旁壓試驗(yàn)在蘭州市七里河高架橋地質(zhì)勘察中的應(yīng)用與承載力評(píng)價(jià)

摘要：本文以蘭州市七里河高架橋?yàn)檠芯繉?duì)象，探討了旁壓試驗(yàn)在該項(xiàng)目地質(zhì)勘察中的應(yīng)用及其在地基承載力評(píng)價(jià)中的重要作用。通過對(duì)橋梁區(qū)段的工程地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)旁壓試驗(yàn)的操作與數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)七里河高架橋地基承載力進(jìn)行了科學(xué)評(píng)估。

關(guān)鍵詞：旁壓試驗(yàn)；七里河高架橋；地質(zhì)勘察；承載力評(píng)價(jià)

蘭州市七里河高架橋作為G1816烏海至瑪沁國家高速公路蘭州過境段的關(guān)鍵控制性工程，承擔(dān)著優(yōu)化蘭州市交通、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要任務(wù)。在橋梁建設(shè)中，地基承載力是決定橋梁安全性和長期穩(wěn)定性的核心因素之一。旁壓試驗(yàn)作為原位測(cè)試的常用手段，通過直接施加壓力測(cè)定土體或巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，能夠精確評(píng)估地基的承載力。

一、旁壓試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)

旁壓試驗(yàn)是一種原位測(cè)試方法，廣泛用于土工和巖石工程領(lǐng)域。該試驗(yàn)通過在預(yù)先鉆好的孔中使用旁壓器，將壓力施加在孔壁上，記錄孔壁的變形情況，從而評(píng)估土體的變形模量和承載能力。旁壓試驗(yàn)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.直接測(cè)量土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：試驗(yàn)過程中可以連續(xù)記錄孔壁的變形，獲取應(yīng)力應(yīng)變曲線，進(jìn)而確定土體的變形模量和極限承載力。2.反映地層真實(shí)特性：旁壓試驗(yàn)?zāi)軌蛟谠粭l件下測(cè)試，減少了由于擾動(dòng)而引起的土體特性變化，使得測(cè)試結(jié)果更具準(zhǔn)確性。3.適用于多種地質(zhì)條件：該試驗(yàn)不僅適用于軟土、黏性土，也適用于泥巖等地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，尤其適合于評(píng)估復(fù)雜地基的承載力。

二、工程應(yīng)用

（一）項(xiàng)目背景

七里河高架橋位于甘肅省蘭州市安寧區(qū)和七里河區(qū)之間，跨越黃河，是G1816烏瑪高速公路蘭州過境段的重要組成部分。橋梁設(shè)計(jì)跨越多條重要的交通線、鐵路和黃河，地質(zhì)條件復(fù)雜。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該區(qū)域主要為河流沖積平原地貌，地下水位較高，巖土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含黏土、砂層、碎石層等?；谶@些復(fù)雜的地質(zhì)條件，為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性，必須對(duì)橋址區(qū)的地基進(jìn)行全面的承載力評(píng)估。

（二）旁壓試驗(yàn)的實(shí)施過程

1.試驗(yàn)設(shè)備與方法

旁壓試驗(yàn)采用了PM-2B型預(yù)鉆式旁壓儀，包括旁壓器、注水系統(tǒng)、壓力與變形測(cè)量系統(tǒng)等設(shè)備。試驗(yàn)時(shí)，在鉆孔中將旁壓器放置在待測(cè)地層內(nèi)，逐漸對(duì)孔壁施加壓力，記錄孔壁的徑向變形。試驗(yàn)設(shè)備還包括壓力傳感器和位移測(cè)量儀，確保記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)孔位根據(jù)七里河高架橋的設(shè)計(jì)方案布設(shè)，尤其對(duì)跨黃河段和主要承重墩基進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)試[1]。

2.試驗(yàn)點(diǎn)布置

根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20-2011）的要求，結(jié)合橋梁地質(zhì)特點(diǎn)和重要性，旁壓試驗(yàn)的勘探點(diǎn)主要布置在跨黃河橋段和關(guān)鍵橋墩處。具體布點(diǎn)依據(jù)橋梁樁基的布局，并確保每個(gè)橋墩均至少進(jìn)行一個(gè)旁壓試驗(yàn)，部分關(guān)鍵墩基區(qū)域布置了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和覆蓋面。

3.試驗(yàn)步驟

鉆孔準(zhǔn)備：采用XY-180型鉆機(jī)在指定位置鉆孔，孔深根據(jù)橋墩樁基設(shè)計(jì)確定，通常為持力層以下5米。設(shè)備安裝：在鉆孔完成后，將旁壓儀器下放至指定深度，確保旁壓器位于目標(biāo)地層內(nèi)。加壓測(cè)試：逐步施加壓力至孔壁，記錄每級(jí)壓力下的變形量，繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線。

數(shù)據(jù)處理：試驗(yàn)結(jié)束后，利用旁壓曲線分析土體的變形模量和極限承載力，結(jié)合其他地質(zhì)信息，對(duì)地基的承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（三）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與承載力評(píng)價(jià)

1.數(shù)據(jù)處理與分析

在旁壓試驗(yàn)過程中，測(cè)試點(diǎn)A位于七里河高架橋的跨黃河主橋墩基處，該區(qū)域的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜。經(jīng)過測(cè)試，得到了較高的極限壓力值，表明該區(qū)域地基的承載能力較強(qiáng)。測(cè)試結(jié)果顯示，該點(diǎn)的極限壓力值為500kPa，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。這一結(jié)果與橋梁跨黃河段的設(shè)計(jì)需求相一致，證明該區(qū)域的地基具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠承受橋梁主墩的荷載。

