标准贯入试验在苏丹水利大坝勘察中的应用

张小强，杨志杰，杜晓飞

（华北有色工程勘察院，河北石家庄 050021）

标准贯入试验在苏丹水利大坝勘察中的应用

张小强，杨志杰，杜晓飞

（华北有色工程勘察院，河北石家庄 050021）

近两年，我单位在苏丹国先后完成Kajbar、Shrerik、Sabloka、Dal、Dagash、Mograt等水利水电大坝的勘察工作。本文通过6个大坝详细勘察中标准贯入试验的操作工艺应用，以Dagash大坝为例对标准贯入试验进 行阐述，并就与国内该试验实际操作存在的差异性进行比较。

苏丹；大坝勘察；标准贯入试验

0 前言

苏丹国水利水电大坝坝基勘察中，野外试验涉及压水、注水、静力触探及标准贯入等。其中标准贯入试验（SPT）的野外数据资料给大坝设计提供非常重要的依据。所有试验按照国际认可的标准执行，其中包括美国材料试验协会(ASTM, USBR)标准、英国( BS5930-1999) 标准、德国(DIN, DGEG)标准、ICOLD （国际大型大坝建造委员会）和ISRM（国际岩石力学协会）标准。本文就Dagash水利水电大坝坝基勘察中标准贯入试验具体操作工艺进行阐述，并对国外施工标准贯入试验与国内施工操作存在的差异性进行比较。

1 工程概况

苏丹国Dagash水电站工程勘察项目包括大坝和厂房、泄洪道等建筑物,大坝总长约1200m,高约30m。

坝址位于尼罗河下游，距离Atbara市约225km，Abu Hammed村庄位于施工点东约12km。该段尼罗河面宽500~600m。河床高程约315m。尼罗河平均流量1740～2970m3/s；每年7、8、9、10月为洪水期，流量最大值为6470~11300m3/s；每年的3、4、5月为枯水期，流量最小值为413~952m3/s。施工范围处于出露岩石分布带，气候干燥少雨，最高温度48°。

Dagash水电站工程勘察项目是苏丹政府在尼罗河进行的十个大坝勘察中的一个，完成这些大坝项目将对整个苏丹国民经济的发展和环境改善起到巨大的作用。

2 岩土分布概况

粉土：灰褐色，干，松散，含少量的细砂和砾石，主要分布在尼罗河两岸的一级阶地和二级阶地上，厚度0.5~3m；

粉质粘土：褐灰色，潮湿，土质较软，低塑性，局部含砾石，主要分布在尼罗河两岸的一级阶地和二级阶地上，厚度3~5m；

砂（细—粗）：褐灰色，干（河里饱和），松散—密实，主要成分石英、长石。该层在勘察场地普遍存在，薄厚不等；

砾石（角、圆）：灰褐色，潮湿—饱和，中到粗粒结构，最大粒径58mm，包含少量云母或者粘土；

片岩：轻微灰色，强度较高，风化程度不等，部分地段破碎，裂隙发育，含石英岩脉。

3 试验设备标准要求

试验设备的要求和达到的精度，国内设备是与国际相符的。

（1）标准贯入试验设备，见表1。

表1 标准贯入试验设备

（2）试验设备应符合下列要求[1]

① 钻杆应平直,当出现弯曲超过1‰时应予调直后再使用。

② 开式贯入器的对缝应平直,严密。出现扭曲,错缝变形时应停止使用。

③ 贯入器靴的刃口应保持完整,当出现缺口或卷刃等损坏,其单个长度大于5mm或总长度大于12mm时,应停止使用。

④当落锤质量和导向杆的落距误差超过允许范围时,应停止使用。

⑤自动落锤装置应灵活,正常,不得对导向杆产生提拔作用。

4 操作工艺

因试验具体操作的国外标准与国内有差异性，应进行比较，找出不同点，以避免因操作带来不同的数据记录。

4.1 Dagash工程中SPT操作的具体施工工艺

（1）试验须注意事项

①水上施工时，由于施工现场水位差异5~40m，当进入砂层进行标贯试验的时候会遇到很多的问题。河面浪大导致平台不稳或者由于砂层太厚导致塌孔而影响钻探速度和试验数据的准确性。为解决这些问题，首先固定好平台，在施工中紧跟套管，减少外来因素的影响。

②夜间施工，容易出现疲劳，光线不足等情况，要求机台人员注意安全，把握好试验步骤和数据统计的准确性。

③试验进行时注意地层变化，避免因地层突变导致设备损坏。

（2）钻孔钻至试验深度后，按以下步骤进行试验[2]

①将标贯器与钻杆连接放入孔内，不能自由落入。

②将标贯锤在孔口与钻杆连接。

③如果孔底有残留岩芯，则拔出钻杆并取出残留岩芯后再进行试验。

④在孔口钻杆上做3个连续的长15cm的标记，方便试验时观察。

⑤用63.5kg锤进行锤击，记录每贯入15cm的锤击数，直到满足下列情况之一。

a.在任何一个15cm长度内击数达到50击；

b.总击数达到100击；

c.连续10击钻杆没有明显的下沉；

d.45cm已完全进入。

⑥记录每贯入15cm的锤击数。如果标贯器象a、b、c所规定的贯入度小于45cm，对于贯入度达到15cm的段次，记录相应的锤击数；对于贯入度没有达到15cm的段次，记录锤击数与相应的贯入度。如果标贯器在钻杆或钻杆与标贯锤的自重下下沉，要记录。

