張宗聯(lián)

（泉州水務(wù)工程建設(shè)集團有限公司，福建 泉州 362000）

1 引言

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（SPT）是一種原位勘察手段，它用質(zhì)量為63.5kg 的重錘按照規(guī)定的落距（76cm）自由下落，將貫入器打入地層，根據(jù)貫入器在土層貫入深度（一般為30cm）得到的錘擊數(shù)來判定土層力學(xué)性質(zhì)【1】。這種測試方法應(yīng)用普遍，適用于砂土、粉土和一般黏性土【2】。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗簡稱為標(biāo)貫，其探頭是一個空心貫入器，試驗過程中還可以取土。標(biāo)貫試驗在國內(nèi)外運用廣泛，是一種重要的土工原位測試技術(shù)。具有以下優(yōu)點：（1）設(shè)備堅固、簡單、耐用；（2）易掌握操作及測試方法；（3）適應(yīng)廣泛，適用于砂土、粉土及一般黏性土；（4）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗可同時取樣，方便直接觀察和描述土層情況；（5）運用歷史悠久，在此基礎(chǔ)上積累了豐富的經(jīng)驗，是巖土工程勘察中不可缺少的一項野外現(xiàn)場測試方法。

2 標(biāo)貫擊數(shù)影響因素及成果運用

2.1 試驗影響因素

1）鉆進方法：試驗前，選擇回轉(zhuǎn)還是沖擊鉆進，N 值將不同，在砂層中這種差別明顯；有文獻資料顯示，這種誤差可達20%左右。故建議在土層中試驗前選擇回轉(zhuǎn)鉆進，砂層中選擇泥漿護壁。

2）試驗設(shè)備的連接：部件之間如絲扣或接頭部位松動，將增大N 值。

3）貫入器的完整性：貫入器靴刃口部位殘缺或變形，將增大N 值。

4）貫入深度：當(dāng)鉆孔出現(xiàn)縮孔甚至坍塌，貫入深度會加大，將造成貫入試驗器械的阻力加大，使N 值增大。為保證試驗精度須保持孔底干凈不擾動。

5）鉆桿垂直度：鉆桿傾斜時，會與孔壁產(chǎn)生摩擦，貫入器的打擊能量減小，將出現(xiàn)N 值偏大的傾向。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉆桿間隔一定長度應(yīng)考慮此類因素影響，要設(shè)置導(dǎo)正裝置。我國現(xiàn)有規(guī)范無此規(guī)定，為避免出現(xiàn)鉆桿傾斜，建議在試驗時人工導(dǎo)正。

6）桿長因素：隨著桿長的加大，錘擊能量在傳遞到貫入器的過程中出現(xiàn)衰減。

7）上覆土壓力：隨著土層中上覆壓力的增大，試驗深度處土的圍壓對試驗成果的影響，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)相應(yīng)增大

8）地下水：地下水位以下，土顆粒受到浮力影響，有效應(yīng)力小于總應(yīng)力。判斷液化時，對于水利水運工程，應(yīng)以工程運行后的地下水位來考慮標(biāo)貫值的修正。

2.2 試驗結(jié)果的運用

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗有著廣泛的運用，例如，確定地基承載力、確定土的抗剪強度、砂土的密實度、確定土的變形參數(shù)、確定黏性土的狀態(tài)和無側(cè)限抗壓強度、估算單樁承載力、計算剪切波速及評價砂土液化等。國標(biāo)GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 年版）【3】3.3.9 條用未經(jīng)過校正的 N 值確定砂土的密實度。福建省標(biāo)地DBJ13-07—2006《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》【4】附錄C，用未經(jīng)過校正的N 值經(jīng)驗關(guān)系確認(rèn)地基承載力。國標(biāo) GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016 年版）【5】4.3.4 條，用經(jīng)過地下水修正后的N 值，判定地基土液化。

除了規(guī)范推薦的N 值運用外，國內(nèi)學(xué)者關(guān)于標(biāo)貫結(jié)果N值的運用有諸多成果。

田麗麗【6】等通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)與靜力觸探指標(biāo)的對比研究，發(fā)現(xiàn)標(biāo)貫試驗N 值與土層的錐尖阻力存在明顯的相關(guān)關(guān)系。對大量的數(shù)據(jù)采用SPSS 軟件進行回歸分析后，發(fā)現(xiàn)理論值與實際值平均誤差為3.36%，絕對誤差為15.74%，驗證結(jié)果總體理想。

