標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

王廷輝

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘局313地質(zhì)隊(duì) 安徽六安 237010)

1 緒論

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是用質(zhì)量為63.5kg的重錘按照規(guī)定的落距(76cm)自由下落，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器打入地層，根據(jù)貫入器在貫入一定深度(一般為30cm)得到的錘擊數(shù)來判定土層力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)弱的一種原位勘察手段。這種測(cè)試方法應(yīng)用普遍，適用于砂土、粉土。

2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的測(cè)試方法

2.1 設(shè)備組成及設(shè)備規(guī)格

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)貫入器、觸探桿及穿心錘組成。

2.2 試驗(yàn)要點(diǎn)

(1)與鉆探配合進(jìn)行，先鉆進(jìn)到需要進(jìn)行試驗(yàn)的土層標(biāo)高以上約15m，清孔后換用標(biāo)準(zhǔn)貫入器，并量得深度尺寸。

(2)采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘法進(jìn)行錘擊，并減少導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊時(shí)的偏心和側(cè)向晃動(dòng)，保持貫入器、探桿、導(dǎo)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(yàn)土層中，先打入15cm不計(jì)擊數(shù)，開始記錄每貫入土中30cm的錘擊數(shù)。需要注意的是，當(dāng)N值已達(dá)50擊，而貫入深度未達(dá)30cm時(shí)，可以50擊時(shí)的實(shí)際貫入深度，按式N=30×50/⊿S(為50擊時(shí)的貫入度)換算成貫入深度30cm的錘擊數(shù)N。

2.3 影響因素及其校正

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)的規(guī)定，應(yīng)用N值時(shí)是否修正和如何修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系時(shí)的具體情況確定。福建和南京地區(qū)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(DBJ13—07—91、DB32/112—95)對(duì)觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù)按下表確定。

福建和南京規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù)

3 試驗(yàn)成果的應(yīng)用

3.1 確定砂土的密實(shí)度

現(xiàn)國(guó)內(nèi)主要規(guī)范采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N(未修正)判定砂土密實(shí)程度。

度標(biāo) 準(zhǔn) 地 層 密 實(shí)松散 稍密 中密 密實(shí)國(guó)家規(guī)范 砂土 ≤10 10－15 15–30 ≥30

3.2 確定黏性土的狀態(tài)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

3.3 確定地基承載力

在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是對(duì)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(shí)應(yīng)剔除異常值，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)來確定地層承載力。

3.4 確定土的抗剪強(qiáng)度

3.5 確定土的變形參數(shù)

3.6 估算單樁承載力

3.7 計(jì)算剪切波速

3.8 評(píng)價(jià)砂土液化

以上3.2－3.7應(yīng)用都有經(jīng)驗(yàn)公式，多數(shù)為地方經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際工作中，我們應(yīng)用的偏少，指導(dǎo)意義并不大。但在評(píng)價(jià)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(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N值在評(píng)價(jià)飽和砂土液化中的應(yīng)用。

3.8.1 砂土液化的概念

是指松散的沙土受到震動(dòng)有變得更緊密的趨勢(shì)。但飽和狀態(tài)下，這種趨于緊密的作用將導(dǎo)致孔隙水壓力的驟然上升，而在地震過程的短暫時(shí)間內(nèi)，該壓力來不及消散，有效壓力減小，當(dāng)有效壓力完全消失時(shí)，沙土?xí)耆珕适С休d力和抗剪強(qiáng)度，變成像液體一樣的狀態(tài)。在勘察中要考慮地基是否會(huì)液化，以及液化強(qiáng)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(dòng)強(qiáng)度和震動(dòng)時(shí)間及地下水的埋藏深度。一般情況下，細(xì)圓顆粒、不均勻系數(shù)大、上覆土層厚度小、地面震動(dòng)強(qiáng)度高震動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)和地下水排水不暢的地層容易液化。

