旁压试验与承载力

预钻式旁压试验临塑压力确定地基土承载力探讨

史晓东黄元庆常州市东华岩土工程有限公司

【提要】针对旁压试验临塑压力确定fak 的几种不同观点，分析旁压试验的受力状态以及P0 的物理意义和确定方法，结合工程实践，认为旁压试验临塑压力确定地基土承载力较合理的公式为fak＝λ(Pf－P0)，应通过积累工程经验确定适合本地区的λ值。

【关键词】旁压试验临塑压力P0 值修正系数λ值

旁压试验也称横压试验，是岩土工程勘察的一种重要的原位测试方法，预钻式旁压试验（PMT）反映岩土体的应力应变关系分为三个阶段，见下图：ⅢⅡⅠ图1 旁压试验应力与应变关系曲线Ⅰ阶段反映孔壁受扰动土的再压缩；Ⅱ阶段为似弹性阶段，压力与体积变化呈直线关系；Ⅲ阶段为塑性阶段，压力与体积变化成曲线关系，随着压力的增大，体积变化越来越大，最后急剧增大，达破坏极限。一般认为，Ⅰ阶段与Ⅱ阶段的界限压力P0相当于静止水平总压力；Ⅱ阶段与Ⅲ阶段的界限压力P f相当于临塑压力，Ⅲ阶段末尾渐近线的压力P L 为极限压力。

在用旁压试验临塑压力确定地基土承载力这个问题上不同的单位有不同的理解和方法，笔者在此作初步探讨。观点1：P f－P0＝f az持该种观点的人认为临塑压力减去静止水平总压力得出的为包含了深度效应的地基承载力，在提供fak 时应再减去地基规范式5.2.4 中ηdγm(d-0.5)一项。观点2：P f＝f az持这种观点的人认为临塑压力即为深度修正后的地基承载力特征值。观点3：λ(P f-P0)＝f ak持这种观点的人认为临塑压力减去静止水平总压力后乘以修正系数λ为fak，λ值不大于1。JGJ69-90《PY 型预钻式旁压试验规程》定义P0 为静止土压力，即静止水平总压力，求P0的方法较多，最常用的为作图法和计算法两种。曾经认为成孔后，会有一定的缩孔，在旁压器膨胀的初期，向孔内膨胀的土体被挤压至原始位置时，所对应的压力便为地层水平压力。但对并非完全弹性变形的土体，这样的假设与实际情况是有较大出入的。按照这种假设把P-V(P-Δv)曲线第一拐点，即直线段起点作为P0。实践证明，这种方法确定的P0 规律性差，且往往偏大，正因为如此，便出现了不少用作图修正法确定P0,典型的为《工程地质手册》（第四版）推荐的把P-V 曲线的直线段延长与V 轴相交，其交点定义为V0，然后从V0 引水平线与P-V 曲线相交，交点对应的压力为P0。粘性土、砂性土的试验资料表明，在P-V 曲线(或P-S 曲线)上准确地定出P0 是比较困难的。笔者推荐使用JGJ69-90 中的计算法，P0＝k0γ·d+u 式中k0为静止土压力系数，γ为试验深度以上土的加权平均重力密度(地下水位以下取浮重度)， d 为试验点深度，u 为试验深度的孔隙水压力。旁压试验是以平面轴对称的加压方式进行工作，试验的全过程和得到的数

据都是水平方向的力学关系，Pf 为临塑压力，P0 为静止水平总压力，旁压试验中的深度效应即为静止水平总压力P0，说明(Pf－P0)中已经去掉了深度效应，观点3 是正确的。地基规范中公式fa＝fak+ ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)中最后一项为深度修正，其公式原形为条形均布垂直荷载作用下的临界荷载P1/4 公式，规范编写组根据多个不同宽度埋深的载荷试验资料整理分析结果，加上理论公式的承载力系数相对照，考虑了不利因素并结合建筑经验综合确定的。两者受力状况完全不一样。用Pf－P0 的值再减去ηdγm (d-0.5)得到fak 就将不同的力混为一谈了，在理论上肯定是错误的。规范、手册公式说明JGJ69-90 《PY 型预钻式旁压试验规程》f k = P f －P 0 fk—承载力标准值，基础设计时须作深宽修正TB10046-96 《铁路工程地基土旁压试验规程》σ 0 ＝Pf－σ h0 σ0—地基基本承载力，σ h 0—静止水平总压力σ0 用于确定地基容许承载力[σ] 时要作深宽修正《工程地质手册》第四版f ak ＝P f －P 0 用f ak 得出f a 须作深宽修正JGJ72-2004 《高层建筑岩土工程勘察规程》f ak ＝λ(P f －P 0 ) λ为不大于1 的修正系数TB10046-96《铁路工程地基土旁压试验规程》统计分析了利用旁压试验结果推算浅基地基土(粘性土)的基本承载力及在黄土、砂土、红土中旁压试验确定承载力的资料，结果是粘性土σ0＝1.01(Pf－σh0)，黄土σ0＝1.003(Pf－σh0)，砂类土σ0＝1.17(Pf－σh0)，说明用旁压试验的(Pf－σh0)确定承载力是有试验基础的。由于种种原因，既做旁压试验又做载荷试验的工程很少，旁压试验(Pf－P0)结果与三轴uu 确定的fak 对比如下表(常州地区) 土层P f －P 0 三轴uu 确定的f ak ＝McC k (kPa) λ=M cC k / (P f －P 0 ) 280 272 0.97 260 254 0.98 320 295 0.92 粘土288 285 0.99 250 220 0.88 248 222 0.90 228 202 0.89 粉质粘土255 242 0.95 230 184 0.80 225 181 0.80 粉土274 235 0.86 由上表可知，旁压试验(Pf－P0)值与三轴uu 试验McCk 有明显的规律性，粘土(P f－P0)＝1.01～1.08McCk，粉质粘土(Pf－P0)＝1.12～1.14McCk，粉土(Pf－P0)＝1.17～1.29McCk，常州地区粘性土修正系数λ取0.9 是较安全的，粉土λ可取0.8。

⑴在用旁压试验(Pf －P0)确定地基土承载力特征值fak 时，值得推荐的公式为JGJ72-2004《高程建筑岩土工程勘察规程》中的公式fak＝λ(Pf－P0)

⑵λ值应通过大量的试验得出，常州地区粘性土λ可取0.9，粉土λ可取0.8。

参考文献

[1] 《PY 预钻式旁压试验规程》JGJ69-90

[2] 《铁路工程地基土旁压试验规程》TB10046-96

[3] 《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ72-2004

[4] 《工程地质手册》第四版