標準貫入試驗在工程地質勘察中的應用

王廷輝

(安徽省地質礦產勘局313地質隊 安徽六安 237010)

1 緒論

標準貫入試驗是用質量為63.5kg的重錘按照規定的落距(76cm)自由下落，將標準規格的貫入器打入地層，根據貫入器在貫入一定深度(一般為30cm)得到的錘擊數來判定土層力學性質強弱的一種原位勘察手段。這種測試方法應用普遍，適用于砂土、粉土。

2 標準貫入試驗的測試方法

2.1 設備組成及設備規格

標準貫入試驗設備由標準貫入器、觸探桿及穿心錘組成。

2.2 試驗要點

(1)與鉆探配合進行，先鉆進到需要進行試驗的土層標高以上約15m，清孔后換用標準貫入器，并量得深度尺寸。

(2)采用自動脫鉤的自由落錘法進行錘擊，并減少導向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊時的偏心和側向晃動，保持貫入器、探桿、導向桿連接后的垂直度。

(3)以每分鐘15～30擊的貫入速度將貫入器打入試驗土層中，先打入15cm不計擊數，開始記錄每貫入土中30cm的錘擊數。需要注意的是，當N值已達50擊，而貫入深度未達30cm時，可以50擊時的實際貫入深度，按式N=30×50/⊿S(為50擊時的貫入度)換算成貫入深度30cm的錘擊數N。

2.3 影響因素及其校正

根據《巖土工程勘察規范》(GB50021—2001)的規定，應用N值時是否修正和如何修正，應根據建立統計關系時的具體情況確定。福建和南京地區地基基礎設計規范(DBJ13—07—91、DB32/112—95)對觸探桿長度校正系數按下表確定。

福建和南京規范標準貫入試驗觸探桿長度校正系數

3 試驗成果的應用

3.1 確定砂土的密實度

現國內主要規范采用標準貫入試驗擊數N(未修正)判定砂土密實程度。

度標 準 地 層 密 實松散 稍密 中密 密實國家規范 砂土 ≤10 10－15 15–30 ≥30

3.2 確定黏性土的狀態和無側限抗壓強度

3.3 確定地基承載力

在國內應用最多的是對砂層承載力的確定，砂層中卵礫石的含量直接影響N值，所以在取值時應剔除異常值，結合當地經驗來確定地層承載力。

3.4 確定土的抗剪強度

3.5 確定土的變形參數

3.6 估算單樁承載力

3.7 計算剪切波速

3.8 評價砂土液化

以上3.2－3.7應用都有經驗公式，多數為地方經驗，在實際工作中，我們應用的偏少，指導意義并不大。但在評價飽和砂土液化中的作用卻不可替代，下面將著重介紹和探討標準貫入擊數N值在評價飽和砂土液化中的應用。

3.8.1 砂土液化的概念

是指松散的沙土受到震動有變得更緊密的趨勢。但飽和狀態下，這種趨于緊密的作用將導致孔隙水壓力的驟然上升，而在地震過程的短暫時間內，該壓力來不及消散，有效壓力減小，當有效壓力完全消失時，沙土會完全喪失承載力和抗剪強度，變成像液體一樣的狀態。在勘察中要考慮地基是否會液化，以及液化強度。

3.8.2 影響沙土液化的因素

主要為:土顆粒粒徑、沙土密度、上覆土層厚度、地面震動強度和震動時間及地下水的埋藏深度。一般情況下，細圓顆粒、不均勻系數大、上覆土層厚度小、地面震動強度高震動時間長和地下水排水不暢的地層容易液化。

3.8.3 液化趨勢的判別

當初步判別認為需進一步進行液化判別時，應判別地面下15m深度范圍內的液化;當采用樁基或埋深大于5m的深基礎時，還應該判別15－20m范圍內的液化。當飽和土層標準貫入N值(未經桿長修正)小于液化判別N值臨界值時，應判為液化土。

在地面下15m深度范圍內，液化判別臨界值可按下式計算:

在地面下15－20m深度范圍內，液化判別臨界值可按下式計算:

式中Ncr為臨界值，N0為基準值，ds為飽和土標準貫入點深度，dw為地下水深度，ps為黏粒含量百分率。Ncr為臨界值按下表采用:

設計地震分組 7度 8度 9度16第二、三組 8(10) 12(15)第一組 6(8) 10(13)18

3.8.4 液化指數與液化等級的劃分

液化等級的劃分的基本方法為:逐點判別液化土層的深度和厚度，按孔計算液化指數，綜合判定后劃分地基液化等級。根據等級提出地基土相應處理方法和建筑物抗震設計措施。

4 應用標貫擊數N值應注意的事項探討

4.1 修正問題探討

國外對N值的修正包括:飽和粉細砂的修正、地下水的修正、土的上覆壓力的修正，而國內著重考慮桿長的修正。桿長修正是依據牛頓碰撞理論，桿件系統質量不超過錘重兩倍，限制了表貫使用深度小于21m，但實際使用深度已遠超過21m。通過實測桿件的錘擊應力波，發現錘擊傳輸給桿件的能量變化遠大于桿長變化時能量的衰減，故建議不作桿長修正的N值是基本的數值，但考慮到過去建立的N值與土性參數、承載力的經驗關系，所用N值均經桿長修正，而抗震規范判定砂土夜化時，N值又不作修正，故在實際應用N值時，應按具體巖土工程問題，參照有關規范考慮是否作桿長修正，勘察報告應提供不修正的N值，應用時再根據情況考慮修正問題，用何種方法修正。

4.2 N值取值探討

由于N值離散性大，故在利用N值解決工程問題時，應慎重，依據單孔標貫資料提供設計參數是不可信的，在分析整理時，應剔除個別異常值。依據N值提供定量的設計參數時，應有當地的經驗，否則只能提供定性的參考，供初步評價之用。

所以應注意的是在勘察中，標貫試驗應與其他勘察手段同時使用，相互驗證。在一個地區的可比較地層中應取得大量數據，建立一定的統計關系，才能在該地層的勘察中使用單一手段，以N值作定量的評價，以提高工作效率。

5 總結

本文主要探討了標貫試驗在工程勘察中的應用與注意事項，所做的主要工作有:(1)介紹了標貫試驗的施工方法。(2)論述了標貫試驗的應用范圍、局限性和應用N值應注意的事項，初步探討了N值取值方法，以及提高工作效率等。今后將在實際工作中進一步積累數據總結經驗，為提高工作實效而努力。由于本人學識有限，文中不免有錯漏之處，希望同行批評指正。

［1］巖土工程勘察規范GB50021－2001.

［2］建筑抗震設計規范GB50011－2001.