許孝立

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)(SPT)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段。其設(shè)備主要由標(biāo)準(zhǔn)貫入器、直徑42mm內(nèi)接觸探桿和63.5kg的穿心錘三部分組成。實(shí)驗(yàn)室配合鉆探使用,先鉆進(jìn)到需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的土層標(biāo)高以上約15cm處,清孔后,以每分鐘15-30擊的速率將貫入器打入實(shí)驗(yàn)土層中,先打入15cm不計(jì)擊數(shù),繼續(xù)貫入土中30cm,記錄錘擊數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)的錘擊數(shù),可以判定砂土的密度、粘土的稠度、地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值、砂土的振動(dòng)液化及樁基承載力等。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)幾乎適用于各種土層,包括地下水位以下及地下水位以上的土層,也包括部分強(qiáng)風(fēng)化巖石,因而得到了勘察設(shè)計(jì)部門的廣泛使用和重視。然而,該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果的影響因素也較多,為了使該項(xiàng)測(cè)試手段能得到很好的應(yīng)用和推廣,本文就多年的工作體會(huì),談一談該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際工作中應(yīng)用的一些問題。

1 做好標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的幾個(gè)環(huán)節(jié)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)成果的影響因素主要有三方面:一是在實(shí)驗(yàn)過程中受實(shí)驗(yàn)設(shè)備的影響;二是實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員熟練程度的影響;三是對(duì)實(shí)驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)和分析的方法是否合理的影響。

(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要完好,并采用自動(dòng)落錘的方式,以保證落距的精確性,同時(shí)要保證護(hù)壁清孔的質(zhì)量。一般認(rèn)為回旋鉆進(jìn)結(jié)合泥漿或套管護(hù)壁的效果較好,實(shí)驗(yàn)時(shí)孔底沉渣厚度不應(yīng)超過5-10cm,以保證實(shí)驗(yàn)土層的原狀性。

(2)在實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)先鉆少量孔,概略了解勘察區(qū)各種地層的分布情況及其物理力學(xué)特征,以便為標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。根據(jù)鉆探情況,在不同和相同的層位的不同鉆孔應(yīng)相應(yīng)地做系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),同時(shí)配合土工實(shí)驗(yàn),以便對(duì)照分析,在同一層位中實(shí)驗(yàn)次數(shù)不少于5—6次,也可在深度上每隔1-1.5m實(shí)驗(yàn)一次,以便了解薄層狀或透鏡狀土層的情況。

(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)是否要做桿長(zhǎng)修正問題,由于目前對(duì)鉆桿能量損失的研究結(jié)果還不一致,故意見分歧較大。但根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為,《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)規(guī)定的錘擊數(shù)進(jìn)行校正是較為合理的,其換算后的成果同新的設(shè)計(jì)規(guī)范較為吻合?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)規(guī)定,用標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)按規(guī)范查表確定承載力標(biāo)準(zhǔn)值或其它指標(biāo)時(shí),標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)應(yīng)按下式校正:

式中,N-標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù);N’-實(shí)測(cè)貫入30cm的錘擊數(shù);α-觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù)(可在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)中查找)。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)只提供了21m深度范圍內(nèi)的桿長(zhǎng)校正系數(shù),當(dāng)實(shí)驗(yàn)深度大于21m時(shí),可對(duì)其校正系數(shù)進(jìn)行外延,但外延應(yīng)在大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和統(tǒng)計(jì)后才能進(jìn)行,然而當(dāng)深度大于21m后,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素較為復(fù)雜,應(yīng)配合其它實(shí)驗(yàn)手段,以便對(duì)比分析標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)成果的統(tǒng)計(jì)和分析方法。標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)所得到的成果往往是客觀的,但對(duì)成果的統(tǒng)計(jì)和分析帶有主觀的因素,并且目前尚無統(tǒng)一的規(guī)定,因而對(duì)成果的統(tǒng)計(jì)和分析方法正確與否,將直接影響其成果的準(zhǔn)確性。筆者認(rèn)為,在統(tǒng)計(jì)前應(yīng)結(jié)合鉆探成果,根據(jù)地貌單元、地層層位、成果類型和堆積年代等對(duì)地層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)單元?jiǎng)澐?對(duì)同一單元所取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(應(yīng)不少于5—6個(gè))進(jìn)行檢查分析。當(dāng)在野外觀察鑒別上劃分為二層土,但其實(shí)驗(yàn)的成果比較接近時(shí),可作為一個(gè)力學(xué)層合并為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元。當(dāng)在同一單元體中出現(xiàn)個(gè)別離散性較大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)對(duì)其高值或低值認(rèn)真研究分析,以確定在統(tǒng)計(jì)過程中是否取舍,目前對(duì)成果的統(tǒng)計(jì)方法很多,有最大和最小平均值法、除掉10%后的最大和最小平均值法、算術(shù)平均值法、加權(quán)平均值法和中值法等等。統(tǒng)計(jì)方法的選擇應(yīng)根據(jù)土層的物理力學(xué)性質(zhì)確定。當(dāng)土質(zhì)均勻,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性較小時(shí),可采用算術(shù)平均值法或中值法;當(dāng)土質(zhì)不均勻,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性較大時(shí),可采用最大和最小平均值法或除掉10%后的最大和最小平均值法。公式如下:

