1、第7章 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),主講：崔德山,目 錄,1. 概述 2. 設(shè)備與原理 3. 技術(shù)要求 4. 成果整理 5. 工程應(yīng)用 6. 下節(jié)課：第8章 旁壓試驗(yàn)（1、2節(jié)上課，3、4節(jié)旁壓試驗(yàn)）,1. 概述,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（ Standard Penetration Test ，SPT）是用質(zhì)量為63.5kg的重錘按照規(guī)定的落距（76cm）自由下落，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器打入土層，根據(jù)貫入器在貫入一定深度得到的錘擊數(shù)來判定土層的性質(zhì)，簡稱標(biāo)貫 (SPT)。它適用于砂土、粉土、一般黏性土、風(fēng)化巖及冰磧土。,1. 概述,SPT實(shí)際上仍屬于動力觸探類型之一，所不同的是，其觸探頭不是圓錐探頭，而是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓筒形探

2、頭(由兩個半圓筒合成的取土器)，稱之為貫入器。利用規(guī)定的落錘能量將貫入器打入土中，根據(jù)貫入的難易程度，可用貫入30cm的擊數(shù)N判定土的物理力學(xué)性質(zhì)。,目的,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的目的是用測得的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N判斷砂土的密實(shí)度，粘性土和粉土的稠度。估算土的強(qiáng)度與變形指標(biāo)，確定地基土的承載力，評定砂土、粉土的振動液化及估計(jì)單樁極限承載力及沉樁可能性；并可劃分土層類別，確定土層剖面和取擾動土試樣進(jìn)行一般物理性試驗(yàn)，用于巖土工程地基加固處理設(shè)計(jì)及效果檢驗(yàn)。,優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：（1）操作簡單，地層適應(yīng)性廣，對不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土尤為適用，當(dāng)土中含有較大碎石時，使用受限制。（2）通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，從貫入器中

3、還可以取得土樣，可對土層進(jìn)行直接觀察，利用擾動土樣，可以進(jìn)行鑒別土類的有關(guān)試驗(yàn)。 缺點(diǎn)：（1）離散性比較大，故只能粗略地評定土的工程性質(zhì)。（2）與圓錐動力觸探試驗(yàn)相似，SPT并不能直接測定地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，而是通過與其他原位測試手段或室內(nèi)試驗(yàn)成果進(jìn)行對比，建立關(guān)系式，積累地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，才能用于評定地基土的物理力學(xué)性質(zhì)。,2. 設(shè)備與原理,2.1 設(shè)備 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備主要由貫入器、貫入探桿和穿心錘三部分組成。 1.貫入器:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器是由兩個半圓管合成的圓筒型探頭。 2.穿心錘:重63.5kg的鑄鋼件，中間有一直徑45mm的穿心孔，此孔為放導(dǎo)向桿用。 3.觸探桿:國際上多用直徑為40-50

4、mm的無縫鋼管，我國則常用直徑為42mm的工程地質(zhì)鉆桿。,2.2 原理,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是利用一定的落錘能量將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器貫入土中，根據(jù)打入土中30cm的錘擊數(shù)(N)來判別土的工程性質(zhì)的一種現(xiàn)場測試方法。其試驗(yàn)原理與動力觸探試驗(yàn)十分相似，因此，動力觸探的試驗(yàn)原理也適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。 但是，SPT與動力觸探在貫入器上的差別，決定SPT的基本原理的獨(dú)特性，SPT在貫入過程中，整個貫入器對端部和周圍土體將產(chǎn)生擠壓和剪切作用，SPT的貫入器是空心的，在沖擊力作用下，將有一部分土擠入貫入器，其工作狀態(tài)和邊界條件十分復(fù)雜。,影響因素,影響標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的因素有很多，主要有以下兩個方面: 1.鉆孔孔底土的應(yīng)

5、力狀態(tài):不同的鉆進(jìn)工藝(回轉(zhuǎn)、水沖等)、孔內(nèi)外水位的差異、鉆孔直徑的大小等，都會改變鉆孔底應(yīng)力狀態(tài)，它會對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)有重要影響。 2.錘擊能量:通過實(shí)測，即使是自動自由落錘，傳輸給探桿系統(tǒng)的錘擊能量有很大的波動，變化范圍達(dá)到士(45-50%)，對于不同單位、不同機(jī)具、不同操作水平，錘擊能量的變化范圍更大。,新方法,為了提高試驗(yàn)質(zhì)量，國外已發(fā)展直接標(biāo)定輸入探桿錘擊能量的新方法。在錘墊附近設(shè)置一測力計(jì)，記錄探桿受錘擊后的力一時間波形曲線。,標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力波能量比,3. 技術(shù)要求,（1）先用鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上0.15m處，清除殘土。清孔時，應(yīng)避免試驗(yàn)土層受到擾動。當(dāng)在地下水位以下的土層中進(jìn)行試驗(yàn)