劉俊龍【7】利用多個工程地基土的標(biāo)貫試驗測試結(jié)果，提出了適合福州地區(qū)打入（靜壓）預(yù)制單樁極限承載力估算的經(jīng)驗公式。經(jīng)過工程驗證，表明利用標(biāo)貫擊數(shù)估算單樁極限承載力可獲得較高的精確度。

胡增輝【8】等通過對馬來西亞檳州第二跨海大橋的試驗結(jié)果研究分析，利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的N 值與黏性土的不排水抗剪強度值的相關(guān)性，提出了利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的N 值確定黏性土的不排水抗剪強度，在實際運用中獲得了良好的效果。

劉輝【9】分析研究了徐州市區(qū)從2006—2010 年的18 項工程的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗與土工試驗資料，其中，土工試驗共計1 731 組，標(biāo)貫試驗1 277 次，發(fā)現(xiàn)標(biāo)貫與液性指數(shù)、壓縮模量、黏聚力及內(nèi)摩擦角均有較強的相關(guān)性，通過線性擬合，可建立基于標(biāo)貫擊數(shù)的各物理指標(biāo)的經(jīng)驗關(guān)系式，相對偏差算術(shù)平均值均在10%以內(nèi)。

李兵【10】通過對某地區(qū)黏土的實測數(shù)據(jù)分析，建立平均剪切波速度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系，此關(guān)系能較好地指導(dǎo)當(dāng)?shù)乜辈臁?/p>

王崇艮【11】以珠江三角洲地區(qū)大量工點資料為基礎(chǔ)，采用線性回歸方法得到了標(biāo)貫擊數(shù)與黏性土液性指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明有較高的可靠性。

3 標(biāo)貫擊數(shù)成果的校正

3.1 桿長因素校正

福建省地標(biāo)DBJ13-84—2006《巖土工程勘察規(guī)范》【12】11.4.6 條文說明規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的貫入深度不宜超過21m。同時規(guī)定，當(dāng)試驗深度大于3m 時，實測錘擊數(shù)N′需按式（1）進行鉆桿長度修正：

式中，α 為修正系數(shù)，按表1 取值。

表1 桿長與修正系數(shù)

桿長與修正系數(shù)見表1，α 值并非實測值，而是根據(jù)牛頓彈性碰撞理論計算而得。由于桿長超過21m 后，探桿系統(tǒng)質(zhì)量已超過落錘質(zhì)量的2 倍，根據(jù)碰撞理論，此時能量損失很大，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗已不適用，故規(guī)范規(guī)定桿長修正限制為21m。但是，目前實際工程中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的桿長最長已超過100m，試驗成果N 值仍能較好地反映土層的力學(xué)性質(zhì)的變化【13】。現(xiàn)代高層建筑工程項目勘察中，標(biāo)貫桿長已遠遠超過21m。GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 年版）10.5.5 條 1 款條文說明，錘擊傳輸給桿件的能量變化遠大于桿長變化能量的衰減，故建議不作桿長修正的N 值是基本數(shù)值，運用時再根據(jù)情況考慮是否修正，用何種方法修正。GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》【14】4.1.8 條條文說明，勘察報告應(yīng)該提供未經(jīng)修正的實測值，這是基本數(shù)據(jù)，然后根據(jù)當(dāng)時積累資料統(tǒng)計分析時的具體情況，確定是否需要修正。

福建省地標(biāo)DBJ13-84—2006《巖土工程勘察規(guī)范》的11.4.6 條文說明中表明，式（1）來自GBJ 7—1989《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，本規(guī)范已被GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》取代，而新規(guī)范未對桿長修正作任何規(guī)定。新修訂的規(guī)范不對桿長修正作任何規(guī)定，這并不意味著對桿長修訂的肯定與否定，而是把桿長問題留給學(xué)術(shù)界、工程界繼續(xù)研究，以得到更完善的修正公式。

由于撞擊碰撞理論不能很好地解釋桿長修正帶來的標(biāo)貫擊數(shù)變化，西方國家普遍采用能量撞擊傳輸衰變理論解釋桿長帶來標(biāo)貫擊數(shù)變化的影響。采用修正后的能量因子為60%時對應(yīng)標(biāo)貫修正值N60及能量因子為60%時換算成上覆應(yīng)力為100kPa 時的標(biāo)貫修正值（N1）60換算成黏性土或砂土指標(biāo)【15】。

式中，Ni為相應(yīng)于能量比為ERi的實測錘擊數(shù)，擊；ERi為實測應(yīng)力波能量比，%；N60為修正為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力波能量比的標(biāo)貫擊數(shù)，擊。