相比之下，測(cè)試點(diǎn)B位于城市區(qū)的高架橋墩基處，該區(qū)域的地層主要為泥巖，持力層同樣為泥巖。旁壓試驗(yàn)結(jié)果表明，該處地基的極限承載力相對(duì)較低，測(cè)試得到的極限壓力值為250kPa。這表明泥巖層密實(shí)度不足，其承載能力低于設(shè)計(jì)要求。如果不采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧赡軙?huì)導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)在運(yùn)營過程中產(chǎn)生不均勻沉降或結(jié)構(gòu)性問題。為此，建議在該區(qū)域?qū)嵤┍匾募庸檀胧?，例如使用高壓注漿或增加基礎(chǔ)支撐，以確保橋梁的長期安全與穩(wěn)定。

在整個(gè)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析過程中，工程團(tuán)隊(duì)還關(guān)注了其他可能影響地基承載力的因素，如地下水位的波動(dòng)、地層結(jié)構(gòu)的變化以及土體的密實(shí)度。在試驗(yàn)中，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)均通過多次重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的詳細(xì)分析，得到了每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的地基承載能力和變形特性，為橋梁設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵的參考數(shù)據(jù)。

旁壓試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線是地基承載力評(píng)價(jià)的核心數(shù)據(jù)。通過分析試驗(yàn)中各壓力等級(jí)下土體或巖體的徑向變形，得出了各測(cè)試點(diǎn)的極限承載力，并計(jì)算出土體的變形模量[2]。變形模量反映了土體在外力作用下的變形能力，較高的模量通常意味著較強(qiáng)的地基承載力。根據(jù)這些分析結(jié)果，七里河高架橋的設(shè)計(jì)方案得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。

2.承載力計(jì)算

在旁壓試驗(yàn)中，承載力的計(jì)算是基于獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線及極限壓力值。通過將測(cè)試得到的最大壓力值代入承載力計(jì)算公式，可以準(zhǔn)確評(píng)估每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的地基承載力。計(jì)算公式如下：

qlim=k?Pmax

其中，qlim為地基的極限承載力，k為土體修正系數(shù)，Pmax為旁壓試驗(yàn)中測(cè)得的最大壓力。土體修正系數(shù)k的值依據(jù)土體的類型和測(cè)試區(qū)域的實(shí)際情況確定。通常，對(duì)于砂性土和碎石層，k 的值分別為0.8和1.0，以反映土體不同的承載特性。

在七里河高架橋的旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，測(cè)試點(diǎn)A的最大壓力Pmax為500kPa，修正系數(shù)k取1.0。代入公式后，該測(cè)試點(diǎn)的極限承載力計(jì)算結(jié)果為：

qlim(A)=1.0?500=500kPa

這一結(jié)果表明，該處地基的承載力符合設(shè)計(jì)要求，能夠?yàn)闃蛄禾峁┛煽康幕A(chǔ)支撐。

相反，測(cè)試點(diǎn)B的極限壓力為250kPa，修正系數(shù)k取0.8。代入公式后，計(jì)算出該點(diǎn)的極限承載力為：

qlim(B)=0.8?250=200kPa

該結(jié)果表明，城市區(qū)高架橋墩基處的砂性土層承載力較低，無法滿足橋梁設(shè)計(jì)的需求。因此，在該區(qū)域需要采取進(jìn)一步的加固措施，以提高地基的承載力并確保橋梁的長期穩(wěn)定性。

此外，旁壓試驗(yàn)結(jié)果還顯示出地基的各層土體之間存在明顯的承載力差異，這也為橋梁設(shè)計(jì)提供了更詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。例如，在部分區(qū)域的砂層中，試驗(yàn)結(jié)果顯示承載力波動(dòng)較大，可能與地下水的動(dòng)態(tài)變化有關(guān)。通過旁壓試驗(yàn)，可以進(jìn)一步了解這些差異，為橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供更具針對(duì)性的建議。

三、實(shí)施建議

首先，七里河高架橋所在區(qū)域的地質(zhì)條件差異顯著，旁壓試驗(yàn)為識(shí)別和量化橋梁樁基礎(chǔ)的持力層承載力提供了必要的數(shù)據(jù)支持。測(cè)試結(jié)果顯示，橋梁樁基礎(chǔ)的持力層為新近系泥巖、砂巖，上覆覆蓋層厚度小于5米。由于旁壓試驗(yàn)主要在泥巖層中進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果更具針對(duì)性，為樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供了可靠的參考依據(jù)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，泥巖持力層的承載力較高，滿足橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，能夠?yàn)橹鞫仗峁┓€(wěn)定支撐。而在部分泥巖層較薄或地層中夾雜砂巖層的區(qū)域，局部承載力相對(duì)較低，可能無法完全滿足橋梁結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性要求。這一發(fā)現(xiàn)為橋梁基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了明確方向，尤其是在需要調(diào)整樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或采用補(bǔ)強(qiáng)措施時(shí)，旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)為施工方案的決策提供了有力支持。

此外，旁壓試驗(yàn)還揭示出部分區(qū)域的泥巖承載力存在差異，特別是在地下水位較高的段落，地基的長期穩(wěn)定性可能受到影響。針對(duì)這些承載力不足的區(qū)域，建議在施工中采取必要的加固措施，如采用樁基加固或注漿技術(shù)以提高泥巖層的承載力，確保橋梁在運(yùn)營期內(nèi)的安全和穩(wěn)定。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)關(guān)鍵區(qū)域加固施工的質(zhì)量監(jiān)控，確保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》http://www.00559.cn/w/kj/32519.html