張 毅，房 明，石漢生，周洪波

（1.廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510010；2.廣東財(cái)經(jīng)大學(xué)，廣州 510320）

1 引言

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）（通常簡(jiǎn)稱“標(biāo)貫試驗(yàn)”）是目前巖土工程勘察工作中十分常用的原位測(cè)試方法，它用質(zhì)量為63.5 kg的重錘按照規(guī)定的落距（76 cm）自由下落，將貫入器打入地層，根據(jù)貫入器在土層貫入30 cm深度得到的錘擊數(shù)來判定土層力學(xué)性質(zhì)[1]。標(biāo)貫試驗(yàn)適用于砂土、粉土和一般黏性土[2]。

在我國，尤其是廣東和廣州地區(qū)現(xiàn)階段的巖土工程勘察工作中，長期以來，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果判別黏性土的狀態(tài)時(shí)，一般采用未經(jīng)桿長修正的實(shí)測(cè)值進(jìn)行判別[3-7]，如廣東省目前采用實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)黏性土的狀態(tài)進(jìn)行判別，如表1所示。

表1 黏性土狀態(tài)按標(biāo)貫擊數(shù)和液性指數(shù)分類表

由表1可知，當(dāng)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)位于5＜N′≤15這個(gè)區(qū)間時(shí)，可判定為可塑土。但是實(shí)際的勘察工作中，一般情況下，采用液性指數(shù)判別黏性土的狀態(tài)比較準(zhǔn)確。實(shí)際在采用標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)判別黏性土的狀態(tài)時(shí)，由于鉆孔深度和鉆桿長度的逐漸增加，標(biāo)貫試驗(yàn)單次錘擊能量的損失隨之加大，實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)偏高[8]，故采用未經(jīng)桿長修正的實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)判別黏性土的狀態(tài)往往存在一定的偏差，甚至是錯(cuò)誤，尤其是針對(duì)可塑土的判別。

實(shí)際勘察工作中，勘察現(xiàn)場(chǎng)的編錄工作一般是先根據(jù)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)并結(jié)合勘察鉆探取出的土芯狀態(tài)對(duì)黏性土的狀態(tài)進(jìn)行判別。而采用實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)黏性土的狀態(tài)進(jìn)行判別的方法帶來的偏差和誤判往往給現(xiàn)場(chǎng)編錄的工程師帶來干擾。

巖土工程勘察工作需結(jié)合勘察鉆探實(shí)際情況、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果相互印證，從而進(jìn)一步得出相關(guān)的巖土工程評(píng)價(jià)和結(jié)論，并以原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果為主要依據(jù)，提出相關(guān)的巖土參數(shù)，所以這種偏差和誤判嚴(yán)重干擾了工程勘察的現(xiàn)場(chǎng)編錄和勘察報(bào)告編制工作，從而進(jìn)一步嚴(yán)重影響了巖土工程勘察的準(zhǔn)確性。

為此，本文結(jié)合多年實(shí)際巖土工程勘察工作的工程經(jīng)驗(yàn)，分析采用標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)所帶來的偏差和誤判，在此基礎(chǔ)上提出采用標(biāo)貫試驗(yàn)修正后擊數(shù)判別黏性土的狀態(tài)是否屬于可塑狀態(tài)的新的判別方法。

2 以工程實(shí)例分析采用實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)作為判別黏性土狀態(tài)依據(jù)帶來的偏差

根據(jù)以往的工程勘察經(jīng)驗(yàn)和勘察行業(yè)一般認(rèn)知，較軟的土層（流塑、軟塑、可塑）通常是分布于淺部，而越往下的土層會(huì)越硬（硬塑、堅(jiān)硬），故廣東省標(biāo)準(zhǔn)DB J15-31—2016《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的按標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，正是根據(jù)上述情況，在一定程度上考慮了實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)具有一定偏差，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的前提下給出的，具有一定的工程適用性。

但當(dāng)土層埋深較深時(shí)，由于實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)會(huì)偏高，容易產(chǎn)生軟塑土層實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)大于5擊的情況和可塑土標(biāo)貫擊數(shù)大于15擊的情況，且常出現(xiàn)在埋深較深的黏性土層中，表2和表3列舉了相關(guān)工程實(shí)例進(jìn)行說明。

