兩種桿徑對砂層標準貫入試驗擊數的影響

劉曉靜

(石家莊市勘察測繪設計研究院,河北石家莊 050019)

兩種桿徑對砂層標準貫入試驗擊數的影響

劉曉靜?

(石家莊市勘察測繪設計研究院,河北石家莊 050019)

近年來，隨著國內鉆探技術的不斷提高，比規范規定直徑42 mm更粗的φ50型鉆桿越來越多地出現在標準貫入試驗中(SPT)，本文以石家莊某工程為例，統計分析了SPT擊數和鉆桿桿徑之間的關系。結果表明，標貫擊數大小與鉆桿桿徑之間存在著顯著的相關關系，若試驗使用的鉆桿不是標準的φ42鉆桿，則標貫擊數宜進行修正。

標準貫入試驗；桿徑；擊數

1 引 言

標準貫入試驗(SPT)是用質量為63.5 kg的穿心錘,以76 cm的落距,將標準規格的貫入器,自鉆孔底部預打15 cm,記錄再打入30 cm的錘擊數,判定土的力學性質。該方法通過測定砂土、粉土的密實度及黏性土的狀態,從而對土層抗剪強度、變形參數、剪切波速、地基承載力、砂土和粉土的液化進行評價。

自上世紀70年代開始引入以來,SPT以其設備價格低廉、操作方法簡單、應用范圍廣泛等特點,迅速成為我國巖土工程勘察鉆探中最常用的原位測試手段之一。尤其是在砂土層較厚的華北地區,對砂土地層的物理力學指標評定,地基承載力計算,變形參數的選取等,標貫試驗擊數是砂土地層中最主要、最直接、最基本的依據。

近20年來,隨著鉆探技術的提高,我國的SPT開始使用比規范規定的直徑42 mm更大的鉆桿,即直徑50 mm的“φ50鉆桿”。對于使用φ50鉆桿所得到的標貫擊數是否需額外修正,尚無相應的規范或研究結論。本文即利用石家莊市某工程的巖土工程勘察資料,對兩種不同桿徑在相同砂層中得到的標貫實驗數據進行了比較分析。

2 工程概況

該高架橋工程位于石家莊市城區東北部,南北走向,全長約1.43 km,橋梁結構采用簡支T梁局部斜拉,基礎形式采用大直徑鉆孔灌注樁。

工程詳細勘察階段,共完成鉆孔184個,標準貫入試驗1 379次,其中采用φ42鉆桿993次,φ50鉆桿386次。施工工藝采用泥漿護壁回轉鉆進。

3 場地工程地質條件

根據鉆探資料,勘察最大深度100.0 m范圍內,除表層填土之外,主要地層均為第四紀沖洪積成因的黏性土、砂土及碎石土:地表下37.0 m左右的地層以砂土為主,狀態由松散逐漸過渡至密實,其間夾有兩層黏性土層和多層呈透鏡體狀的膠結層、粉土,下部偶見圓礫；37.0 m以下至56.0 m左右地層構成以黏性土為主,多呈可塑～硬塑狀態,其間含多處厚度不均的中粗砂夾層,姜石含量較高,局部膠結成透鏡體薄層；56.0 m以下地層構成為含卵石粗礫砂及卵石層。

4 數據統計思路

標貫試驗適用土層范圍很廣,但影響因素也很多。針對上述地層情況,黏性土中的姜石,砂土中圓礫、卵石都會影響標貫擊數的準確性。因此,選用37.0 m以上較純凈的砂層中標貫擊數作為主要統計對象。

此外,所統計的標貫擊數均為實測擊數,未對桿長進行修正。關于桿長校正問題,一直是學術界爭論的焦點。參考美國Schmertmann(1979)波動模擬試驗結論,“當探桿長度小于70英尺(21m)時,波動能量傳遞影響微不足道”,筆者認為選擇20m以上標貫擊數進行統計,既可以合理規避桿長對統計結果可靠性的影響,又能夠解決砂土包含物對試驗本身準確性的困擾。

