旁压仪

一、PM—2B型旁压仪概述

旁压试验（简称PMT）是近几十年来在国内、外岩土工程中得到迅速发展并逐渐成熟的一种原位测试手段和方法，由于试验方法简单；灵活、方便、准确等特点其试验成果在国外工程设计中已被广泛应用。我国自八十年代以来，旁压试验也得到了较为广泛的使用，至今已积累了相当的经验，也逐渐成为岩土工程勘察中主要的原位测试方法之—。

旁压试验可用于确定土的临塑压力P_f和极限压力P_L，以评定地基土的承载力；确定静止土压力系数Ko；确定土的旁压模量E_m，用以估算土的压缩模量E_s。和剪切模量G；估算软粘土不排水抗剪强度以及估算地基土强度、单桩承载力和基础沉降量等。近年来，国内研究表明：采用旁压试验成果确定地基土承载力、估算单桩极限承载力与基础沉降量，其计算精度和**度与现有其它方法相当或更接近于工程实测值。

我厂是生产PM系列预钻式和自钻式旁压仪的专业厂，为满足高层建（构）筑物和特殊地基勘察的要求，现生产的PM—2型旁压仪是在原PY型旁压仪和国外旁压仪的基础上重新设计的新一代仪器。其压力等级可达5.5MPa，并具有自动记录试验数据和与计算机交换数据等功能。

二、PM—2B型旁压仪仪器构造及技术指标

PM—2型预钻式旁压仪由旁压器、注水系统、压力与变形测量系统、压力施加装置及箱体支承部件等组成。其系统原理见下图，其主要技术参数如下表： 

PM—2型预钻式旁压仪主要技术参数

    1.  旁压器：是旁压仪的主要部件之一，整体是圆柱状。基体用上等不锈钢管（或铜管）制成，外层为特制的弹性膜，为液压单腔式。根据试验岩土层情况，旁压器外径上可安装胶质保护套或金属型保护套（金属铠）。

2．注水系统：由不锈钢水箱，加压气路等组成，用于试验前对变形测量系统的注水。

3．变形测量系统：由精密缸体、位移和压力传感器、显示记录仪、高压同轴导压管及阀门等组成。用于向旁压器注水、加荷并测量（记录）旁压器的径向位移（变形）。

4．加压稳压装置：由高压储气源、精密调压阀、增压缸、压力表及管路阀门等组成，用来在试验中向地层加压和稳压。

三、PM—2B型旁压仪工作原理  

PM—2B型旁压仪工作时，由加压装置通过增压缸的面积变换，将较低的气压转换为较高压力的水压；并通过高压导管传至旁压器，使弹性膜膨胀，导致地基孔壁受压而产生相应变形。其变形量由增压缸的活塞位移值S确定，压力P由与增压缸相联的压力传感器测得。根据所测结果，得到压力P和位移值S间的关系曲线，即旁压曲线。从而确定地基层的临塑压力、极限压力等有关土力学指标。

四、PM—2B型旁压仪操作方法及试验

（一）PM—2B型旁压仪试验前准备：

1．系统注水：向水箱注满纯净的蒸馏水或干净的冷开水（此时应小心，严防水溢出淋湿到记录仪），旋紧水箱**盖。将阀2置于注水位置，将阀3置于排气位置，阀4至于关闭状态（如此时面板位移指针已处于“0”刻度，则将阀4手柄至于试验位置）。打开高压气瓶阀门并调节其上的减压器，使其输出压力为0．2~0．3MPa,然后逐渐旋转调压阀手轮，使其压力为0．1~0．15MPa（见面板压力表值），即开始系统注水，当面板位移指针处于*底部时，将阀4置于试验位置，当水从导管接口处满溢出时，旋松调压阀，随即关闭阀4。