表2 工程實(shí)例1

可以明顯發(fā)現(xiàn)，此時(shí)采用實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)黏性土的狀態(tài)進(jìn)行判別，會(huì)把軟塑土誤判為可塑土，把可塑土誤判為硬塑土，是偏不安全的。

另外，通過表3的數(shù)據(jù)可以明顯發(fā)現(xiàn)，修正后標(biāo)貫擊數(shù)在12.4～12.7擊這個(gè)區(qū)間，這也在一定程度上顯示了修正后標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)在可塑和硬塑狀態(tài)土層的分界情況。

表3 工程實(shí)例2

3 新判別方法的建議

3.1 新判別方法的歷史背景

上文所述的問題已持續(xù)已久，實(shí)際工作中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)編錄入帶來了許多干擾。廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司的工程師們?cè)趯?shí)際工程勘察工作中不斷摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合幾十年的實(shí)際工程勘察的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套新的判別方法，并應(yīng)用于廣州及周邊地區(qū)的實(shí)際巖土工程勘察工作中已有十多年之久。

3.2 采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的新方法

新判別方法認(rèn)為應(yīng)以修正后標(biāo)貫擊數(shù)作為黏性土的狀態(tài)主要的判別標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)輔以后期室內(nèi)試驗(yàn)成果加以修正。修正后擊數(shù)判別黏性土狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)具體見表4。

表4 黏性土狀態(tài)按標(biāo)貫擊數(shù)和液性指數(shù)分類表

2.實(shí)際應(yīng)用中均應(yīng)遵循以下原則：需綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)勘察鉆探實(shí)際情況判別結(jié)果（主要是指取得的巖芯狀態(tài)和鉆機(jī)鉆探時(shí)的難易程度，并按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 87—2012《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》附錄G鑒別）和室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果，將三者的成果相互印證，并考慮安全性和合理性，以相對(duì)不利的原則得出最終的判別結(jié)果；尤其是當(dāng)N值位于3擊、5擊或13擊附近時(shí)，更應(yīng)注意結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)勘察鉆探的實(shí)際情況進(jìn)一步綜合判別該土層的狀態(tài)。

需要說明的是：

1）根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)貫試驗(yàn)的錘擊能相對(duì)于流塑狀態(tài)的黏性土來說是較大的，故標(biāo)貫試驗(yàn)用于判別黏性土狀態(tài)時(shí)的適用性較差，因?yàn)楫?dāng)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)是4擊時(shí)，容易發(fā)生誤判（誤把流塑土判為軟塑土），故采用修正后標(biāo)貫擊數(shù)作為判別依據(jù)，并結(jié)合土工試驗(yàn)進(jìn)一步判別其狀態(tài)更加合理。所以實(shí)際工程勘察工作中主要是以室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和其他原位測(cè)試成果（如十字板和靜力觸探試驗(yàn)）作為評(píng)價(jià)其物理力學(xué)性質(zhì)的主要依據(jù)。

2）表4中之所以在修正后標(biāo)貫擊數(shù)＞13擊后不再進(jìn)行細(xì)分硬塑土和堅(jiān)硬土，主要是因?yàn)樵趯?shí)際工程勘察的工作中發(fā)現(xiàn)，坡積和殘積成因的黏性土常含較多的粉細(xì)砂、中粗砂甚至是礫砂和卵礫石等更大的硬物，尤其是以殘積成因的黏性土尤為明顯，且當(dāng)土層越硬，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)由于其試驗(yàn)方法本身的原因，其適應(yīng)度會(huì)有一定的降低，故實(shí)際工程勘察工作中，采用結(jié)合勘察鉆探的實(shí)際情況、土工試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步綜合判別黏性土層是否屬于堅(jiān)硬狀態(tài)的方法。

