淺談標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的應(yīng)用

北京東方新星石化工程股份有限公司

摘要：在巖土工程地質(zhì)勘察中，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是原位測(cè)試方法最常用的一種，也是技術(shù)比較完善的一種原位測(cè)試方法。本文主要針對(duì)標(biāo)貫試驗(yàn)成果的運(yùn)用進(jìn)行匯總論述，并結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用，以便加深對(duì)該方法的理解及在勘察中更好的使用該方法。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；成果運(yùn)用

1 前言

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)就是利用一定的錘擊功能，將一定規(guī)格的對(duì)開(kāi)管式貫入器打入鉆孔孔底的土層中，根據(jù)打入土層中的貫入阻力，評(píng)定土層的變化和土的物理力學(xué)性質(zhì)。

2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)概述

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來(lái)源于美國(guó)，質(zhì)量為140磅（即63.5kg）的穿心錘，用鉆機(jī)的卷?yè)P(yáng)機(jī)提升，至30英寸（75cm）高度，穿心錘自由下落，將特制的圓管狀貫入器貫入土中，先打入土中15cm不計(jì)數(shù)，接著每打入10cm記下?lián)魯?shù)，累計(jì)打入1英尺（30cm）的錘擊數(shù)，即為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N。當(dāng)錘擊數(shù)已達(dá)到50擊，而貫入深未達(dá)30cm時(shí)，可記錄實(shí)際貫入深度按下公式換算成相當(dāng)于30cm的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N，并終止試驗(yàn)。

N=30×50/ΔS 式中ΔS—50擊時(shí)的貫入度（cm）

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)適用于砂土、粉土和一般黏性土，最適用于N=2～50擊的土層，不適用于軟塑～流塑軟土。

3標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)鉆桿的修正

在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)中，貫入擊數(shù)N值的影響因素是眾多的和復(fù)雜的。應(yīng)用N值時(shí)是否修正和如何修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系時(shí)的具體情況確定。國(guó)外常有對(duì)飽和粉細(xì)砂的修正、地下水位的修正、土的上覆壓力修正；國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)并不考慮這些修正，主要視N的用途不同，著重對(duì)桿長(zhǎng)進(jìn)行修正與否。

對(duì)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行桿長(zhǎng)修正，可按下式進(jìn)行：

=α

式中—桿長(zhǎng)修正后的錘擊數(shù)

—現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的錘擊數(shù)

α—桿長(zhǎng)修正系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1

標(biāo)貫鉆桿長(zhǎng)度（m）≤36912151821

α1.000.920.860.810.770.730.70

4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果的運(yùn)用

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，國(guó)內(nèi)不同地區(qū)都有與之相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式。但在使用時(shí)要有針對(duì)性并考慮其適用條件，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用對(duì)象偏重于松散介質(zhì)，在有成熟經(jīng)驗(yàn)地區(qū)，亦可用于黏性土。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的主要成果有：標(biāo)貫擊數(shù)與深度的關(guān)系曲線(xiàn)，標(biāo)貫孔工程地質(zhì)柱狀圖。下面簡(jiǎn)述標(biāo)貫擊數(shù)N的應(yīng)用。應(yīng)該指出，在應(yīng)用標(biāo)貫擊數(shù)N評(píng)定土的有關(guān)工程性質(zhì)時(shí)，要注意N值是否作過(guò)有關(guān)修正。

（1）劃分土類(lèi)或土層剖面：

由標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N可粗略劃分土類(lèi)或土層剖面。一般來(lái)說(shuō)，錘擊數(shù)越小，土的顆粒越細(xì)；錘擊數(shù)越大，土的顆粒就越粗。在某一地區(qū)進(jìn)行多次實(shí)踐后，就可以建立起當(dāng)?shù)赝令?lèi)型與錘擊數(shù)之間的關(guān)系。這種關(guān)系在錘擊數(shù)與地層深度關(guān)系曲線(xiàn)上表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。按曲線(xiàn)形狀，將錘擊數(shù)相近段劃分為一層，并求出每一層的錘擊數(shù)平均值，定出土層名稱(chēng)。

