基于標準貫入試驗擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的探討

張 毅，房 明，石漢生，周洪波

（1.廣東省建筑設計研究院有限公司，廣州 510010；2.廣東財經(jīng)大學，廣州 510320）

1 引言

標準貫入試驗（SPT）（通常簡稱“標貫試驗”）是目前巖土工程勘察工作中十分常用的原位測試方法，它用質量為63.5 kg的重錘按照規(guī)定的落距（76 cm）自由下落，將貫入器打入地層，根據(jù)貫入器在土層貫入30 cm深度得到的錘擊數(shù)來判定土層力學性質[1]。標貫試驗適用于砂土、粉土和一般黏性土[2]。

在我國，尤其是廣東和廣州地區(qū)現(xiàn)階段的巖土工程勘察工作中，長期以來，采用標準貫入試驗成果判別黏性土的狀態(tài)時，一般采用未經(jīng)桿長修正的實測值進行判別[3-7]，如廣東省目前采用實測標貫擊數(shù)對黏性土的狀態(tài)進行判別，如表1所示。

表1 黏性土狀態(tài)按標貫擊數(shù)和液性指數(shù)分類表

由表1可知，當實測標貫擊數(shù)位于5＜N′≤15這個區(qū)間時，可判定為可塑土。但是實際的勘察工作中，一般情況下，采用液性指數(shù)判別黏性土的狀態(tài)比較準確。實際在采用標貫試驗擊數(shù)判別黏性土的狀態(tài)時，由于鉆孔深度和鉆桿長度的逐漸增加，標貫試驗單次錘擊能量的損失隨之加大，實測標貫擊數(shù)偏高[8]，故采用未經(jīng)桿長修正的實測標貫擊數(shù)判別黏性土的狀態(tài)往往存在一定的偏差，甚至是錯誤，尤其是針對可塑土的判別。

實際勘察工作中，勘察現(xiàn)場的編錄工作一般是先根據(jù)實測標貫擊數(shù)并結合勘察鉆探取出的土芯狀態(tài)對黏性土的狀態(tài)進行判別。而采用實測標貫擊數(shù)對黏性土的狀態(tài)進行判別的方法帶來的偏差和誤判往往給現(xiàn)場編錄的工程師帶來干擾。

巖土工程勘察工作需結合勘察鉆探實際情況、原位測試和室內試驗的結果相互印證，從而進一步得出相關的巖土工程評價和結論，并以原位測試和室內試驗的結果為主要依據(jù)，提出相關的巖土參數(shù)，所以這種偏差和誤判嚴重干擾了工程勘察的現(xiàn)場編錄和勘察報告編制工作，從而進一步嚴重影響了巖土工程勘察的準確性。

為此，本文結合多年實際巖土工程勘察工作的工程經(jīng)驗，分析采用標貫試驗實測擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)所帶來的偏差和誤判，在此基礎上提出采用標貫試驗修正后擊數(shù)判別黏性土的狀態(tài)是否屬于可塑狀態(tài)的新的判別方法。

2 以工程實例分析采用實測標貫擊數(shù)作為判別黏性土狀態(tài)依據(jù)帶來的偏差

根據(jù)以往的工程勘察經(jīng)驗和勘察行業(yè)一般認知，較軟的土層（流塑、軟塑、可塑）通常是分布于淺部，而越往下的土層會越硬（硬塑、堅硬），故廣東省標準DB J15-31—2016《建筑地基基礎設計規(guī)范》所規(guī)定的按標貫試驗實測擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的標準，正是根據(jù)上述情況，在一定程度上考慮了實測標貫擊數(shù)具有一定偏差，并結合實際工程經(jīng)驗的前提下給出的，具有一定的工程適用性。

但當土層埋深較深時，由于實測標貫擊數(shù)會偏高，容易產(chǎn)生軟塑土層實測標貫擊數(shù)大于5擊的情況和可塑土標貫擊數(shù)大于15擊的情況，且常出現(xiàn)在埋深較深的黏性土層中，表2和表3列舉了相關工程實例進行說明。

表2 工程實例1

可以明顯發(fā)現(xiàn)，此時采用實測標貫擊數(shù)對黏性土的狀態(tài)進行判別，會把軟塑土誤判為可塑土，把可塑土誤判為硬塑土，是偏不安全的。

另外，通過表3的數(shù)據(jù)可以明顯發(fā)現(xiàn)，修正后標貫擊數(shù)在12.4～12.7擊這個區(qū)間，這也在一定程度上顯示了修正后標貫試驗擊數(shù)在可塑和硬塑狀態(tài)土層的分界情況。

表3 工程實例2

3 新判別方法的建議

3.1 新判別方法的歷史背景

上文所述的問題已持續(xù)已久，實際工作中對現(xiàn)場編錄入帶來了許多干擾。廣東省建筑設計研究院有限公司的工程師們在實際工程勘察工作中不斷摸索和總結經(jīng)驗，結合幾十年的實際工程勘察的經(jīng)驗，總結出一套新的判別方法，并應用于廣州及周邊地區(qū)的實際巖土工程勘察工作中已有十多年之久。

3.2 采用標準貫入試驗擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的新方法

新判別方法認為應以修正后標貫擊數(shù)作為黏性土的狀態(tài)主要的判別標準，同時輔以后期室內試驗成果加以修正。修正后擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的標準具體見表4。