采用新判別方法，如出現(xiàn)與前文所列的相似情況，在保證一定安全度的前提下，可在一定程度上較好地減小勘察判別工作的錯(cuò)誤率。

新判別方法廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司在廣州及周邊地區(qū)嘗試使用時(shí)間已超過10年，其合理性和適用性已經(jīng)得到了較好檢驗(yàn)。建議廣州及周邊地區(qū)可采用此方法進(jìn)一步在實(shí)際工程中進(jìn)行嘗試、應(yīng)用和驗(yàn)證，以進(jìn)一步完善優(yōu)化該方法，或提出新的采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)黏性土狀態(tài)進(jìn)行判別的方式方法。

3.3 以工程實(shí)例分析新判別方法的適用性

為了比較合理和直觀地說明新判別方法的適用性，本文搜集了一些廣州及其臨近地區(qū)的巖土工程勘察項(xiàng)目的勘察成果資料，從中挑選出一些標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和土樣在同一個(gè)鉆孔、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)深度和土樣深度鄰近且室內(nèi)試驗(yàn)成果已顯示該土層為可塑土（0.25＜IL≤0.75）的數(shù)據(jù)進(jìn)行可塑土的標(biāo)貫擊數(shù)的頻數(shù)和正態(tài)分布分析，其結(jié)果見圖1和圖2。

分析對(duì)比圖1和圖2可以明顯發(fā)現(xiàn)，可塑土的實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)值比較離散，集中趨勢(shì)較差，多集中于5.8～18.0這個(gè)區(qū)間。若按以往標(biāo)準(zhǔn)判別會(huì)有更多的判別結(jié)果是硬塑土層，實(shí)際應(yīng)用中適應(yīng)性較差，偏不安全，同時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)編錄以及后期的修正和統(tǒng)計(jì)帶來了較大的誤差和工作量。而圖2顯示修正后標(biāo)貫擊數(shù)多集中于3.7～12.2這個(gè)區(qū)間，與新方法的判別標(biāo)準(zhǔn)十分契合，尤其在3.7～4.5擊區(qū)間，修正后標(biāo)貫擊數(shù)的頻數(shù)增加明顯。雖然修正后擊數(shù)“5擊”的判別標(biāo)準(zhǔn)較之實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，可能在表面上看適應(yīng)性稍差，根據(jù)鉆探實(shí)際情況和土工實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了修正是其主要原因之一。但根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，新標(biāo)準(zhǔn)的安全度和對(duì)于整個(gè)工程的適應(yīng)度反而得到了大大的提高，避免了很多對(duì)工程不利的因素，尤其是當(dāng)工程是以可塑土作為基礎(chǔ)持力層或用可塑土參數(shù)計(jì)算邊坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，因土層本身的不均勻性和外界條件變化（如含砂量較多的粉質(zhì)黏土層場(chǎng)地的地下水位上升或降雨入滲使得土體基質(zhì)吸力下降從而抗剪強(qiáng)度降低[9，10]等情況），往往出現(xiàn)承載力或抗剪強(qiáng)度不足，變形增大的情況，故將原來的新判別標(biāo)準(zhǔn)的“4擊”調(diào)整為“5擊”“12擊”調(diào)整為“13擊”，并輔以鉆探實(shí)際情況和后期土工實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行安全合理的修正。雖然相對(duì)比較保守，但增加了現(xiàn)場(chǎng)判別黏性土狀態(tài)的安全度。顯然采用修正后擊數(shù)判別黏性土是否屬于可塑狀態(tài)較采用實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)安全度高，其適用性更強(qiáng)，更加安全合理。

圖1 可塑土實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)頻數(shù)和正態(tài)分布圖

圖2 可塑土修正后標(biāo)貫擊數(shù)頻數(shù)和正態(tài)分布圖

4 結(jié)語

本文通過列舉工程實(shí)例，對(duì)比分析了采用實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)和修正后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)黏性土狀態(tài)進(jìn)行判別的兩種方法在實(shí)際巖土工程勘察工作中的應(yīng)用情況。結(jié)合以往幾十年的巖土工程勘察經(jīng)驗(yàn)，提出了廣州及周邊地區(qū)可采用修正后標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)黏性土的狀態(tài)進(jìn)行判別的新方法，該方法對(duì)以后的巖土工程勘察工作中對(duì)黏性土狀態(tài)的判別問題具有比較重要的指導(dǎo)價(jià)值和意義。