標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在巖土勘察中的應(yīng)用探析

劉琦

摘要：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種工程地質(zhì)勘察的原位測試方法，主要適用于粉土、一般粘性土和砂土。本文首先對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原理進(jìn)行介紹，然后對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的影響因素進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)例，對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在巖土勘察中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究，以期為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn);影響因素;應(yīng)用

1.引言

標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)（SPT）是國內(nèi)外比較常用的現(xiàn)場測試技術(shù)，適用于各個(gè)土層，不僅包括地下水位以上及以下土層，而且還包括部分強(qiáng)風(fēng)化巖石，在具體試驗(yàn)中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)的錘擊數(shù)，還可確定巖石風(fēng)化程度、砂土的密度、地基土的承載力、黏土的稠度等等，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。因此，亟須對標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)在巖土工程勘察中的應(yīng)用方式進(jìn)行詳細(xì)探究。

2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原理

標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)是動(dòng)力觸探技術(shù)中的一種，現(xiàn)如今，標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)已經(jīng)被納入《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在國外巖土工程勘察中應(yīng)用廣泛，我國于1953年開始推廣應(yīng)用。在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法的應(yīng)用中，可結(jié)合鉆孔進(jìn)行，采用63.5kg+0.5kg的穿心錘，以0.76m+0.02m的自由落距，將標(biāo)準(zhǔn)貫人器打人土層深度0.15m位置，只記貫人0.30m的錘擊數(shù)N，稱為標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)貫人設(shè)備越來越先進(jìn)，比如美國的SPT標(biāo)準(zhǔn)貫人分析儀，在SPT標(biāo)準(zhǔn)貫入分析儀中配置有一個(gè)長度為0.6m的SPT桿，在SPT桿組件中含有2個(gè)應(yīng)變橋路傳感器，對于傳感器，需進(jìn)行精確度標(biāo)定。在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，在SPT桿中需安裝2個(gè)加速度傳感器，然后再將其安裝在錘和取樣桿之間的頂部位置。對于SPT桿與SPT分析儀，可采用電纜或者無線發(fā)射器進(jìn)行連接。在進(jìn)行SPT試驗(yàn)時(shí)，通過應(yīng)變傳感器以及加速度傳感器，可以準(zhǔn)確獲得力和速度信號(hào)，據(jù)此可對轉(zhuǎn)換能量進(jìn)行計(jì)算，對于計(jì)算所得能量，可顯示在SPT分析儀屏幕上。在標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)中，可對標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)N進(jìn)行測算，進(jìn)而判斷土體的密實(shí)度、稠度，最終確定地基上的容許承載力。另外，還可以對砂土的振動(dòng)液化勢進(jìn)行評定，對單樁承載力進(jìn)行估算。在巖土工程勘察中，標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)的應(yīng)用優(yōu)勢如下：標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)所需設(shè)備簡單，操作方式便捷，對于土層的適應(yīng)性比較廣泛。另外，通過應(yīng)用貫人器可以采取擾動(dòng)土樣，并進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)。

3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的影響因素

在巖土工程勘察中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，其也有一定的局限性，試驗(yàn)結(jié)果的影響因素比較多，包括試驗(yàn)設(shè)備、鉆進(jìn)方式、人為操作、土體的均勻程度等。（1）試驗(yàn)設(shè)備因素。在試驗(yàn)過程中，如果導(dǎo)向桿發(fā)生傾斜，就會(huì)導(dǎo)致穿心錘在下錘的阻力增加，而如果觸探桿偏斜，也會(huì)造成桿與鉆孔孔壁之間摩擦力增加，進(jìn)而減少錘擊能量，這樣就會(huì)對試驗(yàn)錘擊數(shù)產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性降低。（2）鉆進(jìn)方式因素。在鉆進(jìn)方式方面，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔比較常見，對于試驗(yàn)過程，可分為全芯取樣以及下標(biāo)準(zhǔn)貫人器兩個(gè)階段，在具體的鉆孔過程中，首先通過全芯取樣，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至預(yù)定距離，然后再使用貫人器進(jìn)行試驗(yàn)，但是這種鉆進(jìn)方式會(huì)造成孔底粘土層密實(shí)度增加，同時(shí)還會(huì)對錘擊數(shù)的準(zhǔn)確性造成不良影響。（3）人為操作因素。在標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)過程中，必須嚴(yán)格控制落錘下落的高度和速度。通常情況下，對于落錘速度，應(yīng)控制在30次/分鐘左右，而對于落錘高度，在具體的控制過程中具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和偶然性。在落錘過程中，可能會(huì)發(fā)生沖擊孔底的現(xiàn)象，這樣就會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果造成不良影響。（4）土體均勻程度因素。土體均勻程度是影響標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)的關(guān)鍵因素，比如，在紅粘土中含有大量的砂礫或碎石等，這些都會(huì)對貫人試驗(yàn)的錘擊數(shù)產(chǎn)生一定的影響。另外，由于土體本身具有不均勻性以及各向異性.因此，要求盡量去除上述因素的影響，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在巖土勘察中的應(yīng)用實(shí)例

