標準貫入試驗在蘇丹水利大壩勘察中的應用

張小強，楊志杰，杜曉飛

（華北有色工程勘察院，河北石家莊 050021）

標準貫入試驗在蘇丹水利大壩勘察中的應用

張小強，楊志杰，杜曉飛

（華北有色工程勘察院，河北石家莊 050021）

近兩年，我單位在蘇丹國先后完成Kajbar、Shrerik、Sabloka、Dal、Dagash、Mograt等水利水電大壩的勘察工作。本文通過6個大壩詳細勘察中標準貫入試驗的操作工藝應用，以Dagash大壩為例對標準貫入試驗進 行闡述，并就與國內該試驗實際操作存在的差異性進行比較。

蘇丹；大壩勘察；標準貫入試驗

0 前言

蘇丹國水利水電大壩壩基勘察中，野外試驗涉及壓水、注水、靜力觸探及標準貫入等。其中標準貫入試驗（SPT）的野外數據資料給大壩設計提供非常重要的依據。所有試驗按照國際認可的標準執行，其中包括美國材料試驗協會(ASTM, USBR)標準、英國( BS5930-1999) 標準、德國(DIN, DGEG)標準、ICOLD （國際大型大壩建造委員會）和ISRM（國際巖石力學協會）標準。本文就Dagash水利水電大壩壩基勘察中標準貫入試驗具體操作工藝進行闡述，并對國外施工標準貫入試驗與國內施工操作存在的差異性進行比較。

1 工程概況

蘇丹國Dagash水電站工程勘察項目包括大壩和廠房、泄洪道等建筑物,大壩總長約1200m,高約30m。

壩址位于尼羅河下游，距離Atbara市約225km，Abu Hammed村莊位于施工點東約12km。該段尼羅河面寬500~600m。河床高程約315m。尼羅河平均流量1740～2970m3/s；每年7、8、9、10月為洪水期，流量最大值為6470~11300m3/s；每年的3、4、5月為枯水期，流量最小值為413~952m3/s。施工范圍處于出露巖石分布帶，氣候干燥少雨，最高溫度48°。

Dagash水電站工程勘察項目是蘇丹政府在尼羅河進行的十個大壩勘察中的一個，完成這些大壩項目將對整個蘇丹國民經濟的發展和環境改善起到巨大的作用。

2 巖土分布概況

粉土：灰褐色，干，松散，含少量的細砂和礫石，主要分布在尼羅河兩岸的一級階地和二級階地上，厚度0.5~3m；

粉質粘土：褐灰色，潮濕，土質較軟，低塑性，局部含礫石，主要分布在尼羅河兩岸的一級階地和二級階地上，厚度3~5m；

砂（細—粗）：褐灰色，干（河里飽和），松散—密實，主要成分石英、長石。該層在勘察場地普遍存在，薄厚不等；

礫石（角、圓）：灰褐色，潮濕—飽和，中到粗粒結構，最大粒徑58mm，包含少量云母或者粘土；

片巖：輕微灰色，強度較高，風化程度不等，部分地段破碎，裂隙發育，含石英巖脈。

3 試驗設備標準要求

試驗設備的要求和達到的精度，國內設備是與國際相符的。

（1）標準貫入試驗設備，見表1。

表1 標準貫入試驗設備

（2）試驗設備應符合下列要求[1]

① 鉆桿應平直,當出現彎曲超過1‰時應予調直后再使用。

② 開式貫入器的對縫應平直,嚴密。出現扭曲,錯縫變形時應停止使用。

③ 貫入器靴的刃口應保持完整,當出現缺口或卷刃等損壞,其單個長度大于5mm或總長度大于12mm時,應停止使用。

④當落錘質量和導向桿的落距誤差超過允許范圍時,應停止使用。

⑤自動落錘裝置應靈活,正常,不得對導向桿產生提拔作用。

4 操作工藝

因試驗具體操作的國外標準與國內有差異性，應進行比較，找出不同點，以避免因操作帶來不同的數據記錄。

4.1 Dagash工程中SPT操作的具體施工工藝

（1）試驗須注意事項

①水上施工時，由于施工現場水位差異5~40m，當進入砂層進行標貫試驗的時候會遇到很多的問題。河面浪大導致平臺不穩或者由于砂層太厚導致塌孔而影響鉆探速度和試驗數據的準確性。為解決這些問題，首先固定好平臺，在施工中緊跟套管，減少外來因素的影響。

②夜間施工，容易出現疲勞，光線不足等情況，要求機臺人員注意安全，把握好試驗步驟和數據統計的準確性。

③試驗進行時注意地層變化，避免因地層突變導致設備損壞。

（2）鉆孔鉆至試驗深度后，按以下步驟進行試驗[2]

①將標貫器與鉆桿連接放入孔內，不能自由落入。

②將標貫錘在孔口與鉆桿連接。

③如果孔底有殘留巖芯，則拔出鉆桿并取出殘留巖芯后再進行試驗。

④在孔口鉆桿上做3個連續的長15cm的標記，方便試驗時觀察。

⑤用63.5kg錘進行錘擊，記錄每貫入15cm的錘擊數，直到滿足下列情況之一。

a.在任何一個15cm長度內擊數達到50擊；

b.總擊數達到100擊；

c.連續10擊鉆桿沒有明顯的下沉；

d.45cm已完全進入。

⑥記錄每貫入15cm的錘擊數。如果標貫器象a、b、c所規定的貫入度小于45cm，對于貫入度達到15cm的段次，記錄相應的錘擊數；對于貫入度沒有達到15cm的段次，記錄錘擊數與相應的貫入度。如果標貫器在鉆桿或鉆桿與標貫錘的自重下下沉，要記錄。

