標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上仍屬于動(dòng)力觸探類(lèi)型之一，所不同者，其觸探頭不是圓錐形探頭，而是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓筒形探頭(由兩個(gè)半圓管合成的取土器)，稱(chēng)之為貫入器。因此，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)就是利用一定的錘擊動(dòng)能，將一定規(guī)格的對(duì)開(kāi)管式貫入器打入鉆孔孔底的土層中，根據(jù)打入土層中的貫入阻力，評(píng)定土層的變化和土的物理力學(xué)性質(zhì)。貫入阻力用貫入器貫入土層中的30cm的錘擊數(shù)N63.5表示，也稱(chēng)標(biāo)貫擊數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)開(kāi)始與本世紀(jì)四十年代以來(lái)在國(guó)外有著廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)也于1953年開(kāi)始應(yīng)用.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)合鉆孔進(jìn)行，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一使用直徑42cm的鉆桿，國(guó)外也有使用直徑50cm或60cm的鉆桿.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于：操作簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，土層的適應(yīng)性廣，而且通過(guò)貫入器可以采取擾動(dòng)土樣，對(duì)它進(jìn)行直接鑒別描述和有關(guān)的室內(nèi)土工試驗(yàn)。如對(duì)砂土做顆粒分析試驗(yàn)。本試驗(yàn)特別對(duì)不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土物理力學(xué)性質(zhì)的評(píng)定具有獨(dú)特的意義。

1.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格要符合表1-1的要求。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格 表1-1

2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的技術(shù)要求

（1）鉆進(jìn)方法：為保證貫入試驗(yàn)用的鉆孔的質(zhì)量，用采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)至試驗(yàn)標(biāo)高以上15cm外，應(yīng)停止鉆進(jìn)。為保持孔壁穩(wěn)定，必要時(shí)可用泥漿或套管護(hù)壁。如使用水沖鉆進(jìn)，應(yīng)使用側(cè)向水沖鉆頭，不能用向下水沖鉆頭，以使孔底土盡可能少擾動(dòng)。擾動(dòng)直徑在63.5～150cm之間，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）仔細(xì)清除孔底殘土到試驗(yàn)標(biāo)高；

2）在地下水位以下鉆進(jìn)時(shí)或遇承壓含水砂層，孔內(nèi)水位或泥漿面始終應(yīng)高與地下水位足夠的高度，以減少土的擾動(dòng)。否則會(huì)產(chǎn)生孔底涌土，降低N值；

3）當(dāng)下套管時(shí)，要防止套管下過(guò)頭，套管內(nèi)的土未清除。貫入器貫入套管內(nèi)的土，使N值急增，不反映實(shí)際情況；

4）下鉆具時(shí)要緩慢下放，避免松動(dòng)孔底土。

（2）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)所用的鉆桿應(yīng)定期檢查，鉆桿相對(duì)彎曲<1/1000，接頭應(yīng)牢固，否則錘擊后鉆桿會(huì)晃動(dòng)。

（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)應(yīng)采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘法，并減少導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，以保持錘擊能量恒定，它對(duì)N值影響極大。

（4）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí)，先將整個(gè)桿件系統(tǒng)連同靜置于鉆桿頂端的錘擊系統(tǒng)一起下到孔底，在靜重下貫入器的初始貫入度需作記錄。如初始貫入試驗(yàn)，N值記為零。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行：

預(yù)打階段：先將貫入器打入15cm，如錘擊已達(dá)50擊，貫入度未達(dá)15cm，記錄實(shí)際貫入度。

試驗(yàn)階段：將貫入器再打入30cm，記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計(jì)打入30cm的錘擊數(shù)既為標(biāo)貫擊數(shù)N。當(dāng)累計(jì)數(shù)已達(dá)50擊(國(guó)外也有定為100擊的)，而貫入度未達(dá)30cm，應(yīng)終止試驗(yàn)，記錄實(shí)際貫入度s及累計(jì)錘擊數(shù)n。按下式換算成貫入30cm的錘擊數(shù)N：

N?30n (2-1) ?s

式中 ?s――對(duì)應(yīng)錘擊數(shù)n的貫入度(cm)。

（5）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等距進(jìn)行。間距為1.0m或2.0m，也可僅在砂土，粉土等欲試驗(yàn)的土層范圍內(nèi)等間距進(jìn)行。

3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的目的和范圍

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)可用于砂土、粉土和一般粘性土，最適用于N=2～50擊的土層。其目的有：采取擾動(dòng)土樣，鑒別和描述土類(lèi)，按顆粒分析結(jié)果定名；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N，利用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，為砂土的密實(shí)度和粉土，粘性土的狀態(tài)，土的強(qiáng)度參數(shù)，變形模量，地基承載力等作出評(píng)價(jià)；估算單樁極限承載力和判定沉樁可能性；判定飽和粉砂，砂質(zhì)粉土的地震液化可能性及液化等級(jí)。

4.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的主要成果有：標(biāo)貫擊數(shù)N與深度的關(guān)系曲線(xiàn)，標(biāo)貫孔工程地質(zhì)柱狀剖面圖。下面簡(jiǎn)述標(biāo)貫擊數(shù)N的應(yīng)用。應(yīng)該指出，在應(yīng)用標(biāo)貫擊數(shù)N評(píng)定土的有關(guān)工程性質(zhì)時(shí)，要注意N值是否作過(guò)有關(guān)修正。

（1）評(píng)定砂土的密實(shí)度和相對(duì)密度Dr

上海市<<巖土工程勘察規(guī)范>>(DBJ08--37--94)根據(jù)實(shí)測(cè)的貫標(biāo)擊數(shù)N，進(jìn)行修正后，用修正后的標(biāo)貫擊數(shù)N1(修正為上覆有效壓力為100KPa的標(biāo)貫擊數(shù))按表4-1評(píng)定砂土的相對(duì)密度Dr和密實(shí)度。

N1?CN?N (4-1)

式中 N ――實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)；

CN――上覆有效壓力的修正系數(shù)，可按式(4-2)取值.

