產(chǎn)生變形。通過控制裝置測出壓力和相應(yīng)的變形，從而得到土體變形和壓力的關(guān)系曲線，即旁壓曲線，根據(jù)旁壓曲線計算各巖(土)層的旁壓模量值及極限壓力。其優(yōu)點是：可以測定難以取得不擾動土樣的有關(guān)工程力學(xué)性質(zhì)；避免取樣過程中應(yīng)力釋放的影響；測試土樣的影響范圍比室內(nèi)試驗大，代表性強；縮短地基土層勘察周期；測試方便，不受地下水位限制，與室內(nèi)試驗相比，試樣大，擾動小。

2 關(guān)于砂礫石進行旁壓試驗的簡要介紹

2.1 測試方法

針對該水利工程中砂礫石覆蓋層開展旁壓試驗的特點，對旁壓試驗進行了以下改進：

（1）考慮到該工程河床砂礫石層的特性，試驗方法采用預(yù)鉆式。

（2）試驗段一般選擇在礫徑較小的孔段，試驗孔采用SM植物膠護壁，鉆進中首先以Ф77非標金鋼石鉆頭鉆進，每次進尺2.0m。如發(fā)現(xiàn)適于試驗部位或砂層透鏡體，立即下旁壓儀探頭進行試驗，否則對已進尺部位換大一號鉆頭進行擴孔至距孔底0.5m處，再換Ф77非標金鋼石鉆頭鉆進，如此逐米尋找試驗部位。試驗點的垂直間距不小于2m，試驗孔與其它鉆孔的水平距離不小于1m。

（3）試驗采用法國梅納爾公司生產(chǎn)的GA型旁壓儀，探頭用BX型(Ф60mm)，并結(jié)合開縫保護鋼管 (Ф76mm)，探頭初始體積為535cm3。

2.2 旁壓試驗參數(shù)的計算

旁壓曲線，即根據(jù)彈性膜及開縫鋼管標定曲線。對試驗的壓力和體積修正后，繪制p～V曲線，典型旁壓曲線見圖1，典型標定曲線見圖2。根據(jù)旁壓曲線可求得旁壓曲線的特征值旁壓模量Em、原位水平土壓力p0、臨塑壓力pf、極限壓力pL。并由此確定旁壓模量Em，推算變形模量E0、旁壓變形參數(shù)Gm和地基土承載力特征值fak等指標。對于未測得極限壓力的部分試驗點，采用與標準旁壓曲線擬合的方法求取極限壓力。

3 新疆某水利工程的旁壓試驗成果

該水利工程是一座以灌溉為主兼顧發(fā)電的樞紐性工程，壩址河床砂礫石覆蓋層厚度在100m～120m之間，本單位于2011年10月～2012年3月在現(xiàn)場完成了鉆孔旁壓試驗。各鉆孔旁壓試驗成果見表1。

圖1 典型旁壓曲線（ZK50深31.25m）

圖2 1-1#模標定曲線

表1 趾板線覆蓋層旁壓試驗成果表

本次在壩址趾板線河床覆蓋層共進行了2個旁壓試驗鉆孔，按地質(zhì)資料，壩址河床覆蓋層由上至下可分為二大層：第Ⅰ層為全新統(tǒng)漂卵礫石層（l）；第Ⅱ?qū)訛橹懈陆y(tǒng)冰水沉積卵礫石層l)。

將趾板線河床覆蓋層Ⅰ、Ⅱ?qū)拥呐詨涸囼灉y試成果采用SL237-1999《土工試驗規(guī)程》附錄A試驗數(shù)據(jù)的整理規(guī)定進行統(tǒng)計，統(tǒng)計分析后的標準值作為推薦值。

第Ⅰ層為全新統(tǒng)沖積漂卵礫石層（Q4al）：共進行2點旁壓試驗，旁壓模量Em為 12258.1kPa～24575.3kPa，平均值為18416.7kPa；變形模量E0為61290.5kPa～122876.7kPa，平均值為 92083.6kPa。因只有兩組數(shù)據(jù)，無法進行標準值計算，故取平均值為推薦值。第Ⅱ?qū)訛橹懈陆y(tǒng)冰水沉積卵礫石層(Q2fgl)：共進行40點旁壓試驗，旁壓模量 Em為 6660.7kPa～201903.5kPa,平均值為98440.6kPa，推薦值為81386.9kPa；變形模量E0為33303.5kPa～443241.9kPa，平均值為256160.8kPa，推薦值為222321.6kPa。

4 試驗總結(jié)及成果分析

（1）成孔的質(zhì)量對砂礫石中旁壓試驗的成果準確性有重要影響。如成孔偏大或孔壁沙礫石嚴重擾動，由于儀器注水體積的限制，試驗往往達不到極限壓力所需的體積，試驗就因探頭膨脹體積達到極限而終止，試驗無法測出極限壓力，進而無法求出其他相關(guān)參數(shù)。如孔中試驗段是穿過沿鉆孔軸向50mm的漂卵礫石，則試驗很可能由于儀器壓力限制，往往發(fā)生達到儀器的極限壓力而沒達到該次旁壓試驗的極限壓力，并且極易發(fā)生測試腔因變形不均勻而爆炸。但上述兩類情況只要試驗超過臨塑壓力，就可以采用曲線外推法直至最大體積增量值VL（VL=Vc+2V0，Vc為旁壓器中腔初始體積，V0為孔穴體積與中腔初始體積的差值）,取對應(yīng)VL的壓力為極限壓力pL；有時也可根據(jù)經(jīng)驗關(guān)系pL=1.8pf～2.0pf來估算。

（3）從旁壓試驗實例試驗成果看，成果的影響因素復(fù)雜使得對測定值的準確判斷造成一定的困難。如旁壓試驗數(shù)據(jù)在部分相鄰近的試驗點上存在很大差異，所以旁壓試驗與砂礫石其他物理性之間的關(guān)系是建立在整體統(tǒng)計數(shù)理分析上的。建議應(yīng)同一旁壓試驗區(qū)域，采用相隔幾米同時開兩個孔，一個進行試驗，一個為取芯孔，以為試驗孔作地層參照。同時因?qū)θ〕龅男緲舆M行顆粒分析試驗，以作為對測定值的準確判斷的一種參考。

（4）由試驗成果可知，試驗符合砂礫石地層實際情況，即在同一種砂礫石覆蓋層中旁壓模量Em和變形模量E0大體上隨深度而增加，越深覆蓋層越密實。但根據(jù)試驗推算的地基承載力值明顯大于工程地質(zhì)手冊（第四版）記載的各種碎石土承載力特征值，造成這種差異的原因有待試驗研究，但個人認為其數(shù)值異常可能與新疆砂礫石地層的特殊性有關(guān)（如顆粒大小、形狀、沉積方式、排布方式、顆粒級配等）。因此在砂礫石中進行旁壓試驗得到的各項參數(shù)，應(yīng)僅供參考，不應(yīng)作為工程基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)。陜西水利

[1]SL237-1999，土工試驗規(guī)程[S].中國水利水電出版社.1999.

[2]常士膘，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

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