⑦將標貫器取出，記錄巖芯的長度，描述土樣的顏色、成分等，然后將有代表性的樣品放進塑料袋內。如果在標貫器內的土層有變化，則記錄下其位置。

⑧當進入風化層或軟巖無法進行標貫試驗時，改用其他方法試驗，試驗至無法擊入為準，記錄進入深度。

4.2 國內規范規定野外的具體操作工藝

(1)試驗準備

①鉆孔采用回轉鉆進,鉆孔垂直度應符合鉆探規程的規定,孔徑76~150mm。

②鉆進到試驗深度以上15cm時,停止鉆進,清除孔內殘土,殘土厚度不能超過5cm,清孔時避免孔底以下土層被擾動。

③在地下水以下的土層中試驗時,應保持孔內水住高于地下水位,當孔壁不穩定時,應采用泥漿護壁或套管護壁,采用套管護壁時,套管不應下入試驗段內。

④貫入器,鉆桿,錘墊,導向桿各部件的連接必須牢固,并保持連接后的垂直度。貫入器要平穩的下入孔底,嚴禁沖擊或壓入孔底。

(2)試驗步驟[3]

①試驗必須采用自動落錘裝置,保持鉆桿垂直,避免搖晃,歪斜。

②試驗時先預打15cm(包括貫入器在其自重下的初始貫入量),然后開始試驗錘擊。

③將錘提升至規定高度,使錘自動脫鉤,自由下落,反復擊打,錘擊速率不應超過30擊/min.記錄每貫入10cm的錘擊數,累計記錄貫入30cm的錘擊數為標準貫入試驗錘擊數(簡稱標貫擊數)N。

④當錘擊數超過50擊,而貫入深度尚未達到30cm時,可終止試驗,記錄實際貫入深度,換算成相應于貫入30cm的標貫擊數N。

⑤當在一次30cm貫入深度內有不同地層時,可根據各層擊數和貫入量按式分別計算其N值。

N=30n/△s

式中：△s——實際的貫入深度（cm）

n——貫入△s深度的錘擊數（擊）⑥試驗結束，提出貫入器后，應打開對開管，對土樣進行鑒別和描述，并采取擾動土式樣。

⑦試驗記錄內容應包括鉆桿長度,貫入起止深度,每貫入10cm的擊數和30cm的累計擊數,土樣描述和樣品編號等。

5 密實度判定

（1）按標準貫入擊數判定密實度（國際標準）

確定標準貫入試驗值“N”與細粒土強度的經驗相關關系應利用室內試驗成果，樣品受擾動會導致室內試驗成果明顯比野外強度偏低。所得出強度之間的差異應予以說明，應注意不同的試驗會涉及不同的試驗尺寸、破壞模式和應變速率問題。有裂隙試樣所得出的室內試驗成果一般要比野外所測得完整試樣的強度要低一些。

砂卵礫石的相對密度只能根據標準貫入試驗來確定，描述術語與N值之間的關系如下[2],見表2：

表2

柱狀圖上的數值是不能校正的，在采用上述描述之前，對野外所測的N值至少應進行探桿能量和蓋層壓力修正。如在估定等同的描述術語之前對SPT的N值作了修正，這在鉆孔柱狀圖中應予以說明。用這些術語描述粗粒礫卵石時要求特別注意，這些術語不能用于極粗粒土類。相對密度除了根據標貫試驗成果確定外，一般來說無其它方法。

（2）砂類土密實程度的劃分（國內標準）， 見表3

表3

6 小結

標準貫入試驗設備簡單，堅固耐用，操作及測試方法容易掌握；適應性廣，砂土、粉土、礫石土、軟巖、強風化巖石及粘性土均可選用；快速，經濟，能連續測試土層；可同時取樣，便于直接觀察描述土層情況；應用歷史悠久，在國內外勘察施工中應用極為廣泛，是一種重要的土工原位測試方法。

[1] 吳興序，巖土工程原位測試技術，西南交通大學巖土工程系．2005.

[2] 英國場地勘察實施規范， BS5930-1999.

[3] 中華人民共和國行業標準，標準貫入試驗規程（YS5213-2000）.

[4] 美國材料試驗協會標準2001，ASTM標準.

Application of Standard Penetration Test (SPT) in Hydropower Projects in Sudan

ZHANG Xiaoqiang, YANG Zhijie, DU Xiaofei
(North China Engineering Investigation Institute, Shijiazhuang 050021)

For the past two years, our institute has accomplished the geotechnical investigation on Kajbar, Shereik, Sabaloka, Dal, Dagash, Mograt Hydropower Projects etc. in the Republic of Sudan. Based on the experiences in Dagash Hydropower Project, this paper expatiates on Standard Penetration Test by describing in detail the operation and application of SPT in these mentioned 6 projects and points out the differences from domestic operation of the test, by which, we hope to contribute to share and communicate with readers.

Sudan; Dam project investigation; Standard Penetration Test(SPT)

TU43

A

張小強，（1979- ），男，漢族，甘肅人，學士學位，主任工程師，主要致力于巖土工程勘察。E-mail：284436976@qq.com。