旁压试验在兰州市七里河高架桥地质勘察中的应用与承载力评价

摘要：本文以兰州市七里河高架桥为研究对象，探讨了旁压试验在该项目地质勘察中的应用及其在地基承载力评价中的重要作用。通过对桥梁区段的工程地质条件进行详细分析，结合现场旁压试验的操作与数据，进而对七里河高架桥地基承载力进行了科学评估。

关键词：旁压试验；七里河高架桥；地质勘察；承载力评价

兰州市七里河高架桥作为G1816乌海至玛沁国家高速公路兰州过境段的关键控制性工程，承担着优化兰州市交通、促进区域经济发展的重要任务。在桥梁建设中，地基承载力是决定桥梁安全性和长期稳定性的核心因素之一。旁压试验作为原位测试的常用手段，通过直接施加压力测定土体或岩石的应力应变关系，能够精确评估地基的承载力。

一、旁压试验的理论基础

旁压试验是一种原位测试方法，广泛用于土工和岩石工程领域。该试验通过在预先钻好的孔中使用旁压器，将压力施加在孔壁上，记录孔壁的变形情况，从而评估土体的变形模量和承载能力。旁压试验具有以下几个优点：

1.直接测量土体应力应变关系：试验过程中可以连续记录孔壁的变形，获取应力应变曲线，进而确定土体的变形模量和极限承载力。2.反映地层真实特性：旁压试验能够在原位条件下测试，减少了由于扰动而引起的土体特性变化，使得测试结果更具准确性。3.适用于多种地质条件：该试验不仅适用于软土、黏性土，也适用于泥岩等地质条件复杂的区域，尤其适合于评估复杂地基的承载力。

二、工程应用

（一）项目背景

七里河高架桥位于甘肃省兰州市安宁区和七里河区之间，跨越黄河，是G1816乌玛高速公路兰州过境段的重要组成部分。桥梁设计跨越多条重要的交通线、铁路和黄河，地质条件复杂。根据地质勘察报告，该区域主要为河流冲积平原地貌，地下水位较高，岩土层结构复杂，包含黏土、砂层、碎石层等。基于这些复杂的地质条件，为了确保桥梁结构的长期稳定性，必须对桥址区的地基进行全面的承载力评估。

（二）旁压试验的实施过程

1.试验设备与方法

旁压试验采用了PM-2B型预钻式旁压仪，包括旁压器、注水系统、压力与变形测量系统等设备。试验时，在钻孔中将旁压器放置在待测地层内，逐渐对孔壁施加压力，记录孔壁的径向变形。试验设备还包括压力传感器和位移测量仪，确保记录数据的准确性。试验孔位根据七里河高架桥的设计方案布设，尤其对跨黄河段和主要承重墩基进行重点测试[1]。

2.试验点布置

根据《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）的要求，结合桥梁地质特点和重要性，旁压试验的勘探点主要布置在跨黄河桥段和关键桥墩处。具体布点依据桥梁桩基的布局，并确保每个桥墩均至少进行一个旁压试验，部分关键墩基区域布置了多个测试点，以确保数据的准确性和覆盖面。

3.试验步骤

钻孔准备：采用XY-180型钻机在指定位置钻孔，孔深根据桥墩桩基设计确定，通常为持力层以下5米。设备安装：在钻孔完成后，将旁压仪器下放至指定深度，确保旁压器位于目标地层内。加压测试：逐步施加压力至孔壁，记录每级压力下的变形量，绘制应力应变曲线。

数据处理：试验结束后，利用旁压曲线分析土体的变形模量和极限承载力，结合其他地质信息，对地基的承载力进行评价。

（三）试验数据分析与承载力评价

1.数据处理与分析

在旁压试验过程中，测试点A位于七里河高架桥的跨黄河主桥墩基处，该区域的地质条件相对复杂。经过测试，得到了较高的极限压力值，表明该区域地基的承载能力较强。测试结果显示，该点的极限压力值为500kPa，符合设计标准的要求。这一结果与桥梁跨黄河段的设计需求相一致，证明该区域的地基具有足够的强度和稳定性，能够承受桥梁主墩的荷载。