（2）評(píng)定粉土、砂土的密實(shí)度，見(jiàn)表2（表中標(biāo)貫擊數(shù)為實(shí)測(cè)值）。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊N判定粉土和砂土密實(shí)度 表2

標(biāo)準(zhǔn)地層密 實(shí) 度

松散稍密中密密實(shí)極密

國(guó)家規(guī)范砂土≤1010～1515～30>30-

天津規(guī)范粉土-≤1212～18>18-

砂土≤1010～1515～30>30-

上海規(guī)范粉土、砂土≤77～1515～30>30-

港口規(guī)范砂土≤1010～1515～3030～50>50

（3）確定黏性土的狀態(tài)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，見(jiàn)表3。

N與稠度狀態(tài)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 表3

N<22～44～88～1515～30>30

稠度狀態(tài)極軟軟中等硬很硬堅(jiān)硬

qu（kPa）<2525～5050～100100～200200～400>400

（4）飽和砂土或粉土的液化判定：當(dāng)飽和砂土、粉土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土。

在地面下20m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算：

Ncr=N0β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw）]

（5）花崗巖殘積土與風(fēng)化巖的劃分準(zhǔn)則：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N<30為殘積土，30≤N<50為全風(fēng)化，N≥50時(shí)為強(qiáng)風(fēng)化巖，N≥200為中風(fēng)化巖。

（6）評(píng)定砂土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Φ：采用Φ值進(jìn)行承載力特征值fak計(jì)算時(shí)，對(duì)于粉、細(xì)砂采用Φ=（12）0.5+15，對(duì)于中、粗、礫砂采用Φ=0.3+27計(jì)算（為經(jīng)桿長(zhǎng)修正后的標(biāo)貫擊數(shù)）。根據(jù)計(jì)算成果，與Φ的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表4：

與內(nèi)摩察角Φ（度）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表 表4

土類(lèi)

4681012152025304050

粉、細(xì)砂21.923.524.826.027.028.430.532.334.036.939.5

中、粗礫砂28.228.829.430.030.631.533.034.536.039.042.0

（7）評(píng)定地基土的承載力：用以估計(jì)地基承載力時(shí)標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)是否需要作深度修正，不能一概而論，要看編制承載力表時(shí)所用的統(tǒng)計(jì)原始資料是否經(jīng)過(guò)修正，用的時(shí)候必須與其一致。

根據(jù)標(biāo)貫擊數(shù)N標(biāo)準(zhǔn)值確定砂土承載力特征值，見(jiàn)表5。

砂土承載力特征值fak（kPa） 表5

N

土類(lèi)101520253035404550

中、粗砂180250280310340380420460500

粉、細(xì)砂140180200230250270290310340

根據(jù)標(biāo)貫擊數(shù)（桿長(zhǎng)修正后的錘擊數(shù)）標(biāo)準(zhǔn)值確定粉土、黏性土承載力特征值，見(jiàn)表6～7。

粉土承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值fak（kPa） 表6

34567891011121314150

fak（kPa）105125145165185205225245265285305325345

黏性土承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值fak（kPa） 表7

357911131517192123

fak（kPa）100140190240280320360420560580660

此外還可以評(píng)定土的變形參數(shù)，預(yù)估單樁承載力，評(píng)價(jià)成樁的可能性，地基處理效果檢測(cè)等，由于篇幅有限不在進(jìn)行敘述。

5工程實(shí)例

該實(shí)例為某鄂爾多斯煤炭深加工項(xiàng)目詳勘一標(biāo)段煤氣化裝置、凈化裝置的詳勘工程。該場(chǎng)地在最大揭露32.0米深度范圍內(nèi)：①層為素填土；②層為第四系風(fēng)積細(xì)砂；③層為第四系湖積細(xì)砂；④1層為第四系沖、湖積細(xì)中砂；④2層為第四系沖、湖積細(xì)中砂；⑤層為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖；⑥層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖；⑦層為中風(fēng)化泥巖。

（1）飽和砂土的液化判定：經(jīng)初判②層飽和細(xì)砂、④1層飽和細(xì)中砂、④2層飽和細(xì)中砂均有液化的可能性，因此需采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法進(jìn)行進(jìn)一步判別。以鉆孔編號(hào)為1鉆孔為例，該孔的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果見(jiàn)表8。

