標準貫入試驗(SPT)

標準貫入試驗實質(zhì)上仍屬于動力觸探類型之一，所不同者，其觸探頭不是圓錐形探頭，而是標準規(guī)格的圓筒形探頭(由兩個半圓管合成的取土器)，稱之為貫入器。因此，標準貫入試驗就是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的對開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，評定土層的變化和土的物理力學性質(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，也稱標貫擊數(shù)。

標準貫入試驗開始與本世紀四十年代以來在國外有著廣泛的應用，在我國也于1953年開始應用.標準貫入試驗結合鉆孔進行，國內(nèi)統(tǒng)一使用直徑42cm的鉆桿，國外也有使用直徑50cm或60cm的鉆桿.標準貫入試驗的優(yōu)點在于：操作簡單，設備簡單，土層的適應性廣，而且通過貫入器可以采取擾動土樣，對它進行直接鑒別描述和有關的室內(nèi)土工試驗。如對砂土做顆粒分析試驗。本試驗特別對不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土物理力學性質(zhì)的評定具有獨特的意義。

1.標準貫入試驗設備規(guī)格

標準貫入試驗設備規(guī)格要符合表1-1的要求。

標準貫入試驗設備規(guī)格 表1-1

2.標準貫入試驗的技術要求

（1）鉆進方法：為保證貫入試驗用的鉆孔的質(zhì)量，用采用回轉(zhuǎn)鉆進，當鉆進至試驗標高以上15cm外，應停止鉆進。為保持孔壁穩(wěn)定，必要時可用泥漿或套管護壁。如使用水沖鉆進，應使用側向水沖鉆頭，不能用向下水沖鉆頭，以使孔底土盡可能少擾動。擾動直徑在63.5～150cm之間，鉆進時應注意以下幾點：

1）仔細清除孔底殘土到試驗標高；

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

3）當下套管時，要防止套管下過頭，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，不反映實際情況；

4）下鉆具時要緩慢下放，避免松動孔底土。

（2）標準貫入試驗所用的鉆桿應定期檢查，鉆桿相對彎曲<1/1000，接頭應牢固，否則錘擊后鉆桿會晃動。

（3）標準貫入試驗應采用自動脫鉤的自由落錘法，并減少導向桿與錘間的摩阻力，以保持錘擊能量恒定，它對N值影響極大。

（4）標準貫入試驗時，先將整個桿件系統(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，N值記為零。標準貫入試驗分兩個階段進行：

預打階段：先將貫入器打入15cm，如錘擊已達50擊，貫入度未達15cm，記錄實際貫入度。

試驗階段：將貫入器再打入30cm，記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計打入30cm的錘擊數(shù)既為標貫擊數(shù)N。當累計數(shù)已達50擊(國外也有定為100擊的)，而貫入度未達30cm，應終止試驗，記錄實際貫入度s及累計錘擊數(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――對應錘擊數(shù)n的貫入度(cm)。

（5）標準貫入試驗可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等距進行。間距為1.0m或2.0m，也可僅在砂土，粉土等欲試驗的土層范圍內(nèi)等間距進行。

3.標準貫入試驗的目的和范圍

標準貫入試驗可用于砂土、粉土和一般粘性土，最適用于N=2～50擊的土層。其目的有：采取擾動土樣，鑒別和描述土類，按顆粒分析結果定名；根據(jù)標準貫入擊數(shù)N，利用地區(qū)經(jīng)驗，為砂土的密實度和粉土，粘性土的狀態(tài)，土的強度參數(shù)，變形模量，地基承載力等作出評價；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。

4.標準貫入試驗成果的應用

標準貫入試驗的主要成果有：標貫擊數(shù)N與深度的關系曲線，標貫孔工程地質(zhì)柱狀剖面圖。下面簡述標貫擊數(shù)N的應用。應該指出，在應用標貫擊數(shù)N評定土的有關工程性質(zhì)時，要注意N值是否作過有關修正。

