利用標貫試驗擊數(shù)確定巖土參數(shù)的探討

譚松娥，劉 兵

(1.中南建筑設計院股份有限公司，武漢 430071；2.中國地質(zhì)大學(武漢)工程學院，武漢 430074)

0 引言

標準貫入試驗(SPT)自Terzaghi與Peck于1948年在著名的《工程實踐中的土力學》中給出了經(jīng)過一系列試驗后得出的標貫擊數(shù)與土的一些工程性質(zhì)之間的關系后，逐漸被人們接受并廣泛應用[1-3]?，F(xiàn)標準貫入試驗所需設備已標準化，且實際操作較簡單，相關參數(shù)及經(jīng)驗公式應用研究較多。研究者與相關技術人員主要通過標貫試驗來判定砂土的密實狀態(tài)及砂土液化，判別黏性土狀態(tài)、無側限抗壓強度及變形參數(shù)，確定地基承載力及單樁承載力等。

目前，國內(nèi)除利用標貫試驗擊數(shù)實測值判別砂土、粉土液化沒有異議外，對于是否對標貫擊數(shù)進行修正來確定砂土密實度、巖土物理力學指標及地基承載力等一直有爭議，地方標準、行業(yè)標準均未能統(tǒng)一[4-5]。標貫試驗擊數(shù)主要考慮以下幾個方面的修正：桿長修正、地下水的修正和上覆土壓力的修正。另外，因為直徑50 mm鉆桿應用的興起，也有部分專家探討了直徑50 mm鉆桿與直徑42 mm鉆桿之間標貫擊數(shù)的轉(zhuǎn)換關系。

《巖土工程勘察工作規(guī)程》(DB42 169-2003)[6]及《建筑地基基礎擊數(shù)規(guī)范》(DB42 242-2014)[7]兩個地方標準明確規(guī)定不需要進行桿長修正。但在勘察過程中，尤其是在沖積平原或沿海等地區(qū)進行勘察時，常常會出現(xiàn)標貫錘擊數(shù)與土工試驗結果和靜力觸探成果不匹配的情況。針對這種情況，本文結合具體工程案例，對標貫錘擊數(shù)的取值進行探討。

1 工程概況

場區(qū)內(nèi)地下水主要有填土層中的上層滯水及粉土、粉細砂層中的承壓水。其中，上層滯水在勘察期間觀測到穩(wěn)定水位埋深為0.50～2.60 m，標高為20.14～22.31 m；測得承壓水穩(wěn)定水位埋深2.00 m，承壓水穩(wěn)定水位高程為20.42 m。

2 土工及原位測試指標

本工程共完成57個鉆孔，其中標準貫入試驗168次、25孔，靜力觸探667.4 m、21孔，取原狀土樣108件、24孔。因填土層取樣離散性大、粉細砂層難以采用原狀樣，且標準中利用靜力觸探(ps)判別粉細砂的密實程度是通過標貫擊數(shù)(N)判別砂土密實程度界限值反算而來，因此，本文主要以②～④層土為例，探討土工試驗、靜力觸探，以及標貫試驗等成果的相關性。本工程案例中②～④層土的主要物理、力學性質(zhì)如表1、表2和表3所示，未經(jīng)修正的標貫試驗錘擊數(shù)如表4所示，單橋靜力觸探試驗結果如表5所示。需要說明的是，統(tǒng)計時剔除了部分離散性較大的數(shù)據(jù)。

根據(jù)《巖土工程勘察工作規(guī)程》(DB42 169-2003)及《建筑地基基礎擊數(shù)規(guī)范》(DB42 242-2014)兩個地方標準，查找各層土工試驗及原位測試對應的地基承載力特征值及壓縮、變形模量發(fā)現(xiàn)，未修正的標貫擊數(shù)查表對應的參數(shù)相對于土工試驗成果及靜力觸探成果偏高。為使勘察報告中各層土的承載力值更可靠，對標貫試驗錘擊數(shù)進行桿長修正后的結果如表6所示。對比表1～表6中的試驗結果可知，經(jīng)過桿長修正后的標貫擊數(shù)與土工試驗、靜力觸探成果更為匹配。

表1 ②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(Ql)的主要物理、力學性質(zhì)統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of main physical and mechanical properties of ② muddy silty clay (Ql)

表2 ③層粉質(zhì)黏土的主要物理、力學性質(zhì)統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table of main physical and mechanical properties of ③ silty clay(Q4al+pl)

表3 ④層粉土的主要物理、力學性質(zhì)統(tǒng)計表Tab.3 Statistical table of main physical and mechanical properties of ④

表4 標準貫入試驗錘擊數(shù)(未修正)統(tǒng)計表Tab.4 Statistical table of standard penetration test hammer count (uncorrected)

表5 單橋靜力觸探試驗結果統(tǒng)計表Tab.5 Statistical table of static cone penetration test results of single bridge

表6 標準貫入試驗錘擊數(shù)(修正后)統(tǒng)計表Tab.6 Statistical table of standard penetration test hammer count (after revision)

3 原因分析

影響標準貫入試驗(SPT)結果的因素主要有以下幾個方面：①本工程上部土層較厚，而標貫試驗直徑42 mm鉆桿作為測試導桿，細長鉆桿在錘擊作用下發(fā)生撓曲，部分能量消耗在導桿與孔壁的碰撞與摩擦上，未進行桿長修正，導致實測N值偏大[8]；②上部土質(zhì)較軟，鉆進過程中存在縮徑現(xiàn)象，當鉆桿與孔壁接觸發(fā)生摩擦時，消耗了錘擊能，從而增加了實測N值；③測試導桿的垂直度主要在現(xiàn)場人工控制，可能存在一定的偏心和側向晃動，使得測試結果具有一定的離散性。

4 結論及建議

根據(jù)實際經(jīng)驗，標準貫入試驗雖然有精度不高、人為因素影響大及離散性偏大的缺點，但是在判斷砂土液化和靜力觸探難以貫入的地層時，仍然是一種必需又有效的測試方法。在工程實踐當中，尤其是在沖積平原地區(qū)進行工程勘察時，如果遇到實測標貫擊數(shù)偏高，與靜力觸探及土工試驗成果存在明顯不匹配的情況，建議對實測標貫擊數(shù)進行桿長修正。此外，也可以在鉆探過程中使用穩(wěn)定性更高的直徑50 mm鉆桿，或使用優(yōu)質(zhì)泥漿防止鉆孔縮徑。