標準貫入試驗應用及其桿徑換算研究

龍燕明

（建材廣州地質工程勘察院，廣東 廣州 510403）

1 標準貫入試驗的定義

標準貫入試驗也被稱為SPT試驗，作為一種原位測試技術，它一般結合鉆孔進行，在國內外工程地質勘察中有著廣泛應用。標準貫入試驗的設備主要由標準貫入器、觸探桿和穿心錘三部分組成，其中，穿心錘質量63.5kg，觸探桿直徑規范中規定為42mm，標準貫入器一般采用對開式貫入器。試驗過程中，穿心錘沿導桿自由下落76cm，將貫入器自鉆孔底部高程，預先擊入土中15cm，然后繼續擊入30cm，并記錄打入30cm的錘擊數(N)。N為標貫擊數，根據N值即可對土層變化及其工程性質進行判斷。此外，貫入器可以將擾動土樣帶出，以便現場對土樣進行鑒別描述及并進行相關的室內土工試驗。因此，標準貫入試驗對鉆探不易取樣的砂質粉土和砂土進行物理、力學性質的評定具有獨特的意義[1]。

2 標準貫入試驗的操作過程

標準貫入試驗一般包括3個步驟：

①放桿。當鉆孔至試驗標高以上15cm處，停止鉆進并清除孔內殘土至試驗標高。然后將標準貫入器及一段鉆桿放人孔中，若未到孔底則接入另一段鉆桿后再向下放，如此反復直至貫入器到達孔底。

②錘擊。貫入器達到孔底（試驗標高）后，安裝好錘具，然后以小于30擊/min的錘擊速率采用自動脫鉤的自由落錘法進行錘擊。將貫入器打入土中15cm后，再繼續貫入并記錄每打入10cm的錘擊數，累計打入30cm的錘擊數N。在土層較硬時，若累計已達50擊而貫入度未達30cm時應終止試驗，記錄實際貫入度以及累計錘擊數。

③拔桿。停止錘擊后，拔出所有鉆桿及貫入器，取出貫入器中的土樣進行鑒別描述或土工試驗。

應采用回轉鉆進的方法成孔來盡可能地減少對孔底土的擾動。為避免出現涌砂和坍孔，在地下水位以下的土層中試驗時，應使孔內水位保持高于地下水位，必要時應下套管，同時注意套管不能低于試驗標高。

3 標準貫入試驗的影響因素

對同一土體，標貫擊數N應該是客觀唯一的。因為N值的大小是土的結構、密度和狀態等諸多因素的綜合反映，無論誰進行試驗，其結果都應該相同或近似。這體現了標準貫入試驗中“標準”的含義，否則N值就失去了意義。但在實際試驗中，常常發現在同一場地某一特定土層，不同勘察單位甚至同一單位標貫試驗所得出的N值具有或大或小的差別。這主要是由于以下幾方面因素造成的[2]：

①鉆進方法。采用沖擊或是回轉鉆進所得到的N值是不同的，在砂層中這種差別尤為明顯，實踐證明誤差可達20%左右。因此，應采用回轉鉆進，在砂層中推薦泥漿護壁。

②貫入速度。在飽和狀態的粉土和粉細砂地層中，設備性能以及操作熟練程度的不同將對貫入速度造成影響，若將貫入速度控制在5s/擊～10s/擊，則不會對試驗結果造成較大影響。

③試驗孔徑。在常規鉆探89mm～146mm孔徑內進行試驗時，可以忽略影響。但是在基坑底表面進行試驗的特殊情況下，由于缺少上部超載，擊數N會偏小。

④貫入深度。標準中要求一次貫入的深度為15cm預打和30cm的貫入，共計45cm。如果試驗孔出現坍塌或縮孔，則貫入深度就要加大，使得試驗器械的阻力和摩擦力隨之加大，導致N增大。因此，要保持孔底干凈不擾動，這是確保試驗精度的一個重要方面。