⑦将标贯器取出，记录岩芯的长度，描述土样的颜色、成分等，然后将有代表性的样品放进塑料袋内。如果在标贯器内的土层有变化，则记录下其位置。

⑧当进入风化层或软岩无法进行标贯试验时，改用其他方法试验，试验至无法击入为准，记录进入深度。

4.2 国内规范规定野外的具体操作工艺

(1)试验准备

①钻孔采用回转钻进,钻孔垂直度应符合钻探规程的规定,孔径76~150mm。

②钻进到试验深度以上15cm时,停止钻进,清除孔内残土,残土厚度不能超过5cm,清孔时避免孔底以下土层被扰动。

③在地下水以下的土层中试验时,应保持孔内水住高于地下水位,当孔壁不稳定时,应采用泥浆护壁或套管护壁,采用套管护壁时,套管不应下入试验段内。

④贯入器,钻杆,锤垫,导向杆各部件的连接必须牢固,并保持连接后的垂直度。贯入器要平稳的下入孔底,严禁冲击或压入孔底。

(2)试验步骤[3]

①试验必须采用自动落锤装置,保持钻杆垂直,避免摇晃,歪斜。

②试验时先预打15cm(包括贯入器在其自重下的初始贯入量),然后开始试验锤击。

③将锤提升至规定高度,使锤自动脱钩,自由下落,反复击打,锤击速率不应超过30击/min.记录每贯入10cm的锤击数,累计记录贯入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数(简称标贯击数)N。

④当锤击数超过50击,而贯入深度尚未达到30cm时,可终止试验,记录实际贯入深度,换算成相应于贯入30cm的标贯击数N。

⑤当在一次30cm贯入深度内有不同地层时,可根据各层击数和贯入量按式分别计算其N值。

N=30n/△s

式中：△s——实际的贯入深度（cm）

n——贯入△s深度的锤击数（击）⑥试验结束，提出贯入器后，应打开对开管，对土样进行鉴别和描述，并采取扰动土式样。

⑦试验记录内容应包括钻杆长度,贯入起止深度,每贯入10cm的击数和30cm的累计击数,土样描述和样品编号等。

5 密实度判定

（1）按标准贯入击数判定密实度（国际标准）

确定标准贯入试验值“N”与细粒土强度的经验相关关系应利用室内试验成果，样品受扰动会导致室内试验成果明显比野外强度偏低。所得出强度之间的差异应予以说明，应注意不同的试验会涉及不同的试验尺寸、破坏模式和应变速率问题。有裂隙试样所得出的室内试验成果一般要比野外所测得完整试样的强度要低一些。

砂卵砾石的相对密度只能根据标准贯入试验来确定，描述术语与N值之间的关系如下[2],见表2：

表2

柱状图上的数值是不能校正的，在采用上述描述之前，对野外所测的N值至少应进行探杆能量和盖层压力修正。如在估定等同的描述术语之前对SPT的N值作了修正，这在钻孔柱状图中应予以说明。用这些术语描述粗粒砾卵石时要求特别注意，这些术语不能用于极粗粒土类。相对密度除了根据标贯试验成果确定外，一般来说无其它方法。

（2）砂类土密实程度的划分（国内标准）， 见表3

表3

6 小结

标准贯入试验设备简单，坚固耐用，操作及测试方法容易掌握；适应性广，砂土、粉土、砾石土、软岩、强风化岩石及粘性土均可选用；快速，经济，能连续测试土层；可同时取样，便于直接观察描述土层情况；应用历史悠久，在国内外勘察施工中应用极为广泛，是一种重要的土工原位测试方法。

[1] 吴兴序，岩土工程原位测试技术，西南交通大学岩土工程系．2005.

[2] 英国场地勘察实施规范， BS5930-1999.

[3] 中华人民共和国行业标准，标准贯入试验规程（YS5213-2000）.

[4] 美国材料试验协会标准2001，ASTM标准.

Application of Standard Penetration Test (SPT) in Hydropower Projects in Sudan

ZHANG Xiaoqiang, YANG Zhijie, DU Xiaofei
(North China Engineering Investigation Institute, Shijiazhuang 050021)

For the past two years, our institute has accomplished the geotechnical investigation on Kajbar, Shereik, Sabaloka, Dal, Dagash, Mograt Hydropower Projects etc. in the Republic of Sudan. Based on the experiences in Dagash Hydropower Project, this paper expatiates on Standard Penetration Test by describing in detail the operation and application of SPT in these mentioned 6 projects and points out the differences from domestic operation of the test, by which, we hope to contribute to share and communicate with readers.

Sudan; Dam project investigation; Standard Penetration Test(SPT)

TU43

A

张小强，（1979- ），男，汉族，甘肃人，学士学位，主任工程师，主要致力于岩土工程勘察。E-mail：284436976@qq.com。