2 利用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

利用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,是標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)的重要目的之一,尤其是在淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中有重要的現(xiàn)實(shí)意義。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)規(guī)定,用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),其擊數(shù)應(yīng)再經(jīng)下式修正:

式中,u-實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)(已經(jīng)觸探桿長(zhǎng)度校正)平均值;σ-標(biāo)準(zhǔn)差。

式中要求標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)的擊數(shù)呈正態(tài)分布,因而應(yīng)對(duì)離散性大的數(shù)值進(jìn)行取舍,并對(duì)高值或低值作客觀的分析,如土質(zhì)不均勻時(shí),應(yīng)考慮把其單獨(dú)劃分成一個(gè)小的統(tǒng)計(jì)單元;如屬人為差錯(cuò),應(yīng)把其舍去。

3 工程驗(yàn)證

該實(shí)例為某一商住大廈地基基礎(chǔ)的勘察工程。該工程為122×72m2的高層建筑,勘察要求較為嚴(yán)格,建筑物建在厚度為10-11.2m的回填土上,填土的時(shí)間已很久,回填時(shí)已按規(guī)范進(jìn)行了分層壓實(shí)處理。在設(shè)計(jì)勘察方案時(shí),在每個(gè)鉆孔的不同深度分別作了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),并在標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)的相應(yīng)位置取原狀土樣作土工分析,以便對(duì)照。該場(chǎng)地共布設(shè)鉆孔26個(gè),標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)56次。經(jīng)鉆探及原位測(cè)試后發(fā)現(xiàn),場(chǎng)地的填土在垂直和水平方向上其物質(zhì)成分及物理力學(xué)性質(zhì)變化不大,因而在統(tǒng)計(jì)標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)成果時(shí),分別在垂直方向上每隔2m劃分為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元,統(tǒng)計(jì)成果見表1。

表1 統(tǒng)計(jì)成果表

因該地基為厚層狀填土,物質(zhì)成分主要為呈土狀的強(qiáng)風(fēng)化砂巖及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,在鉆探過程中發(fā)現(xiàn)少量的15×10cm的強(qiáng)風(fēng)化巖石碎塊,因而在標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)過程中其數(shù)據(jù)的離散性也相對(duì)較大,故在成果統(tǒng)計(jì)時(shí)采用了去掉最大和最小值的10%,再按最小平均值法統(tǒng)計(jì)。在統(tǒng)計(jì)后,對(duì)其實(shí)驗(yàn)的高值及低值作了詳細(xì)的分析,高值的原因是在實(shí)驗(yàn)中碰到了較大的強(qiáng)風(fēng)化巖石碎塊,低值是在填土壓實(shí)過程中存在的局部松散現(xiàn)象,高低值出現(xiàn)的頻率都不高,且無規(guī)律。統(tǒng)計(jì)后的成果,與土工實(shí)驗(yàn)的成果是較為吻合的,同時(shí),經(jīng)開挖基礎(chǔ)做驗(yàn)槽測(cè)試時(shí),其結(jié)果也與統(tǒng)計(jì)成果相吻合。

4 結(jié)束語

通過以上分析,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)費(fèi)用少,速度快,適用范圍廣的一種行之有效的原位測(cè)試手段。其關(guān)鍵問題是在保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的前提下,對(duì)成果的統(tǒng)計(jì)和分析要做到科學(xué)合理。同時(shí),對(duì)含漂石及塊石較多的礫砂卵石層或不均勻系數(shù)較大的碎石土中,標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)將偏高,標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)過程中因受機(jī)械設(shè)備及人為因素的影響較大,應(yīng)盡量配合其它實(shí)驗(yàn)手段,以便對(duì)其成果進(jìn)行對(duì)照分析。

[1]樁基工程手冊(cè)編委會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995.

[2]劉利民,舒祥,熊巨華.樁基工程的理論進(jìn)展與工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

[3]南京水利科學(xué)研究院.土木實(shí)驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2003.