2．导压管及旁压器注水：旋开水箱**盖，给水箱补足水，旋紧水箱**盖。根据试验需要选择合适长度的同轴导压管将主机和旁压器小心联接可靠，竖直旁压器，将阀5置于注水排气位置，将阀4置于试验位置，按上述方法向水箱加压直至注水排气位置的管道水满溢为止。在此过程中，应不断拍动导压管和旁压器，以排出管路中滞留的空气。分别关闭阀2、阀1和阀4。

3．旋松调压阀，打开水箱盖，待旁压器恢复原状后，关闭阀5。

4．检查传感器和记录仪的连接及是否处于正常状态，设置好记录仪采样时间标准，（方法详见记录仪使用手册）。

（二）PM—2B型旁压仪成孔：

1．因PM—2型预钻式旁压仪适用于强度较高的地层，故采用钻机成孔。

2．孔径：成孔直径一般应比所选用旁压器的公称外径大2—5毫米为宜，绝不允许过大或过小。

3．要求：孔壁要求垂直、光滑、圆整，并尽量减小对孔壁岩土的扰动。

4．深度：应使旁压器测试段中点处于试验要求深度。 

5．注意：试验段须在同一岩土层，否则不但资料难以应用，且会造成旁压器弹性膜的损坏。

（三）PM—2B型旁压仪试验：  

1．成孔后，应尽快进行试验。

2．接通记录仪电源开关并进行相关的试验前设置。

3．用钻杆联接好旁压器并将其小心放至试验位置。

4．PM—2B型旁压仪加压试验

（1）调整高压气瓶上的减压器，使其输出压力比预估的*大试验压力的二分之一高出0.1~0.2MPa。

（2）将阀1置于试验加压位置，阀3置于加压位置，随即将阀4置于试验位置。此时，按理论上此时旁压器内将产生静水压力P_W，但由于本仪器的结构形式所致，此时系统可视为一密闭空间，故静水压力可忽略。

（3）按照PM型旁压试验记录仪使用说明书操作记录仪，在进行相关的设置后进入试验界面，按“0”键使P、S值回零后，即可开始施加压力。其步骤是：迅速小心地旋转调压阀，所加压力由记录仪显示（注：面板上压力表值同时显示值），当其值增至试验所设计的加荷压力等级时，立即按记录仪上的“0”键。此时，即开始按所设定的相对稳定（观察）时间标准进入试验。记录仪则自动显示和记录该级压力下四个时间点的土体变形值和压力值。重复此步骤至试验结束。

（4）压力增量等级和相对稳定（观察时间）标准可根据现场情况及有关旁压试验规程选取，其中压力增量建议取预估临塑压力Pf的1／5～1／7。稳定标准有1分钟和2分钟供选取。

（四）PM—2B型旁压仪终止试验

1．条件：当位移显示值在某级压力下急剧增大不能相对稳定时，应立即中止试验，以防弹性膜胀破。

2．方法：

a．如需继续下一个试验，则将阀3置于排气位置，并适当旋松调压阀，根据现场不同情况，使压力在0．5~1．0MPa左右，将阀5置于回水加压位置使活塞缸逐渐下降至零位，然后将阀4置于回水位置（此时的水箱盖必须是打开的），使多余的水回至水箱，当听到水箱有气泡声时，迅速旋松调压阀，关闭阀4，小心地取出旁压器，再次重复试验操作步骤。此过程中应注意水箱水接近满时由于压力气泡将水溢出而淋湿到记录仪。   