相比之下，测试点B位于城市区的高架桥墩基处，该区域的地层主要为泥岩，持力层同样为泥岩。旁压试验结果表明，该处地基的极限承载力相对较低，测试得到的极限压力值为250kPa。这表明泥岩层密实度不足，其承载能力低于设计要求。如果不采取适当的加固措施，可能会导致桥梁基础在运营过程中产生不均匀沉降或结构性问题。为此，建议在该区域实施必要的加固措施，例如使用高压注浆或增加基础支撑，以确保桥梁的长期安全与稳定。

在整个旁压试验数据分析过程中，工程团队还关注了其他可能影响地基承载力的因素，如地下水位的波动、地层结构的变化以及土体的密实度。在试验中，每个测试点的数据均通过多次重复试验进行验证，确保了数据的准确性和可靠性。通过对应力应变曲线的详细分析，得到了每个测试点的地基承载能力和变形特性，为桥梁设计提供了关键的参考数据。

旁压试验的应力应变曲线是地基承载力评价的核心数据。通过分析试验中各压力等级下土体或岩体的径向变形，得出了各测试点的极限承载力，并计算出土体的变形模量[2]。变形模量反映了土体在外力作用下的变形能力，较高的模量通常意味着较强的地基承载力。根据这些分析结果，七里河高架桥的设计方案得到了进一步的优化。

2.承载力计算

在旁压试验中，承载力的计算是基于获得的应力应变曲线及极限压力值。通过将测试得到的最大压力值代入承载力计算公式，可以准确评估每个测试点的地基承载力。计算公式如下：

qlim=k⋅Pmax

其中，qlim为地基的极限承载力，k为土体修正系数，Pmax为旁压试验中测得的最大压力。土体修正系数k的值依据土体的类型和测试区域的实际情况确定。通常，对于砂性土和碎石层，k 的值分别为0.8和1.0，以反映土体不同的承载特性。

在七里河高架桥的旁压试验数据处理中，测试点A的最大压力Pmax为500kPa，修正系数k取1.0。代入公式后，该测试点的极限承载力计算结果为：

qlim(A)=1.0⋅500=500kPa

这一结果表明，该处地基的承载力符合设计要求，能够为桥梁提供可靠的基础支撑。

相反，测试点B的极限压力为250kPa，修正系数k取0.8。代入公式后，计算出该点的极限承载力为：

qlim(B)=0.8⋅250=200kPa

该结果表明，城市区高架桥墩基处的砂性土层承载力较低，无法满足桥梁设计的需求。因此，在该区域需要采取进一步的加固措施，以提高地基的承载力并确保桥梁的长期稳定性。

此外，旁压试验结果还显示出地基的各层土体之间存在明显的承载力差异，这也为桥梁设计提供了更详细的数据支持。例如，在部分区域的砂层中，试验结果显示承载力波动较大，可能与地下水的动态变化有关。通过旁压试验，可以进一步了解这些差异，为桥梁的基础设计提供更具针对性的建议。

三、实施建议

首先，七里河高架桥所在区域的地质条件差异显著，旁压试验为识别和量化桥梁桩基础的持力层承载力提供了必要的数据支持。测试结果显示，桥梁桩基础的持力层为新近系泥岩、砂岩，上覆覆盖层厚度小于5米。由于旁压试验主要在泥岩层中进行，试验结果更具针对性，为桩基础的设计提供了可靠的参考依据。

试验结果表明，泥岩持力层的承载力较高，满足桥梁桩基础设计规范的要求，能够为主墩提供稳定支撑。而在部分泥岩层较薄或地层中夹杂砂岩层的区域，局部承载力相对较低，可能无法完全满足桥梁结构的长期稳定性要求。这一发现为桥梁基础的优化设计提供了明确方向，尤其是在需要调整桩基础设计或采用补强措施时，旁压试验数据为施工方案的决策提供了有力支持。

此外，旁压试验还揭示出部分区域的泥岩承载力存在差异，特别是在地下水位较高的段落，地基的长期稳定性可能受到影响。针对这些承载力不足的区域，建议在施工中采取必要的加固措施，如采用桩基加固或注浆技术以提高泥岩层的承载力，确保桥梁在运营期内的安全和稳定。同时，应加强关键区域加固施工的质量监控，确保施工质量达到设计要求。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html