勘察報告中,根據工程地質特征及物理力學指標將20 m以上砂層分為中粗砂①層,粗砂②層以及粗砂④層。對上述三層砂土進行進一步分析發現,其組成成分均以石英、長石為主,顆粒級配曲線(如圖1所示)也十分接近,差別較大的只是密實度。而砂土密實度的劃分依據就是標貫試驗實測擊數,若依照勘察報告中地層進行統計,其標貫大小實際上已被預先界定,數據分析結果也受到先入之見的影響,難以反映出桿徑的實際影響。因此,統計過程中將三層砂土標貫數據合并處理。

圖1 顆粒級配曲線圖

本文統計基于以下前提假設,即只要所統計的數據量足夠,φ42鉆桿和φ50鉆桿打到同一深度的概率是相同的。

5 統計結果及分析

根據土工試驗成果,整合后粗砂層工程地質特征如下:

粗砂:灰白色,稍濕,成分以石英長石為主,云母次之,含暗色礦物,分選性及磨圓度較差,砂質較純凈,底部零星圓礫。

顆粒級配曲線如圖1所示,顆粒組成指標如表1所示。

顆粒組成指標統計表 表1

為了明確不同深度情況下標貫擊數與鉆桿桿徑之間的關系,本文統計了兩種不同桿徑標貫擊數與桿長之間的關系,即標貫擊數相對于桿長的分布圖,如圖2所示。

從統計圖看出,在可靠的深度范圍內,φ50鉆桿的標貫擊數均比φ42鉆桿明顯更大。鑒于所統計的數據源于同一場地、同一勘察隊伍,采用相同的施工工藝,且兩種桿徑標貫數量很大,數據可信度高。因此,上述結果可得出如下結論,即桿徑的變化對標貫擊數有明顯影響,不能予以忽略。

圖2 標貫擊數分布圖

對φ42及φ50兩種鉆桿在相同砂層中標貫擊數進行詳細統計結果見表2,可見無論其標貫擊數平均值是否考慮數據離散性,φ42鉆桿和φ50鉆桿的標貫擊數比值都比較接近,兩者比值約為0.90。

不同深度標貫擊數統計 表2

當然,上述研究結果僅僅依據本場地砂土地基資料統計得出,在條件許可的情況下,需對更多的工程項目資料進行統計分析,從而驗證能否推廣到其他地區和其他場地。

6 結 論

(1)標準貫入試驗擊數的大小會受到鉆桿桿徑的影響,在工程勘察中,若使用的鉆桿不是標準的φ42鉆桿,則其標貫擊數宜進行修正。

(2)對于相同的砂土地基,φ42鉆桿和φ50鉆桿的標貫擊數比值為0.90,即使用φ50鉆桿時,實測的標貫擊數宜乘以0.90的修正系數,以轉化為規范定義的標準擊數值。如果從偏于安全的角度考慮,也可采用稍小的修正系數。

(3)本文的研究僅限于一個場地,在條件許可的情況下,需對更多的場地進行研究,以得到更為可靠的結論。

(4)由于條件有限,本文對20 m以下深度標貫擊數是否受鉆桿桿徑影響,尚無明確結論,可作為今后的一個研究方向。同時,若能結合室內試驗進行對比研究,將能得到更具有指導意義的結論。

參考文獻

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The Influence of Two K inds of Stem Diameters on the Standard Pentration Test(SPT)Hit-numbers

Liu Xiaojing
(Shijiazhuang Institute of Surveying,Mapping＆Geotechnical Investigation,Shijiazhuang 050019,China)

Recently,with the increasing development of domestic drilling technology,more and moreφ50 drill stem which is thicker than the standard 42mm diameter has been found in SPT.In this articlewe take one construction in Shijiazhuang as an example and statistically analyses the relationship between SPT hit-numbers under the same sand layer and drill stem diameter.The result shows that there exists a significant correlation between SPT hit-numbers and drill stem diameter.Ifwe don't use the standard drill stem which isφ=42mm for drill stem diameter,the SPT hit-numbers should be properly corrected.

SPT；stem diameter；hit-numbers

1672-8262(2013)06-174-03

P642

B

2013—08—28

劉曉靜(1979—),女,注冊巖土工程師,主要從事巖土工程勘察工作。