3.8.3 液化趨勢(shì)的判別

當(dāng)初步判別認(rèn)為需進(jìn)一步進(jìn)行液化判別時(shí)，應(yīng)判別地面下15m深度范圍內(nèi)的液化;當(dāng)采用樁基或埋深大于5m的深基礎(chǔ)時(shí)，還應(yīng)該判別15－20m范圍內(nèi)的液化。當(dāng)飽和土層標(biāo)準(zhǔn)貫入N值(未經(jīng)桿長(zhǎng)修正)小于液化判別N值臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土。

在地面下15m深度范圍內(nèi)，液化判別臨界值可按下式計(jì)算:

在地面下15－20m深度范圍內(nèi)，液化判別臨界值可按下式計(jì)算:

式中Ncr為臨界值，N0為基準(zhǔn)值，ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)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(shè)計(jì)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(shù)與液化等級(jí)的劃分

液化等級(jí)的劃分的基本方法為:逐點(diǎn)判別液化土層的深度和厚度，按孔計(jì)算液化指數(shù)，綜合判定后劃分地基液化等級(jí)。根據(jù)等級(jí)提出地基土相應(yīng)處理方法和建筑物抗震設(shè)計(jì)措施。

4 應(yīng)用標(biāo)貫擊數(shù)N值應(yīng)注意的事項(xiàng)探討

4.1 修正問題探討

國(guó)外對(duì)N值的修正包括:飽和粉細(xì)砂的修正、地下水的修正、土的上覆壓力的修正，而國(guó)內(nèi)著重考慮桿長(zhǎng)的修正。桿長(zhǎng)修正是依據(jù)牛頓碰撞理論，桿件系統(tǒng)質(zhì)量不超過錘重兩倍，限制了表貫使用深度小于21m，但實(shí)際使用深度已遠(yuǎn)超過21m。通過實(shí)測(cè)桿件的錘擊應(yīng)力波，發(fā)現(xiàn)錘擊傳輸給桿件的能量變化遠(yuǎn)大于桿長(zhǎng)變化時(shí)能量的衰減，故建議不作桿長(zhǎng)修正的N值是基本的數(shù)值，但考慮到過去建立的N值與土性參數(shù)、承載力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，所用N值均經(jīng)桿長(zhǎng)修正，而抗震規(guī)范判定砂土夜化時(shí)，N值又不作修正，故在實(shí)際應(yīng)用N值時(shí)，應(yīng)按具體巖土工程問題，參照有關(guān)規(guī)范考慮是否作桿長(zhǎng)修正，勘察報(bào)告應(yīng)提供不修正的N值，應(yīng)用時(shí)再根據(jù)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(shí)，應(yīng)慎重，依據(jù)單孔標(biāo)貫資料提供設(shè)計(jì)參數(shù)是不可信的，在分析整理時(shí)，應(yīng)剔除個(gè)別異常值。依據(jù)N值提供定量的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，應(yīng)有當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)，否則只能提供定性的參考，供初步評(píng)價(jià)之用。

所以應(yīng)注意的是在勘察中，標(biāo)貫試驗(yàn)應(yīng)與其他勘察手段同時(shí)使用，相互驗(yàn)證。在一個(gè)地區(qū)的可比較地層中應(yīng)取得大量數(shù)據(jù)，建立一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)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(píng)價(jià)，以提高工作效率。

5 總結(jié)

本文主要探討了標(biāo)貫試驗(yàn)在工程勘察中的應(yīng)用與注意事項(xiàng)，所做的主要工作有:(1)介紹了標(biāo)貫試驗(yàn)的施工方法。(2)論述了標(biāo)貫試驗(yàn)的應(yīng)用范圍、局限性和應(yīng)用N值應(yīng)注意的事項(xiàng)，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(shí)際工作中進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為提高工作實(shí)效而努力。由于本人學(xué)識(shí)有限，文中不免有錯(cuò)漏之處，希望同行批評(píng)指正。

［1］巖土工程勘察規(guī)范GB50021－2001.

［2］建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011－2001.