淺談標準貫入試驗的應用

北京東方新星石化工程股份有限公司

摘要：在巖土工程地質勘察中，標準貫入試驗是原位測試方法最常用的一種，也是技術比較完善的一種原位測試方法。本文主要針對標貫試驗成果的運用進行匯總論述，并結合實際工程實例進行應用，以便加深對該方法的理解及在勘察中更好的使用該方法。

關鍵詞：標準貫入試驗；成果運用

1 前言

標準貫入試驗就是利用一定的錘擊功能，將一定規格的對開管式貫入器打入鉆孔孔底的土層中，根據打入土層中的貫入阻力，評定土層的變化和土的物理力學性質。

2 標準貫入試驗概述

標準貫入試驗來源于美國，質量為140磅（即63.5kg）的穿心錘，用鉆機的卷揚機提升，至30英寸（75cm）高度，穿心錘自由下落，將特制的圓管狀貫入器貫入土中，先打入土中15cm不計數，接著每打入10cm記下擊數，累計打入1英尺（30cm）的錘擊數，即為標準貫入擊數N。當錘擊數已達到50擊，而貫入深未達30cm時，可記錄實際貫入深度按下公式換算成相當于30cm的標準貫入試驗錘擊數N，并終止試驗。

N=30×50/ΔS 式中ΔS—50擊時的貫入度（cm）

標準貫入試驗適用于砂土、粉土和一般黏性土，最適用于N=2～50擊的土層，不適用于軟塑～流塑軟土。

3標準貫入試驗鉆桿的修正

在標準貫入試驗中，貫入擊數N值的影響因素是眾多的和復雜的。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。國外常有對飽和粉細砂的修正、地下水位的修正、土的上覆壓力修正；國內長期以來并不考慮這些修正，主要視N的用途不同，著重對桿長進行修正與否。

對實測標貫擊數進行桿長修正，可按下式進行：

=α

式中—桿長修正后的錘擊數

—現場實測的錘擊數

α—桿長修正系數，見表1。

表1

標貫鉆桿長度（m）≤36912151821

α1.000.920.860.810.770.730.70

4 標準貫入試驗成果的運用

標準貫入試驗結果應用領域十分廣泛，國內不同地區都有與之相關的經驗公式。但在使用時要有針對性并考慮其適用條件，一般來說，應用對象偏重于松散介質，在有成熟經驗地區，亦可用于黏性土。標準貫入試驗的主要成果有：標貫擊數與深度的關系曲線，標貫孔工程地質柱狀圖。下面簡述標貫擊數N的應用。應該指出，在應用標貫擊數N評定土的有關工程性質時，要注意N值是否作過有關修正。

（1）劃分土類或土層剖面：

由標準貫入錘擊數N可粗略劃分土類或土層剖面。一般來說，錘擊數越小，土的顆粒越細；錘擊數越大，土的顆粒就越粗。在某一地區進行多次實踐后，就可以建立起當地土類型與錘擊數之間的關系。這種關系在錘擊數與地層深度關系曲線上表現出一定的規律性。按曲線形狀，將錘擊數相近段劃分為一層，并求出每一層的錘擊數平均值，定出土層名稱。

（2）評定粉土、砂土的密實度，見表2（表中標貫擊數為實測值）。

標準貫入試驗錘擊N判定粉土和砂土密實度 表2

標準地層密 實 度

松散稍密中密密實極密

國家規范砂土≤1010～1515～30>30-

天津規范粉土-≤1212～18>18-

砂土≤1010～1515～30>30-

上海規范粉土、砂土≤77～1515～30>30-

港口規范砂土≤1010～1515～3030～50>50

（3）確定黏性土的狀態和無側限抗壓強度，見表3。

N與稠度狀態和無側限抗壓強度 表3

N<22～44～88～1515～30>30

稠度狀態極軟軟中等硬很硬堅硬

qu（kPa）<2525～5050～100100～200200～400>400

（4）飽和砂土或粉土的液化判定：當飽和砂土、粉土標準貫入錘擊數（未經桿長修正）小于或等于液化判別標準貫入錘擊數臨界值時，應判為液化土。

在地面下20m深度范圍內，液化判別標準貫入錘擊數臨界值可按下式計算：

Ncr=N0β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw）]

（5）花崗巖殘積土與風化巖的劃分準則：當標準貫入試驗擊數N<30為殘積土，30≤N<50為全風化，N≥50時為強風化巖，N≥200為中風化巖。

（6）評定砂土抗剪強度指標Φ：采用Φ值進行承載力特征值fak計算時，對于粉、細砂采用Φ=（12）0.5+15，對于中、粗、礫砂采用Φ=0.3+27計算（為經桿長修正后的標貫擊數）。根據計算成果，與Φ的對應關系見表4：

與內摩察角Φ（度）的經驗關系表 表4

土類

4681012152025304050

粉、細砂21.923.524.826.027.028.430.532.334.036.939.5

中、粗礫砂28.228.829.430.030.631.533.034.536.039.042.0

（7）評定地基土的承載力：用以估計地基承載力時標準貫人擊數是否需要作深度修正，不能一概而論，要看編制承載力表時所用的統計原始資料是否經過修正，用的時候必須與其一致。