b．较长时间内不再做试验，则可适当减压；并将阀5置于注水排气位置，排净系统内全部的水，并使活塞处于底部。

五、PM—2B型旁压仪仪器校正

（一）PM—2B型旁压仪校正内容：

    试验前，应对仪器进行弹性膜（包括保护套）约束力校正和仪器综合变形校正，具体项目应按下列情确定：   

    1．新旁压器**使用或旁压仪有较长时间不用，两项校正均需进行。

    2．更换弹性膜（或保护套）需进行弹性膜约束力校正，为提高压力精度，弹性膜经过多次试验后，应进行弹性膜复校试验。

    3．加长或缩短导压管时，需进行仪器综合变形校正试验。

（二）PM—2B型旁压仪校正方法：

1．PM—2B型旁压仪弹性膜约束力校正：关闭阀3、阀4，阀1置于试验加压位置，阀5置于回水加压位置，通过调压阀稍微加压，使旁压器逐渐自由膨胀至φ115mm左右，旋松调压阀，使其回复，并反复几次。然后，按前述试验一节中的注水方法至要求，将旁压器竖直地面，按前述试验步骤，小心地稍微加压，当显示仪位移每升高40mm，立即关闭阀1，并待显示仪所设定时间到后，再将阀1置于试验加压重复上述操作至位移达320毫米为止。以每级位移值（累计）和其相对应的压力值绘制出弹性膜约束力校正曲线（见图2）。

2．PM—2B型旁压仪综合变形校正：连接合适长度的导压管（尽量不要无谓地加长），按前述试验注水方法至要求后，将旁压器放入校正筒内，按试验步骤在旁压器受到刚性限制的情况下加压，压力增量建议为0.5MPa，并逐级加压至4.0MPa后即可，其观察时间与正式试验时间一致。根据实测压力值和相应位移值绘制出综合变形校正曲线。（见图3）

图2 弹性膜约束力校正曲线图              图3 仪器综合变形校正曲线图

六、PM—2B型旁压仪试验资料整理

（一）PM—2B型旁压仪试验数据查看   

1．通过记录仪上按键的操作，直接通过显示屏查看某个试验点的全部试验数据。

2．通过记录储存在优盘中的试验数据传输至计算机后查看。  

3．具体操作方法见记录仪使用说明书。

（二）PM—2B型旁压仪资料整理   

1．先对试验数据结果中的各级压力和相应的位移分别进行校正。

（1）压力校正：

计算式：P=P_m+P_w-P_i

式中：P—校正后的压力（KPa）

P_m——显示仪测记的各级压力的*后值（KPa）

P_w——静水压力（KPa）

其值为：P_w——（H+Z）·γ_w

式中：H——旁压仪面板标尺零位处至试验孔口高度（m）

Z——旁压试验深度

γ_w——水的重力密度（KN／m³），一般取10KN／m³

P_i——弹性膜约束力（KPa），由各级总压力（P_m + P_w）所对应的位移值查弹性膜约束力校正曲线取得。

注：因本仪器为中高压试验所用，故在旁压器为单层弹性膜时，(为简化计算，P_i值可简略定为30KPa  仅供参考)。

（2）位移（体积）校正：

计算式：S= S_m－α(P_m+P_w）

式中：S——校正后的位移值（cm）   

S_m——显示仪位移值（cm）

α——仪器综合变形系数（由相应的综合校正曲线查得）

2．绘制旁压曲线

用校正后的各级压力P和位移值S，绘制P、S曲线（即旁压曲线）。曲线的作图，可按下列步骤进行：

（1）定座标：选用米格记录纸，以S（厘米）为纵座标，1厘米代表5厘米位移；P为横座标，比例根据实际情况自行选定。

（2）根据校正后的各级压力值P和相应的位移值S，分别将其确定在选定的座标上，然后先连直线段并两端延长，与纵轴相交的截距即为So；再用曲线板连接曲线部分，定出曲线与直线段的切点，此点为直线段的终点。

3．成果确定

（1）临塑压力P_f的确定：旁压曲线上直线段的终点所对应的压力值即为：临塑压力P_f 。见图4

（2）极限压力P_L的确定：根据旁压曲线，可按下列方法之一确定。

a．手工外推法：凭眼力将曲线用曲线板加以延伸且与实测曲线光滑自然连接，取S=2So+Sc所对应的压力为极限压力P_L。（见图4）

b．倒数曲线法：把临塑压力P_f以后曲线部分各点的水位下降值S取倒数1／S与S所对应的压力P作P—1／S关系曲线（为一近似直线）在直线上取 所对应的压力为极限压力P_L（见图4）

