标准贯入试验.doc

（四）标准贯入试验(SPT)
标准贯入试验实质上仍属于动力触探类型之一，所不同者，其触探头不是圆锥形探头，而是标准规格的圆筒形探头(由两个半圆管合成的取土器)，称之为贯入器。因此，标准贯入试验就是利用一定的锤击动能，将一定规格的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土层中，根据打入土层中的贯入阻力，评定土层的变化和土的物理力学性质。贯入阻力用贯入器贯入土层中的30cm的锤击数N63.5表示，也称标贯击数。
标准贯入试验开始与本世纪四十年代以来在国外有着广泛的应用，在我国也于1953年开始应用.标准贯入试验结合钻孔进行，国内统一使用直径42cm的钻杆，国外也有使用直径50cm或60cm的钻杆.标准贯入试验的优点在于：操作简单，设备简单，土层的适应性广，而且通过贯入器可以采取扰动土样，对它进行直接鉴别描述和有关的室内土工试验。如对砂土做颗粒分析试验。本试验特别对不易钻探取样的砂土和砂质粉土物理力学性质的评定具有独特的意义。
1.标准贯入试验设备规格
标准贯入试验设备规格要符合表8-24的要求.
标准贯入试验设备规格 表8-24
落锤
落锤质量（kg）
63.50.5
落距（mm）
762
贯入器
长度（mm）
500
外经（mm）
511
内经（mm）
351
管靴
长度（mm）
761
刃口角度
18～20
刃口单刃厚度（mm）
2.5
钻杆（相对弯曲<1％）
直径（mm）
42
2.标准贯入试验的技术要求
（1）钻进方法：为保证贯入试验用的钻孔的质量，用采用回转钻进，当钻进至试验标高以上15cm外，应停止钻进。为保持孔壁稳定，必要时可用泥浆或套管护壁。如使用水冲钻进，应使用侧向水冲钻头，不能用向下水冲钻头，以使孔底土尽可能少扰动。扰动直径在63.5～150cm之间，钻进时应注意以下几点：
1）仔细清除孔底残土到试验标高；
2）在地下水位以下钻进时或遇承压含水砂层，孔内水位或泥浆面始终应高与地下水位足够的高度，以减少土的扰动。否则会产生孔底涌土，降低N值；
3）当下套管时，要防止套管下过头，套管内的土未清除。贯入器贯入套管内的土，使N值急增，不反映实际情况；
4）下钻具时要缓慢下放，避免松动孔底土。
（2）标准贯入试验所用的钻杆应定期检查，钻杆相对弯曲<1/1000，接头应牢固，否则锤击后钻杆会晃动。
（3）标准贯入试验应采用自动脱钩的自由落锤法，并减少导向杆与锤间的摩阻力，以保持锤击能量恒定，它对N值影响极大。
（4）标准贯入试验时，先将整个杆件系统连同静置于钻杆顶端的锤击系统一起下到孔底，在静重下贯入器的初始贯入度需作记录。如初始贯入试验，N值记为零。标准贯入试验分两个阶段进行：
预打阶段：先将贯入器打入15cm，如锤击已达50击，贯入度未达15cm，记录实际贯入度。
试验阶段：将贯入器再打入30cm，记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数既为标贯击数N。当累计数已达50击(国外也有定为100击的)，而贯入度未达30cm，应终止试验，记录实际贯入度s及累计锤击数n。按下式换算成贯入30cm的锤击数N：
(8-28)
式中 ――对应锤击数n的贯入度(cm)。
（5）标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等距进行。间距为1.0m或2.0m，也可仅在砂土，粉土等欲试验的土层范围内等间距进行。
3.标准贯入试验的目的和范围
标准贯入试验可用于砂土、粉土和一般粘性土，最适用于N=2～50击的土层。其目的有：采取扰动土样，鉴别和描述土类，按颗粒分析结果定名；根据标准贯入击数N，利用地区经验，为砂土的密实度和粉土，粘性土的状态，土的强度参数，变形模量，地基承载力等作出评价；估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性；判定饱和粉砂，砂质粉土的地震液化可能性及液化等级。
4.标准贯入试验成果的应用
标准贯入试验的主要成果有：标贯击数N与深度的关系曲线，标贯孔工程地质柱状剖面图。下面简述标贯击数N的应用。应该指出，在应用标贯击数N评定土的有关工程性质时，要注意N值是否作过有关修正。
（1）评定砂土的密实度和相对密度Dr
上海市<<岩土工程勘察规范>>(DBJ08--37--94)根据实测的贯标击数N，按式(8-29)进行修正后，用修正后的标贯击数N1(修正为上覆有效压力为100KPa的标贯击数)按表8-25评定砂土的相对密度Dr和密实度。
(8-29)
式中 N ――实测标贯击数；
――上覆有效压力的修正系数，可按式(8-30)取值.
或 (8-30)
式中 ――上覆有效压力(kPa)；
H ――标贯试验深度(m)。
用N1确定砂土密实度和相对密度Dr 表8-25
标贯击数N1
0<N13
3<N18
8<N125
N1>25
密实度
松散
稍密
中密
密实
相对密度
20
20－35
35－65
>65
备注
本表适用于正常固结的中砂；对于细砂取表中数值乘以0.92，对于粗砂取表中数值乘以1.08
（2）评定粘性土的状态
冶金部武汉勘察公司提出标准贯入击数N与粘性土的状态关系，见表8-26.太沙基（Terzaghi）和佩克（Peck）提出N与粘性土稠度状态关系，见表8-27。
标贯击数N也粘性土液性指数IL的关系 表8-26
N
<2
2－4
4－7
7－18