根據標貫擊數N標準值確定砂土承載力特征值，見表5。

砂土承載力特征值fak（kPa） 表5

N

土類101520253035404550

中、粗砂180250280310340380420460500

粉、細砂140180200230250270290310340

根據標貫擊數（桿長修正后的錘擊數）標準值確定粉土、黏性土承載力特征值，見表6～7。

粉土承載力特征值的經驗值fak（kPa） 表6

34567891011121314150

fak（kPa）105125145165185205225245265285305325345

黏性土承載力特征值的經驗值fak（kPa） 表7

357911131517192123

fak（kPa）100140190240280320360420560580660

此外還可以評定土的變形參數，預估單樁承載力，評價成樁的可能性，地基處理效果檢測等，由于篇幅有限不在進行敘述。

5工程實例

該實例為某鄂爾多斯煤炭深加工項目詳勘一標段煤氣化裝置、凈化裝置的詳勘工程。該場地在最大揭露32.0米深度范圍內：①層為素填土；②層為第四系風積細砂；③層為第四系湖積細砂；④1層為第四系沖、湖積細中砂；④2層為第四系沖、湖積細中砂；⑤層為強風化砂質泥巖；⑥層強風化泥質砂巖；⑦層為中風化泥巖。

（1）飽和砂土的液化判定：經初判②層飽和細砂、④1層飽和細中砂、④2層飽和細中砂均有液化的可能性，因此需采用標準貫入試驗法進行進一步判別。以鉆孔編號為1鉆孔為例，該孔的標準貫入試驗成果見表8。

表8

孔號試驗段

深度（m）標貫擊數N探桿長度（m）校正系數標貫修正擊數N'巖土編號巖土名稱

11.65-1.9511.03.300.99210.9②細沙

3.15-3.4513.04.500.96012.5

4.65-4.9523.06.200.91621.1④1細中砂

6.15-6.4525.08.200.87621.9

7.65-7.9531.09.600.85026.4④2細中砂

9.15-9.4532.011.300.82226.3

10.65-10.9533.012.700.80126.4

12.15-12.4534.015.000.77026.2

將表8數據代入公式Ncr=N0β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw）]計算結果見表9，在計算時地下水水位埋深dw取0.00m。

場地液化判別表 表9

N0=7標貫點深度ds粘粒含量ρc標貫擊數液化判定

β0.8

孔號靜止水位dw 臨界值Ncr（擊）實測值N（擊）

10.001.803.005.311.0不液化

0.003.303.007.013.0不液化

0.004.803.008.323.0不液化

0.006.303.009.325.0不液化

0.007.803.0010.231.0不液化

0.009.303.0011.032.0不液化

0.0010.803.0011.633.0不液化

0.0012.303.0012.234.0不液化

（2）評定地基土的承載力：根據本次勘察資料，提供標準貫入試驗擊數最大值、最小值、標準值，見表10。

表10

地層編號實測標貫試驗擊數N（擊）修正后的標貫試驗擊數N'（擊）

最大值最小值標準值最大值最小值標準值

②25.010.015.624.09.114.7

③21.011.016.817.510.314.6

④129.015.023.228.012.520.1

④250.030.034.841.623.227.9

為了和運用標貫試驗確定地基土的承載力特征值的方法作比較，現列出改場地靜力觸探試驗成果，見表11：

表11

地層編號②細砂③細砂④1細中砂④2細中砂

qc（MPa）fs（kPa）qc（MPa）fs（kPa）qc（MPa）fs（kPa）qc（MPa）fs（kPa）

最大值12.3636.685.6420.0019.7783.0033.65129.00

最小值5.9817.253.3510.709.4126.4015.9231.40

標準值7.9724.63.9513.4814.0952.427.8675.7

根據標準貫入試驗實測值按表5確定地基土的承載力特征值，考慮地質成因綜合評定，評定結果見表12

表12

地層名稱按標準貫入試驗確認承載力特征值fak（kPa）按靜力觸探試驗確定承載力特征值fak（kPa）評定結果

②細砂180170150

③細砂180130140

④1細中砂210230210

④2細中砂260350260

根據表12顯示，兩種原位測試所確定的地基土承載力特征值相差不多。其他根據標準貫入實驗確定土的物理力學性質指標，查相關規范即可。本場地根據標貫試驗確定的地基土的承載力特征值和載荷試驗確定的承載力特征值基本吻合。

6結語

原位測試方法中的標準貫入試驗的特點為設備簡單、操作方便、應用普及，擊數N對地基土的力學性質具有直觀性，而且還可獲取土樣進行判別和描述。其次是應用廣泛，對各類土和各種狀態的土均可測得擊數N值，并相應作出地基土的工程評價。但使用者對標貫試驗的影響因素，應給予重視。在判斷標貫試驗影響因素時，應先定性判別再進行定量的判別和修正才具有合理性和有效性。

參考文獻：

[1]陳希哲主編.土力學地基基礎.北京：清華大學出版社.2004；

[2]巖土工程勘察規范（GB50021-2001）.北京：中國建筑工業出版社.2009

[3]建筑抗震設計規范（GB50011-2010）.北京：中國建筑工業出版社.2010

[4]工程地質手冊編委會.工程地質手冊.北京：中國建筑工業出版社.2006

[5]高金川 杜廣印.巖土工程勘察與評價.武漢：中國地質大學出版社.2003