（3）确定承载力标准植f_k：

计算式：f_k=P_f—P_o 

式中：P_o——静止土压力（KPa）其确定方法如下：

a．计算法：根据地区经验采用计算法：P_o=K_o·γ·Z+υ

式中：K_o——试验深度处静止土压力系数，其值按地区经验确定，对于正常固结和轻度超固结的土类可按：砂土和粉土取0.5，可塑到坚硬状态粘性土取0.6。

γ——试验深度以上的重力密度，为土自然状态下的质量密度ρ与重力加速度g的乘积（γ=ρ·g）地下水位以下取有效重力密度（KN／m³）。   

υ——试验深度处土的孔隙水压力（KPa），正常情况下，它极接近于地下水位算得的静水压力即在地下水以上υ=0，在地下水位以下时，可由下式确定。

υ=γ_w（Z－h_w）

式中：h_w ——地面距地下水位的深度（m）

b．作图法：从旁压曲线直线段与纵轴的交点，作平行于横轴的直线并与旁压曲线相交，其交点所对应的压力为静止土压力P_o。（见图4）

（4）当P-S曲线上的临塑压力P_f出现后，曲线很快拐弯，出现极限破坏，其极限压力P_L与临塑压力P_f之比值P_L／P_f <1.7时，地基承载力标准值f_k取极限压力P_L的一半。

（5）计算地基土的旁压模量E_m（MPa）

Em=2（1+μ）（Sc+ ）·

式中：μ一—土的侧向膨胀系数（泊松比），可按地区经验确定，对于正常固结和轻度超固结的土类可按：砂土和粉土取0.33，可塑到坚硬状态的粘性土取0．38。

P_f——临塑压力（MPa）

S_c——旁压器原始体积用位移值表示（cm），其值见仪器技术参数表。

（6）地基土的压缩模量Es、变形模量E。以及其它土力学指标，可由地区经验公式确定。

七、PM—2B型旁压仪维修及保养

PM—2型预钻式旁压仪属于较精密的试验仪器，在工厂设计制造过程中采用了较为可靠的零件结构和细致的工艺方法，故在使用过程中，除更换旁压器的弹性膜外，一般不必对仪器进行维修。在使用不当或长期使用后，可能要进行如下的维修。

1．卡套式管路接头：该接头是一种较为先进的刚性密封接头，其密封性能良好，耐压高、寿命长，但装配后不宜经常拆卸。其结构图见图5。如发现其有泄漏时，可稍微加力旋紧螺母2，若仍不能阻止泄漏，即需更换密封圈3。方法如下：松开螺母，细心地用细齿锉将密封圈锉开取下。注意不能破坏接管4的表面，换上新的密封圈，再用板手适当旋紧螺母即可。若接管表面已损坏，则须同时更换接管。

2．PM—2B型旁压仪阀门：结构示意见图6。当阀门经较长时间使用后，可能会出现泄漏现象。此时，可用专用板头旋松阀门手柄1上的紧定螺钉，取下手柄，适当旋紧压紧螺丝3即可。如仍有泄漏，则须依次折下螺丝3，阀杆2，检查上、下半球型密封垫5及阀杆密封组件4，清洗或小心修正后重新装配。

3．PM—2B型旁压仪调压阀：调压阀是本厂精密制造的仪器关键部件。它的精度直接影响试验成果的准确性，所以在使用时或平时必须格外小心。在未接通气源或无气压时不得旋紧调压手柄进行无效调压。不工作时，应使调压手柄处于常松状态。调压阀结构示意见图7。PM—2B型旁压仪调压阀的常见故障及排除方法：

（1）调压后压力爬行：其原因是由于气流介质夹杂尘埃积聚在堵头表面或长期使用后堵头表面已产生压痕所致。排除方法：旋下下气室口，从导套13中小心地取出堵头，用无水乙醇清洗堵头表面和进气口端面，清洗时注意防止表面碰伤和划痕，若在放大镜下观察其表面已有划痕和碰伤，则需更换堵头或进气口。