表8

孔號(hào)試驗(yàn)段

深度（m）標(biāo)貫擊數(shù)N探桿長(zhǎng)度（m）校正系數(shù)標(biāo)貫修正擊數(shù)N'巖土編號(hào)巖土名稱(chēng)

11.65-1.9511.03.300.99210.9②細(xì)沙

3.15-3.4513.04.500.96012.5

4.65-4.9523.06.200.91621.1④1細(xì)中砂

6.15-6.4525.08.200.87621.9

7.65-7.9531.09.600.85026.4④2細(xì)中砂

9.15-9.4532.011.300.82226.3

10.65-10.9533.012.700.80126.4

12.15-12.4534.015.000.77026.2

將表8數(shù)據(jù)代入公式Ncr=N0β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw）]計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9，在計(jì)算時(shí)地下水水位埋深dw取0.00m。

場(chǎng)地液化判別表 表9

N0=7標(biāo)貫點(diǎn)深度ds粘粒含量ρc標(biāo)貫擊數(shù)液化判定

β0.8

孔號(hào)靜止水位dw 臨界值Ncr（擊）實(shí)測(cè)值N（擊）

10.001.803.005.311.0不液化

0.003.303.007.013.0不液化

0.004.803.008.323.0不液化

0.006.303.009.325.0不液化

0.007.803.0010.231.0不液化

0.009.303.0011.032.0不液化

0.0010.803.0011.633.0不液化

0.0012.303.0012.234.0不液化

（2）評(píng)定地基土的承載力：根據(jù)本次勘察資料，提供標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表10。

表10

地層編號(hào)實(shí)測(cè)標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N（擊）修正后的標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N'（擊）

最大值最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值最小值標(biāo)準(zhǔn)值

②25.010.015.624.09.114.7

③21.011.016.817.510.314.6

④129.015.023.228.012.520.1

④250.030.034.841.623.227.9

為了和運(yùn)用標(biāo)貫試驗(yàn)確定地基土的承載力特征值的方法作比較，現(xiàn)列出改場(chǎng)地靜力觸探試驗(yàn)成果，見(jiàn)表11：

表11

地層編號(hào)②細(xì)砂③細(xì)砂④1細(xì)中砂④2細(xì)中砂

qc（MPa）fs（kPa）qc（MPa）fs（kPa）qc（MPa）fs（kPa）qc（MPa）fs（kPa）

最大值12.3636.685.6420.0019.7783.0033.65129.00

最小值5.9817.253.3510.709.4126.4015.9231.40

標(biāo)準(zhǔn)值7.9724.63.9513.4814.0952.427.8675.7

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)值按表5確定地基土的承載力特征值，考慮地質(zhì)成因綜合評(píng)定，評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表12

表12

地層名稱(chēng)按標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)確認(rèn)承載力特征值fak（kPa）按靜力觸探試驗(yàn)確定承載力特征值fak（kPa）評(píng)定結(jié)果

②細(xì)砂180170150

③細(xì)砂180130140

④1細(xì)中砂210230210

④2細(xì)中砂260350260

根據(jù)表12顯示，兩種原位測(cè)試所確定的地基土承載力特征值相差不多。其他根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)確定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，查相關(guān)規(guī)范即可。本場(chǎng)地根據(jù)標(biāo)貫試驗(yàn)確定的地基土的承載力特征值和載荷試驗(yàn)確定的承載力特征值基本吻合。

6結(jié)語(yǔ)

原位測(cè)試方法中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的特點(diǎn)為設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、應(yīng)用普及，擊數(shù)N對(duì)地基土的力學(xué)性質(zhì)具有直觀性，而且還可獲取土樣進(jìn)行判別和描述。其次是應(yīng)用廣泛，對(duì)各類(lèi)土和各種狀態(tài)的土均可測(cè)得擊數(shù)N值，并相應(yīng)作出地基土的工程評(píng)價(jià)。但使用者對(duì)標(biāo)貫試驗(yàn)的影響因素，應(yīng)給予重視。在判斷標(biāo)貫試驗(yàn)影響因素時(shí)，應(yīng)先定性判別再進(jìn)行定量的判別和修正才具有合理性和有效性。

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