18－25
>35
IL
>1
1－0.75
0.75－0.5
0.5－0.25
0.25－0
<0
稠度状态
流塑
软塑
软可塑
硬可塑
硬塑
坚硬
太沙基和佩克关于N与粘性土稠度状态关系 表8-27
N
<2
2－4
4－8
8－15
15－30
>30
Qu(kPa)
<25
25－50
50－100
100－200
200－400
>400
稠度状态
极软
软
中等
硬
很硬
坚硬
（3）评定沙土抗剪强度指标
佩克的经验关系：
=0.3N+27 （8－31）
迈耶霍夫（Meyerhof）的经验关系：
当4≤N≤10时：
=5N/6+80/3 （8－32）
当N>10时；
=N/4+32.5 （8－33）
当式（8－32）和（8－33）用于粉砂应减5°，用于粗砂、砾砂应加5°。
日本建筑基础设计规范采用大崎的经验关系：
=+15 （8－34）
日本道路桥梁设计规范：
=+15 且 （8－35）
式（8－35）中N>5。
日本国铁路基础设计规范：
（8－36）
式中 —－有效上覆压力（kPa）。
在地震研究中采用的值上限为：
=0.5N+24 （8－37）
（4）评定粘性土的不排水抗剪强度Cu（kPa）
太沙基和佩克：
（8－38）
日本道路桥梁设计规范采用：
（8－39）
（5）评定土的变形模量E0和压缩模量Es
我国用标贯击数N确定土的变形模量和压缩模量的经验关系见表8-28。
N值与E0或Es的关系（MPa） 表8-28
关系式
适用条件
来源
Es=4.8N0.42
Es=2.5N0.75 H-0.25
粉细砂 埋深H≤15cm
埋深H>15cm
上海〈〈岩土工程勘探规范〉〉
Es=1.04N+4.98
中南、华东地区粘性土
冶金部武勘公司
Es=40.276N+10.22
唐山粉细砂
西南综勘院
Es=1.066N+7.431
粘性土、粉土
湖北水利电力勘测院
（6）确定地基土承载力
我国根据标贯击数Ｎ确定土的地基承载力标准值fＫ的方法见表8-29。
N值与地基土承载力标准值fＫ的关系 表8-29
fＫ的关系式（kPa）
适用条件
来源
72+9.4N1.2
粉土
铁道部第三勘探设计院
222 N0.3-212
粉细砂
850 N0.1-803
中粗砂
35.8N+4.9
中南、华东地区粘性土、粉土 N=3～23
冶金部武勘公司
N/（0.0038N+0.01504）
粉土
纺织工业部设计院
10N+105
细、中砂
20.2N+80
一般粘性土 3≤N<18
武汉市建筑规划，设计院等
17.48N+152.6
老粘性土 18≤N<22
太沙基的经验关系（安全系数取3）
对于条形基础：
fＫ=12N（kPa） （8－40）
对于独立方形基础
fＫ=15N（kPa） （8－41）
日本住宅公团的经验关系
fＫ=8N（kPa） （8－42）
（7）估算单桩承载力
将标贯击数N换算成桩侧、桩端土的极限摩阻力和极限端承力，再根据当地的土层情况，就可以估算单桩的极限承载力。例如：北京市勘察院的经验公式为：
（8－43）
式中： ——桩尖以上以下4D（D为桩径或边长）范围N平均值换算的极限桩端承力（kPa），见表8-30；
—－分别为桩身范围内粘性土、砂土的N值换算成桩侧极限摩阻力（kPa），见表8-30；
—－分别为粘性土层和砂土层的桩段长度（m）；
—－经验系数（kN），见表8-31；
—－孔底虚土折减系数（kN/m），取18.1；
—－孔底虚土厚度，预制桩x=0；当虚土厚度>0.5m，取x=0.5m，但端承力=0。
（8）判定饱和砂土的地震液化问题
对于饱和的砂土和粉土，当初判为可能液化或需要考虑液化影响时，可采用标准贯入试验进一步确定其是否液化。当饱和砂土或粉土实测标准贯入锤击数（未经杆长修正）N值小于公式（8－44）确定的临界值Ncr时，则应判为液化土，否则为不液化土。
（8－44）
式中 ――饱和土标准贯入点深度（m）；
――地下水位；
――饱和土粘粒含量百分率，当（％）<3时，取＝3；
――饱和土液化判别的基准贯入锤击数，可按照表8-32采用；
――饱和土液化临界标准贯入锤击数。
N与 和（kPa）的换算表 表8-30
N
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
35
40
预制桩
pfc
7
13
26
39
52
65
78
91
104
117
130

pfs

18
27
36
44
53
62
71
80
89
98
107
115
124
133
155
178
Pb

440
660
880
1100
1320
1540
1760
1980
2200
2420
2640
2860
3080
3300
3850
4400
灌注桩
pfc
3
6
12
19
25
31
37
43
50
56
62

pfs

7
13
20
26
33
40
46
53
59
66
73
79
86
92
99
116
132
Pb

110
170
220
280
330
390
450
500
560
610
670
720
780
830
970
1120
经验系数C1 表8-31
桩型
预制桩
灌注桩
土层条件
桩周有新近堆积土
桩周无新近堆积土
桩周无新近堆积土
C1（kN）
340
150
180
液化判别基准标准贯入锤击数值 表8-32
烈度
7度
8度
9度
近震
6
10
16
远震
8
12
－
注：适用于地面下15m深度范围内的土层