（2）溢流口耗气：即溢流口在未超过稳定工作压力时即自行排气不止。排除方法：用螺丝刀按顺时针方向缓慢地旋紧调节螺丝10直至不耗气为止。（不宜过紧，以免影响调压灵敏度）。若此法不能排除耗气时，则需取下溢流口14并与顶杆6的球面进行研磨，使其至均匀的接触线状。

（3）下气室漏气：一般是下顶杆11密封套老化所致。此时更换密封套即可。

4．PM—2B型旁压仪旁压器：（结构示意见图8）

弹性膜的更换：分别旋下连接套1和管靴8，取下两端压套7。用专用板松下两端压紧螺母2，去掉旧膜，洗净旁压器。可在旁压器筒体外壁上涂上适量的润滑液（对橡胶无损的）将准备好的新膜逐渐抹至合适位置，套上一端外压环6至简体撞肩。然后将皮膜5剪去合适长度并将其外翻，拉紧，装上内压环4，拧紧压紧螺母。—按此方法装好另一端，再用板手同时对拧两端压紧螺母，尽量压紧，将多余的皮膜翻回并谨慎地将切除，装上压套，连接套和管靴。装膜时，应注意尽量拉紧皮膜；使之包紧简体不松驰。

图                                                     图8  PM—2B型旁压仪旁压器结构示意图

附：传感器的标定方法

    PM—2B型旁压仪装置的压力；位移传感器在出厂时均已与记录仪一起配套标定。用户在更换其中之一或发现有异常情况时，应进行传感器的重新标定。简要的标定方法如下：

一、 PM—2B型旁压仪压力传感器

1．给增压缸注满水后，关闭试验——回水阀门4；

2．将记录仪设置为压力标定状态（参见记录仪使用手册）

3．按试验加压方法并根据标定压力传感器步骤进行操作。一般当压力增至5.0Mpa级后即可

4．以面板上的10MPa精密压力表为标准器；

二．PM—2B型旁压仪位移传感器

1．松开位移传感器的固定夹板，取下传感器，连接好记录仪及电池等；

2．将传感器平放在桌上，将传感器芯棒拉出5毫米或10毫米，做为零位；

3．将记录仪设置为位移标定状态（见记录仪使用手册）；

4．细心地按标定步骤要求逐级拉出传感器芯棒（参见记录仪使用手册中有关说明），并逐步完成标定。

PM—2B型旁压仪两种标定一般不需经常进行。当仪器长时间不用或更换传感器、记录仪及发现数据有明显误差时，应进行标定。

    1．使用PM—2B型旁压仪前必须熟悉本仪器的基本原理，管路图和各阀门等的作用，以免造成操作错误而损坏仪器。

    2．PM—2B型旁压仪给水箱加水时，务必使用加水漏斗并切勿让水从水箱中溢出，严防记录仪进水受湿。试验用水严禁使用不干净水，以防沉积污物而影响管道的畅通。

    3．旁压器不能随意裸体放置（不用时可放在标定筒内），以防弹性膜被无意损坏。

    4．导压管快速接头取下后，应罩上保护套，严防泥沙等杂物带入仪器管道。

    5．调压阀及仪器有关零部件不应任意拆卸，以防精度和性能下降，平时应随时旋松调压手轮，使其主体弹簧处于自由状态。

    6．仪器应注意防震，为使主弹簧不移位，在运输过程中，可稍旋紧调压轮使其弹簧稍微受力。

    7．若准备较长时间不使用仪器时，须将仪器内部所有水排净，并擦净外表，放置在阴凉、干燥处。

    8．各传感器应按有关规定定期校验。

    9．说明书所提供的是本仪器的一种常规操作方法，供用户参考。其资料整理和成果应用等均应参见有关行业标准。    、

    10．传感器、记录仪均应防水、防潮。

    11．本厂保留对本说明书内容及仪器构造的修改权，恕不另行通知。

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