（1）評定砂土的密實度和相對密度Dr

上海市<<巖土工程勘察規(guī)范>>(DBJ08--37--94)根據(jù)實測的貫標擊數(shù)N，進行修正后，用修正后的標貫擊數(shù)N1(修正為上覆有效壓力為100KPa的標貫擊數(shù))按表4-1評定砂土的相對密度Dr和密實度。

N1?CN?N (4-1)

式中 N ――實測標貫擊數(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 ――標貫試驗深度(m)。

用N1確定砂土密實度和相對密度Dr 表4-1

（2）評定粘性土的狀態(tài)

冶金部武漢勘察公司提出標準貫入擊數(shù)N與粘性土的狀態(tài)關系，見表4-2.太沙基（Terzaghi）和佩克（Peck）提出N與粘性土稠度狀態(tài)關系，見表4-3。

標貫擊數(shù)N也粘性土液性指數(shù)IL的關系 表4-2

太沙基和佩克關于N與粘性土稠度狀態(tài)關系 表4-3

（3）評定沙土抗剪強度指標?

佩克的經(jīng)驗關系：

?=0.3N+27 （4－3）

邁耶霍夫（Meyerhof）的經(jīng)驗關系：

當4≤N≤10時：

?=5N/6+80/3 （4－4）

當N>10時；

?=N/4+32.5 （4－5）

當式（4－4）和（4－5）用于粉砂應減5°，用于粗砂、礫砂應加5°。 日本建筑基礎設計規(guī)范采用大崎的經(jīng)驗關系：

?=20N+15 （4－6）

日本道路橋梁設計規(guī)范：

?=N+15 且??450 （4－7）

式（8－35）中N>5。

日本國鐵路基礎設計規(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）評定粘性土的不排水抗剪強度Cu（kPa）

太沙基和佩克：

Cu?(6~6.5)N （4－10）

日本道路橋梁設計規(guī)范采用：

Cu?(6~10)N （4－11）

（5）評定土的變形模量E0和壓縮模量Es

我國用標貫擊數(shù)N確定土的變形模量和壓縮模量的經(jīng)驗關系見表4-5。

N值與E0或Es的關系（MPa） 表4-5

（6）確定地基土承載力

我國根據(jù)標貫擊數(shù)Ｎ確定土的地基承載力標準值fＫ的方法見表4-6。

N值與地基土承載力標準值f

的關系 表4-6

太沙基的經(jīng)驗關系（安全系數(shù)取3）

對于條形基礎：

fＫ=12N（kPa） （4－12）

對于獨立方形基礎

fＫ=15N（kPa） （4－13）

日本住宅公團的經(jīng)驗關系

fＫ=8N（kPa） （4－14）

（7）估算單樁承載力

將標貫擊數(shù)N換算成樁側、樁端土的極限摩阻力和極限端承力，再根據(jù)當?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）范圍N平均值換算的極限

樁端承力（kPa），見表4-7；

pfc、pfs

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

Lc、Ls —－分別為粘性土層和砂土層的樁段長度（m）；

C1 —－經(jīng)驗系數(shù)（kN），見表4-8；

C2—－孔底虛土折減系數(shù)（kN/m），取18.1；

x —－孔底虛土厚度，預制樁x=0；當虛土厚度>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題

對于飽和的砂土和粉土，當初判為可能液化或需要考慮液化影響時，可采用標準貫入試驗進一步確定其是否液化。當飽和砂土或粉土實測標準貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長修正）N值小于公式（4－16）確定的臨界值Ncr時，則應判為液化土，否則為不液化土。

Ncr＝N0[0.9?0.1(ds?dw3

?c

（4－16）

式中 ds――飽和土標準貫入點深度（m）；

dw――地下水位；

?c――飽和土粘粒含量百分率，當?c（％）<3時，取?c＝3；

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

N與

pfc、pfs 和pb（kPa）的換算表 表4-7

經(jīng)驗系數(shù)

液化判別基準標準貫入錘擊數(shù)N

0值 表4-9

注：適用于地面下15m深度范圍內(nèi)的土層