表4 黏性土狀態(tài)按標貫擊數(shù)和液性指數(shù)分類表

2.實際應用中均應遵循以下原則：需綜合考慮標準貫入試驗結果、現(xiàn)場勘察鉆探實際情況判別結果（主要是指取得的巖芯狀態(tài)和鉆機鉆探時的難易程度，并按行業(yè)標準JGJ/T 87—2012《建筑工程地質勘探與取樣技術規(guī)程》附錄G鑒別）和室內試驗的結果，將三者的成果相互印證，并考慮安全性和合理性，以相對不利的原則得出最終的判別結果；尤其是當N值位于3擊、5擊或13擊附近時，更應注意結合室內試驗和現(xiàn)場勘察鉆探的實際情況進一步綜合判別該土層的狀態(tài)。

需要說明的是：

1）根據(jù)以往工程經(jīng)驗，標貫試驗的錘擊能相對于流塑狀態(tài)的黏性土來說是較大的，故標貫試驗用于判別黏性土狀態(tài)時的適用性較差，因為當實測標貫擊數(shù)是4擊時，容易發(fā)生誤判（誤把流塑土判為軟塑土），故采用修正后標貫擊數(shù)作為判別依據(jù)，并結合土工試驗進一步判別其狀態(tài)更加合理。所以實際工程勘察工作中主要是以室內試驗結果和其他原位測試成果（如十字板和靜力觸探試驗）作為評價其物理力學性質的主要依據(jù)。

2）表4中之所以在修正后標貫擊數(shù)＞13擊后不再進行細分硬塑土和堅硬土，主要是因為在實際工程勘察的工作中發(fā)現(xiàn)，坡積和殘積成因的黏性土常含較多的粉細砂、中粗砂甚至是礫砂和卵礫石等更大的硬物，尤其是以殘積成因的黏性土尤為明顯，且當土層越硬，標準貫入試驗由于其試驗方法本身的原因，其適應度會有一定的降低，故實際工程勘察工作中，采用結合勘察鉆探的實際情況、土工試驗結果進一步綜合判別黏性土層是否屬于堅硬狀態(tài)的方法。

采用新判別方法，如出現(xiàn)與前文所列的相似情況，在保證一定安全度的前提下，可在一定程度上較好地減小勘察判別工作的錯誤率。

新判別方法廣東省建筑設計研究院有限公司在廣州及周邊地區(qū)嘗試使用時間已超過10年，其合理性和適用性已經(jīng)得到了較好檢驗。建議廣州及周邊地區(qū)可采用此方法進一步在實際工程中進行嘗試、應用和驗證，以進一步完善優(yōu)化該方法，或提出新的采用標準貫入試驗對黏性土狀態(tài)進行判別的方式方法。

3.3 以工程實例分析新判別方法的適用性

為了比較合理和直觀地說明新判別方法的適用性，本文搜集了一些廣州及其臨近地區(qū)的巖土工程勘察項目的勘察成果資料，從中挑選出一些標準貫入試驗和土樣在同一個鉆孔、標準貫入試驗深度和土樣深度鄰近且室內試驗成果已顯示該土層為可塑土（0.25＜IL≤0.75）的數(shù)據(jù)進行可塑土的標貫擊數(shù)的頻數(shù)和正態(tài)分布分析，其結果見圖1和圖2。

分析對比圖1和圖2可以明顯發(fā)現(xiàn)，可塑土的實測標貫擊數(shù)值比較離散，集中趨勢較差，多集中于5.8～18.0這個區(qū)間。若按以往標準判別會有更多的判別結果是硬塑土層，實際應用中適應性較差，偏不安全，同時給現(xiàn)場編錄以及后期的修正和統(tǒng)計帶來了較大的誤差和工作量。而圖2顯示修正后標貫擊數(shù)多集中于3.7～12.2這個區(qū)間，與新方法的判別標準十分契合，尤其在3.7～4.5擊區(qū)間，修正后標貫擊數(shù)的頻數(shù)增加明顯。雖然修正后擊數(shù)“5擊”的判別標準較之實測標貫擊數(shù)判別標準更加嚴格，可能在表面上看適應性稍差，根據(jù)鉆探實際情況和土工實驗結果進行了修正是其主要原因之一。但根據(jù)以往工程經(jīng)驗，新標準的安全度和對于整個工程的適應度反而得到了大大的提高，避免了很多對工程不利的因素，尤其是當工程是以可塑土作為基礎持力層或用可塑土參數(shù)計算邊坡穩(wěn)定計算時，因土層本身的不均勻性和外界條件變化（如含砂量較多的粉質黏土層場地的地下水位上升或降雨入滲使得土體基質吸力下降從而抗剪強度降低[9，10]等情況），往往出現(xiàn)承載力或抗剪強度不足，變形增大的情況，故將原來的新判別標準的“4擊”調整為“5擊”“12擊”調整為“13擊”，并輔以鉆探實際情況和后期土工實驗結果進行安全合理的修正。雖然相對比較保守，但增加了現(xiàn)場判別黏性土狀態(tài)的安全度。顯然采用修正后擊數(shù)判別黏性土是否屬于可塑狀態(tài)較采用實測標貫擊數(shù)安全度高，其適用性更強，更加安全合理。

圖1 可塑土實測標貫擊數(shù)頻數(shù)和正態(tài)分布圖

圖2 可塑土修正后標貫擊數(shù)頻數(shù)和正態(tài)分布圖

4 結語

本文通過列舉工程實例，對比分析了采用實測標準貫入試驗擊數(shù)和修正后標準貫入試驗對黏性土狀態(tài)進行判別的兩種方法在實際巖土工程勘察工作中的應用情況。結合以往幾十年的巖土工程勘察經(jīng)驗，提出了廣州及周邊地區(qū)可采用修正后標貫擊數(shù)對黏性土的狀態(tài)進行判別的新方法，該方法對以后的巖土工程勘察工作中對黏性土狀態(tài)的判別問題具有比較重要的指導價值和意義。