⑤鉆桿垂直度。在鉆桿傾斜與孔壁產生摩擦過程中，貫入器的打擊能量會隨之減小，導致N值偏大。因此，試驗過程中要對鉆桿垂直度進行人工導正，避免出現鉆桿傾斜。

4 不同直徑鉆桿試驗結果的換算

隨著鉆探技術的提高和高速機的廣泛使用，近來年國內的標準貫入試驗開始使用比規范規定的直徑42mm更大的鉆桿，即直徑50mm的“50桿”。對于50mm鉆桿試驗條件下的N值是否需額外修正，尚無相應的規范或研究結論，但在實際地質勘察過程中迫切需要相關的指導。因此，以廣東省某一大型立交工程的勘察實例來對兩種桿徑得到的標貫試驗數據進行換算研究。

4.1 數據分析

由于標貫的貫入能量較大，軟弱土層的標貫擊數一般很小，淤泥或淤泥質土往往僅1～2擊，甚至自落。在鉆探外業中，對于粘性土的稠度狀態、砂質土的密實性、風化巖土的風化程度，一般依據編錄人員的感覺及標貫擊數綜合確定。此外，按土類和土質細分后，每一狀態下的土的數據量也將比較小，統計規律也會比較差。基于上述考慮，在數據統計過程中，僅劃分出三類不容易混淆的土類進行統計：一般粘性土、砂土及花崗巖風化巖土。其中，風化巖土包括殘積土、全風化巖和土狀的強風化巖。此外，所統計的標貫擊數都是實際擊數，沒有對桿長進行修正。

表1 各類土的標貫次數

表2 砂土和風化巖土的N值統計表

4.2 試驗數據及分析

該立交工程場區一般粘性土、砂土、風化巖土標貫1957個，上述三類土的42mm鉆桿和50mm鉆桿的標貫次數見表1。

由于一般粘性土的標貫數據數量較少，數據比較離散，因此僅對砂土和風化巖土進行統計分析。為反映出不同深度情況下標貫擊數與桿徑之間的關系，分別統計砂土和風化巖土在兩種不同桿徑情況下標貫擊數與桿長之間的關系。砂土和風化巖土在42mm鉆桿和50mm鉆桿情況下的N值進行詳細統計結果見表2。通過統計分析可以得知，砂土和風化巖土50mm鉆桿的N值幾乎都比42mm鉆桿的N值要更大。鑒于所統計的數據都源于同一場地、同一勘察隊伍、同一次勘察，且兩種桿徑的標貫次數比較接近，數據量也足夠大，其數據的可信度是很高的。因此，由上述結果可得出如下結論，即：桿徑的變化對標貫擊數是有影響的，不能予以忽略。對于砂土和風化巖土，42mm鉆桿和50mm鉆桿N值的比值約為0.796和0.75。當然，上述研究結果僅是根據這一個場地統計而得出，能否推廣到其它地區和其它場地，尚需作進一步的探討，為此在條件許可的情況下，需對更多的工程場地進行統計分析，從而對上述結論進行驗證或修正[3]。

結語

①鉆桿桿徑對標準貫入試驗N值有影響，50mm鉆桿試驗條件下的N值需要轉換為標準42mm鉆桿條件下的試驗值。

②對于砂土和花崗巖風化土，42mm鉆桿和50mm鉆桿的N值比值在0.75～0.80之間，即：50mm鉆桿試驗條件下的N值宜乘以0.75～0.80的修正系數來換算成規范中定義的標準擊數值。

[1]賀瑞霞，任德生，曹洪亮.工程地質勘察中的標準貫入試驗[J].鐵道建筑，2010，3:60-62.

[2]曹慶霞.關于標準貫入試驗方法的探討[J].山西建筑，2010，2:129-130.

[3]裴文，彭功勛，李承海.廣州某工程標準貫入擊數與鉆桿桿徑關系的研究[J].廣東土木與建筑，2008，11:26-27.