利用標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)確定巖土參數(shù)的探討

譚松娥，劉 兵

(1.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430071；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074)

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)自Terzaghi與Peck于1948年在著名的《工程實(shí)踐中的土力學(xué)》中給出了經(jīng)過一系列試驗(yàn)后得出的標(biāo)貫擊數(shù)與土的一些工程性質(zhì)之間的關(guān)系后，逐漸被人們接受并廣泛應(yīng)用[1-3]?，F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)所需設(shè)備已標(biāo)準(zhǔn)化，且實(shí)際操作較簡單，相關(guān)參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用研究較多。研究者與相關(guān)技術(shù)人員主要通過標(biāo)貫試驗(yàn)來判定砂土的密實(shí)狀態(tài)及砂土液化，判別黏性土狀態(tài)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)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(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)實(shí)測(cè)值判別砂土、粉土液化沒有異議外，對(duì)于是否對(duì)標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行修正來確定砂土密實(shí)度、巖土物理力學(xué)指標(biāo)及地基承載力等一直有爭議，地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均未能統(tǒng)一[4-5]。標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)主要考慮以下幾個(gè)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?yàn)橹睆?0 mm鉆桿應(yīng)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(biāo)貫擊數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

《巖土工程勘察工作規(guī)程》(DB42 169-2003)[6]及《建筑地基基礎(chǔ)擊數(shù)規(guī)范》(DB42 242-2014)[7]兩個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定不需要進(jìn)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(jìn)行勘察時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)標(biāo)貫錘擊數(shù)與土工試驗(yàn)結(jié)果和靜力觸探成果不匹配的情況。針對(duì)這種情況，本文結(jié)合具體工程案例，對(duì)標(biāo)貫錘擊數(shù)的取值進(jìn)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(xì)砂層中的承壓水。其中，上層滯水在勘察期間觀測(cè)到穩(wěn)定水位埋深為0.50～2.60 m，標(biāo)高為20.14～22.31 m；測(cè)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(cè)試指標(biāo)

本工程共完成57個(gè)鉆孔，其中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)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(xì)砂層難以采用原狀樣，且標(biāo)準(zhǔn)中利用靜力觸探(ps)判別粉細(xì)砂的密實(shí)程度是通過標(biāo)貫擊數(shù)(N)判別砂土密實(shí)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(yàn)、靜力觸探，以及標(biāo)貫試驗(yàn)等成果的相關(guān)性。本工程案例中②～④層土的主要物理、力學(xué)性質(zhì)如表1、表2和表3所示，未經(jīng)修正的標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)如表4所示，單橋靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。需要說明的是，統(tǒng)計(jì)時(shí)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(chǔ)擊數(shù)規(guī)范》(DB42 242-2014)兩個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)，查找各層土工試驗(yàn)及原位測(cè)試對(duì)應(yīng)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(biāo)貫擊數(shù)查表對(duì)應(yīng)的參數(shù)相對(duì)于土工試驗(yàn)成果及靜力觸探成果偏高。為使勘察報(bào)告中各層土的承載力值更可靠，對(duì)標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)進(jìn)行桿長修正后的結(jié)果如表6所示。對(duì)比表1～表6中的試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)過桿長修正后的標(biāo)貫擊數(shù)與土工試驗(yàn)、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(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)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(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)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(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of main physical and mechanical properties of ④

表4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)(未修正)統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistical table of standard penetration test hammer count (uncorrected)

表5 單橋靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistical table of static cone penetration test results of single bridge

表6 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)(修正后)統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Statistical table of standard penetration test hammer count (after revision)

3 原因分析

影響標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)結(jié)果的因素主要有以下幾個(gè)方面：①本工程上部土層較厚，而標(biāo)貫試驗(yàn)直徑42 mm鉆桿作為測(cè)試導(dǎo)桿，細(xì)長鉆桿在錘擊作用下發(fā)生撓曲，部分能量消耗在導(dǎo)桿與孔壁的碰撞與摩擦上，未進(jìn)行桿長修正，導(dǎo)致實(shí)測(cè)N值偏大[8]；②上部土質(zhì)較軟，鉆進(jìn)過程中存在縮徑現(xiàn)象，當(dāng)鉆桿與孔壁接觸發(fā)生摩擦?xí)r，消耗了錘擊能，從而增加了實(shí)測(cè)N值；③測(cè)試導(dǎo)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(cè)向晃動(dòng)，使得測(cè)試結(jié)果具有一定的離散性。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)雖然有精度不高、人為因素影響大及離散性偏大的缺點(diǎn)，但是在判斷砂土液化和靜力觸探難以貫入的地層時(shí)，仍然是一種必需又有效的測(cè)試方法。在工程實(shí)踐當(dāng)中，尤其是在沖積平原地區(qū)進(jìn)行工程勘察時(shí)，如果遇到實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)偏高，與靜力觸探及土工試驗(yàn)成果存在明顯不匹配的情況，建議對(duì)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)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。