4.1工程概況

本文以某廠房地基土液化判定中原位測試標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)的應(yīng)用為例進(jìn)行分析。此廠房高為11.70m，框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)。擬建項(xiàng)目工程的抗震設(shè)防烈度為8度。設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

4.2地層與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

本場區(qū)地層從上至下依次為人工堆積層（粉質(zhì)粘土填土①）、新近系（粉砂一細(xì)砂②、粘質(zhì)粉土一砂質(zhì)粉土②1、細(xì)砂③）、第四系（細(xì)砂④、粉質(zhì)粘土一粘質(zhì)粉土⑤、粘土⑤1、細(xì)砂⑥），具體標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

4.3地基土液化判定

4.3.1判定方法

場區(qū)地層分布有新近系、第四系、地震烈度8度，黏粒含量3%，地下水位埋深2.90m～4.20m，依據(jù)《規(guī)范》初步判定為液化，并采取標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法進(jìn)行液化判定、液化指數(shù)計(jì)算并劃分液化等級，具體步驟如下：

（1）將各鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)點(diǎn)深度值代人式（2）進(jìn)行計(jì)算，得到液化判別標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)臨界值，與實(shí)際對比后判斷試驗(yàn)點(diǎn)是否液化;

（2） 式中：Ncr、N。為標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值、基準(zhǔn)值，N0取12;B為修正系數(shù)，取0.80;ds、dw為標(biāo)貫點(diǎn)深度、地下水位深度，dw取1m;pe為黏粒含量，取3。

（2）判斷為液化后，代人式（3）計(jì)算單點(diǎn)液化指數(shù)

式中：L1E為土體液化指數(shù);Ncri、Ni為第i點(diǎn)標(biāo)貫臨界值、實(shí)測值;di、Wi為第i點(diǎn)所在土層厚、影響權(quán)值，d，=20m，則Wi=0，di≤5n1，則Wi=10，其間取值用線性內(nèi)插計(jì)算。

（3）每個(gè)鉆孔單點(diǎn)液化指數(shù)相加，獲得單孔液化指數(shù);

（4）判斷單孔液化等級：I1E>18為嚴(yán)重;6

4.3.2結(jié)果分析

（1）根據(jù)單點(diǎn)液化指數(shù)分析可得：②層各點(diǎn)液化指數(shù)均非零，判斷為液化層;③層6個(gè)點(diǎn)液化指數(shù)（共7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)）非零，判斷為液化層;④層各點(diǎn)液化指數(shù)為零或是不超過1，判斷為非液化層。（2）根據(jù)單孔液化指數(shù)分析可得：1#、11#、13#、15#單孔液化指數(shù)>18，判斷為嚴(yán)重液化。綜合本場區(qū)地層情況、地下水位以及地震烈度，綜合判定場地存在嚴(yán)重液化，經(jīng)研究后決定采用碎石樁+CFG樁的處理方案，消除土體液化，提高地基承載力。

5.結(jié)語

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)在巖土工程勘察中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)作為一種原位測試手段，具有操作簡單、效率高、能提供多種巖土性質(zhì)參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，因此已被廣泛推廣應(yīng)用。其可用于評價(jià)地基土的物理狀態(tài)和巖土情況、計(jì)算天然地基的承載力、判別場地砂土/粉土是否發(fā)生液化等。在實(shí)際作業(yè)中需合理選擇、規(guī)范計(jì)算，切實(shí)為巖土工程勘察提供可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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