3.2 土的自重影響校正

國內(nèi)規(guī)范較少對此項進行校正。歐美國家有較多研究，隨著貫入深度增大，試驗深度處土的圍壓及土層中上覆壓力將增大，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)相應(yīng)增大，標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)采用式（3）進行修正：

式中，N1為修正為上覆壓力σv0=100kPa 的錘擊數(shù)，擊；N 為實測錘擊數(shù)，擊；cN為上覆土壓力修正系數(shù)。

3.3 地下水位的影響校正

水利水運項因工程運行時，地下水位會發(fā)生變化。在評價時候應(yīng)按工程運行后的地下水位來考慮。GB 50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》【16】附錄P0.4 條規(guī)定，在液化判定中，標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)修正。

式中，N′為實測標(biāo)貫錘擊數(shù)；ds為工程運用時，標(biāo)準(zhǔn)貫入點在當(dāng)時地面以下的深度，m；dw為工程運用時，地下水位在當(dāng)時地面以下的深度，m，當(dāng)?shù)孛嫜蜎]于水面以下時，dw取0為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗時，標(biāo)準(zhǔn)貫入點在當(dāng)時地面以下的深度，m′為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗時，地下水位在當(dāng)時地面以下的深度，當(dāng)?shù)孛嫜蜎]于水面以下時，取0。

校正后標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)和實測標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)均不進行樁桿長度校正。

水利港口航運工程中，發(fā)現(xiàn)對于地下水位下的中粗砂實測標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)增加5 擊計算，比較符合工程的實際，也有砂粒在地下水位下的浮力和動力作用的理論依據(jù)。JST 147-1—2010《港口工程地基規(guī)范》【17】4.2.7 條及水運行標(biāo) JTS 133—2013《水運工程巖土勘察規(guī)范》【18】4.2.11 條規(guī)定，當(dāng)用 N 值確定密實度Dr及內(nèi)摩擦角φ 值時，對地下水位以下的中、粗砂層的N 值宜按式（5）校正：

式中，N 為修正后的錘擊數(shù)，擊；N′為實測錘擊數(shù)，擊。

4 工程實例

本文收集泉州地區(qū)幾個實際項目中黏土實測標(biāo)貫擊數(shù)N（統(tǒng)計后的標(biāo)準(zhǔn)值）與室內(nèi)土工試驗的壓縮模量Es進行比對。標(biāo)貫擊數(shù)與壓縮模量見表2。

表2 標(biāo)貫擊數(shù)與壓縮模量

圖1 中可以得到標(biāo)貫擊數(shù)與土體壓縮模量有著明顯的相關(guān)關(guān)系。隨著標(biāo)貫擊數(shù)的增加，壓縮模量也增加。在樣本足夠多的情況下，可建立區(qū)域性的經(jīng)驗關(guān)系式，為區(qū)域工程建設(shè)提供相對可靠的設(shè)計數(shù)據(jù)，定性了解土的物理性質(zhì)，縮短勘察周期，創(chuàng)造效益。

圖1 標(biāo)貫擊數(shù)與壓縮模量的關(guān)系

5 結(jié)語

標(biāo)貫作為一項簡單實用的原位測試技術(shù)，在地質(zhì)勘察中得到廣泛的運用，是勘察中不可取代的一項測試技術(shù)。除規(guī)范規(guī)定的標(biāo)貫成果運用外，我國廣大的工程技術(shù)人員和科研工作者在長期的工程實踐中，運用標(biāo)貫成果估算單樁承載力、抗剪強度指標(biāo)等，在區(qū)域的工程實踐中取得比較好的效果。

運用標(biāo)貫成果時，擊數(shù)如何進行修正或是否需要修正，應(yīng)該首先考慮用標(biāo)貫擊數(shù)解決什么問題，依據(jù)什么經(jīng)驗作為背景，以及建立這些經(jīng)驗式的基礎(chǔ)依據(jù)。例如，地基土液化中，用修正后的標(biāo)貫值得到了比較好的運用。過去很多經(jīng)驗公式關(guān)系式是基于標(biāo)貫桿長修正后的擊數(shù)。新修訂的規(guī)范，對桿長的修訂未做任何規(guī)定，并不否認(rèn)桿長修正的必要性，而是彈性碰撞理論不能解釋與實際工程結(jié)果的偏差，標(biāo)貫擊數(shù)如何修正以及怎么修正需要地質(zhì)勘察技術(shù)人員在實踐中不斷積累經(jīng)驗，得到更寶貴的經(jīng)驗關(guān)系。