CN?10('

)或CN?3.16(H

) (4-2)

'

式中 ?0――上覆有效壓力(kPa)；

H ――標(biāo)貫試驗(yàn)深度(m)。

用N1確定砂土密實(shí)度和相對(duì)密度Dr 表4-1

（2）評(píng)定粘性土的狀態(tài)

冶金部武漢勘察公司提出標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N與粘性土的狀態(tài)關(guān)系，見(jiàn)表4-2.太沙基（Terzaghi）和佩克（Peck）提出N與粘性土稠度狀態(tài)關(guān)系，見(jiàn)表4-3。

標(biāo)貫擊數(shù)N也粘性土液性指數(shù)IL的關(guān)系 表4-2

太沙基和佩克關(guān)于N與粘性土稠度狀態(tài)關(guān)系 表4-3

（3）評(píng)定沙土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)?

佩克的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：

?=0.3N+27 （4－3）

邁耶霍夫（Meyerhof）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：

當(dāng)4≤N≤10時(shí)：

?=5N/6+80/3 （4－4）

當(dāng)N>10時(shí)；

?=N/4+32.5 （4－5）

當(dāng)式（4－4）和（4－5）用于粉砂應(yīng)減5°，用于粗砂、礫砂應(yīng)加5°。 日本建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范采用大崎的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：

?=20N+15 （4－6）

日本道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范：

?=N+15 且??450 （4－7）

式（8－35）中N>5。

日本國(guó)鐵路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：

??1.85(100N0.6)?26 （4－8） '?v0?70

式中 ?v'0—－有效上覆壓力（kPa）。

在地震研究中采用的?值上限為：

?=0.5N+24 （4－9）

（4）評(píng)定粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu（kPa）

太沙基和佩克：

Cu?(6~6.5)N （4－10）

日本道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范采用：

Cu?(6~10)N （4－11）

（5）評(píng)定土的變形模量E0和壓縮模量Es

我國(guó)用標(biāo)貫擊數(shù)N確定土的變形模量和壓縮模量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系見(jiàn)表4-5。

N值與E0或Es的關(guān)系（MPa） 表4-5

（6）確定地基土承載力

我國(guó)根據(jù)標(biāo)貫擊數(shù)Ｎ確定土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fＫ的方法見(jiàn)表4-6。

N值與地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值f

的關(guān)系 表4-6

太沙基的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（安全系數(shù)取3）

對(duì)于條形基礎(chǔ)：

fＫ=12N（kPa） （4－12）

對(duì)于獨(dú)立方形基礎(chǔ)

fＫ=15N（kPa） （4－13）

日本住宅公團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

fＫ=8N（kPa） （4－14）

（7）估算單樁承載力

將標(biāo)貫擊數(shù)N換算成樁側(cè)、樁端土的極限摩阻力和極限端承力，再根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐翆忧闆r，就可以估算單樁的極限承載力。例如：北京市勘察院的經(jīng)驗(yàn)公式為：

Qu?pb?Ap?UP(?pfc?Lc??pfs?Ls)?C1?C2x （4－15）

式中： pb ——樁尖以上以下4D（D為樁徑或邊長(zhǎng)）范圍N平均值換算的極限

樁端承力（kPa），見(jiàn)表4-7；

pfc、pfs

—－分別為樁身范圍內(nèi)粘性土、砂土的N值換算成樁側(cè)極限摩阻力（kPa），見(jiàn)表4-7；

Lc、Ls —－分別為粘性土層和砂土層的樁段長(zhǎng)度（m）；

C1 —－經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（kN），見(jiàn)表4-8；

C2—－孔底虛土折減系數(shù)（kN/m），取18.1；

x —－孔底虛土厚度，預(yù)制樁x=0；當(dāng)虛土厚度>0.5m，取x=0.5m，但端承力pb=0。

（8）判定飽和砂土的地震液化問(wèn)題

對(duì)于飽和的砂土和粉土，當(dāng)初判為可能液化或需要考慮液化影響時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)一步確定其是否液化。當(dāng)飽和砂土或粉土實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）N值小于公式（4－16）確定的臨界值Ncr時(shí)，則應(yīng)判為液化土，否則為不液化土。

Ncr＝N0[0.9?0.1(ds?dw3

?c

（4－16）

式中 ds――飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度（m）；

dw――地下水位；

?c――飽和土粘粒含量百分率，當(dāng)?c（％）<3時(shí)，取?c＝3；

N0――飽和土液化判別的基準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)，可按照表4-9采用； Ncr――飽和土液化臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)。

N與

pfc、pfs 和pb（kPa）的換算表 表4-7

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

液化判別基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N

0值 表4-9

注：適用于地面下15m深度范圍內(nèi)的土層