6、時，應(yīng)使孔內(nèi)水位保持高于地下水位，以免出現(xiàn)涌砂和塌孔；必要時，應(yīng)下套管或用泥漿護(hù)壁。 （2）貫入前應(yīng)擰緊鉆桿接頭，將貫入器放入孔內(nèi)，避免沖擊孔底，注意保持貫入器、鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)接后的垂直度?？卓谝思訉?dǎo)向器，以保證穿心錘中心施力。貫入器放入孔內(nèi)后，應(yīng)測定貫入器所在深度，要求殘土厚度不大于0.1m。,3. 技術(shù)要求,（3）將貫入器以每分鐘擊打1530次的頻率，先打入土中0.15m，不計(jì)錘擊數(shù)；然后開始記錄每打入0.10m及累計(jì)0.30m的錘擊數(shù)N，并記錄貫入深度與試驗(yàn)情況。若遇密實(shí)土層，錘擊數(shù)超過50擊時，不應(yīng)強(qiáng)行打入，并記錄50擊的貫入深度。 （4）旋轉(zhuǎn)鉆桿，然后提出貫入器，取貫入器中的土樣進(jìn)行

7、鑒別、描述記錄，并測量其長度。將需要保存的土樣仔細(xì)包裝、編號，以備試驗(yàn)之用。 （5）重復(fù)14步驟，進(jìn)行下一深度的標(biāo)貫測試，直至所需深度。一般每隔1m進(jìn)行一次標(biāo)貫試驗(yàn)。,注意事項(xiàng),（1）須保持孔內(nèi)水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土處于平衡狀態(tài)，不使孔底發(fā)生涌砂變松，影響N值； （2）下套管不要超過試驗(yàn)標(biāo)高； （3）須緩慢地下放鉆具，避免孔底土的擾動； （4）細(xì)心清除孔底浮土，孔底浮土應(yīng)盡量少，其厚度不得大于10cm； （5）如鉆進(jìn)中需取樣，則不應(yīng)在錘擊法取樣后立刻做標(biāo)貫，而應(yīng)在繼續(xù)鉆進(jìn)一定深度（可根據(jù)土層軟硬程度而定）后再做標(biāo)貫，以免人為增大N值；,注意事項(xiàng),（6）鉆孔直徑不宜過大，

8、以免加大錘擊時探桿的晃動；鉆孔直徑過大時，可減少N至50%，建議鉆孔直徑上限為100mm，以免影響N值。 標(biāo)貫和圓錐動力觸探測試方法的不同點(diǎn)，主要是不能連續(xù)貫入，每貫入0.45m必須提鉆一次，然后換上鉆頭進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至下一試驗(yàn)深度，重新開始試驗(yàn)。另外，標(biāo)貫試驗(yàn)不宜在含有碎石的土層中進(jìn)行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中，以免損壞標(biāo)貫器的管靴刃口。,4. 成果整理,桿長修正 上覆壓力修正 地下水的修正,地下水位影響校正,Terzaghi和Peck(1953)提出對于d10=0.10.05mm的飽和粉細(xì)砂，當(dāng)實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)N15時。需要進(jìn)行修正:,成果整理,1. 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果整理時，試驗(yàn)資料應(yīng)當(dāng)齊全

9、，包括:鉆孔孔徑、鉆進(jìn)方式、護(hù)孔方式、落錘方式、地下水位及孔內(nèi)水位(或泥漿高程)，初始貫入度、預(yù)打擊數(shù)、試驗(yàn)標(biāo)貫擊數(shù)及深度記錄、貫入器所取擾動土樣的鑒別描述。如做過錘擊能量標(biāo)定試驗(yàn)的，應(yīng)有F(t)-t曲線。 2.繪制標(biāo)貫擊數(shù)N與深度的關(guān)系曲線?；蛟诘刭|(zhì)剖面圖上，進(jìn)行SPT的鉆孔旁于試驗(yàn)點(diǎn)深度標(biāo)出N值。作為勘察資料提供時，對N值不必進(jìn)行桿長修正、上覆壓力修正及地下水位修正。 3.結(jié)合鉆探及其他原位試驗(yàn)，依據(jù)N值在深度上的變化，對各土層的N值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)時，要剔除個別異常值。,標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力波能量比,5. 工程應(yīng)用,1.地基承載力的確定 2.土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定 3.地基土變形模量、壓縮模量的確定

10、 4.粘性土和粉土天然狀態(tài)判定 5.砂土相對密實(shí)度的確定 6.樁基承載力的確定,地基承載力的確定,地基土承載力和標(biāo)貫擊數(shù)N經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,2.土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定,3.地基土變形模量、壓縮模量的確定,4. 粘性土和粉土天然狀態(tài)判定,5. 砂土相對密實(shí)度的確定,6. 樁基承載力的確定,實(shí)例1,對平頂山尼龍66鹽廠廠北服務(wù)中心的地基勘察中,在野外現(xiàn)場采用的原位測試方法主要是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。該場地地層最大揭露深度為25 m,巖性自上而下依次為粉質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、中砂(中粗砂)、粘土。,實(shí)例2,位于平頂山市委家屬區(qū)的住宅樓建筑場地,據(jù)鉆探資料可知:在地層揭露深度16 m之內(nèi), 地表為第四系全新統(tǒng)人工填土,之下為上更新統(tǒng)沼澤相沉積的粘土,