标准贯入试验及其在岩土工程中的应用

赵保锋

摘要：标准贯入（SPT）试验是岩土工程中最常用的一种简单、快捷、经济的原位动力测试技术。在岩土工程中，尤其在确定岩土的力学性质、确定地基承载力、判定砂土液化等均采用标准贯入试验。为此探讨标准贯入试验在实际工程中的应用具有十分重要的意义。

关键词：SPT、N值、密实度、液化、地基承载力、应用

1前言

1902年美国Raymond混凝土桩公司，首次采用50kg的重锤击打25mm的钢管，并取得了土样。1948年，Terzaghi和Peck又详细地介绍了标准贯入试验方法，并确立了标准贯入击数N值与内摩擦角、承载力之间的关系。日本于20世纪50年代引入SPT，提出了标贯试验锤击数N值与砂土、粘性土和软岩的抗强度、桩基承载力等之间的一些经验公式，目前，SPT已成为各国采用最多的原位动力试验方法。[1]

2标准贯入试验的方法

图1标贯试验仪器

标准贯入试验的设备主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成如图1所示，穿心锤重63.5kg，触探杆直径国内统一采用42mm，国外也有采用50mm或60mm直径的。试验时，用穿心锤以760mm的落距自由落下，先将贯入器垂直打入15cm，之后记录每打入30cm的锤击数N。锤击速度控制在每分钟15～30击，当N值达到50击，而贯入深度未达到30cm时，停止贯入，按式 N = 30×50 /⊿S（ 为 50 击时的贯入度） 换算成贯入深度 30cm的锤击数 N。[2]标准贯入试验适用于砂土、粉土和一般粘性土。不适用于软塑—流塑软土。

3 SPT在岩土工程中的应用

3.1判定砂土的密实度

《岩土工程勘察规范 》（GB50021-2001）规定：砂土的密实度应根据标准贯入试验锤击数实测值 N划分为密实、中密、稍密和松散，并应附合表 1 的规定。[3]

表1 砂土的密实度分类

标准贯入试验锤击数 密实度

N≤10 松散

10

15

N>30 密实

注：用SPT试验所得的N值判别砂土密度时，N值不经过修正，直接采用实测锤击数。

3.2估算黏性土的内聚力

假定黏性土的内摩擦角 等于 0°，则可计算出黏性土的内聚力c=qu/2。

表2 N值与粘性土强度的关系式

关系式 适用地层 出处

地盘工学会；地盘调查法[7-8]

东京地层

粉土

N<10的粘土

各神（冲基层） 日本道路公团；设计要领（第1集）[14]

洪积层

（A=5～6） （老粘土）

注：*指该式也是Terzaghi和Peck的公式；qu为粘性土的无侧限抗压强度（Kpa）；洪积层相当于中国的老粘土。[1]

3.3估算砂土的内摩擦角

Pcek于1974年提出如下公式可利用标贯击数来份，算砂土内摩擦角φ=53.881-27.6034e-0.0174N

3.4判断砂土的液化

当抗震设防烈度在7度及其以上时，要对砂土进行液化判别。

当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用SPT判别地面下15m 深度范围内的液化； 当采用桩基或埋深大于 5m 的深基础时，还需判别 15 - 20m 范围内的液化。当饱和土层标准贯入 N 值（ 未经杆长修正） 小于液化判别 N 值临界值时，应判为液化。

3.5估算地基承载力

在确定地基承载力时需要考虑两个因素：1地基在外荷载作用下能够承载的能力；2地基在外荷载作用下的沉降量。黏土的长期允许承载力与无侧限抗压强度大致相当，而砂土与换算N值相当。表3给出了Dunham和日本住宅公社地基承载力经验公式。

表3 地基承载力估算式

地层 Dunham 日本住宅公社

砂层 10N 8N

冲积黏土层 17.1N 10N

洪积黏土层 - （250）N

一些设计院根据标准贯入试验锤击数 N 确定砂土承载力可采用如下关系式（表4）：

表4 N值与地基承载力的关系表

研究者 回归式 适用范围

铁道部第三勘察设计院 粉细砂

中、细砂

紡织工业部设计院 细、中砂

注：为地基承载力，单位为Kpa

3.6估算单桩竖向极限承载力

《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72—2004）规定：采用标准贯入试验成果可按相关公式估算预制桩、预应力管桩和沉管灌注桩单桩竖向极限承载力。

3.7 SPT在砂桩质量检测中的应用

砂桩是一种常用于地基处理中，砂桩与松散砂土、粘性土、粉土及杂填土等形成复合地基，从而达到了提高地基承载了和抗液化性能。为保证施工质量，可根据标准贯入试验点的标准贯入击数N判断砂桩的完整性和局部松散情况。

由试验桩的N值按相关规范查得砂土地基承载力，[5]可按下式确定复合地基承载力：

f=mf1+（1-m）f2

式中：单位都为kPa，其中f1为桩体承载力；f2为桩间土的承载力；m为桩土面积置换率。3.8用SPT估算软岩的平均强度[1]

日本通过试验给出了N值与软岩平均抗剪强度之间的经验关系式。日本道路公团《设计要领》中也才用了此关系式。

表5 N值与软岩平均抗剪强度的关系式

软岩分类 内聚力c/kPa

（标准差） 抗剪断角/

（标准差）

砂岩.砾岩

深成变质岩 （4.40）

安山岩

（7.85）

泥岩.凝灰岩

凝灰角砾岩 （9.78）

注：*指对数轴上的值

5结语

SPT由于其设备简易、取样方便、操作简单、适用范围又比较广泛，成为目前国际上使用较多的原位动力触探技术之一，在日本SPT以成为岩土工程勘察中必备的手段。

SPT所得的试验成果常常是客观的，而得到的N值又具有主观性，且N值离散性很大，因此在分析整理数据时，应该剔除个边异常值。在勘察设计中要结合其他勘察手段进行相互验证。由于SPT所得到的N值影响因素较多，在今后的试验，更要不断努力以提高其标准化程度，同时更要注重就SPT同国际加强技术交流与合作，从进一步丰富SPT在岩土工程中的应用。

6.参考文献

[1]徐光大，徐光黎，李俊杰. 日本标准贯入试验方法及其N值在岩土工程中的应用[J]. 安全与环境工程，2011，04：33-38.

[2]杨文卫，岳中琦. 标准贯入试验及其在岩土工程中的应用[J]. 广东水利水电，2006，02：31-33+35.

[3]李治中. 标准贯入试验成果在砂土中的应用[J]. 甘肃地质，2010，01：92-95.

[4]魏义敏. 标准贯入试验判别液化在工程中的应用[J]. 西部探矿工程，2010，07：45-46+55.

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[5]张小飞，吕黄，吴友仁. 标准贯入试验在砂桩桩体质量检测中的应用[J]. 华南港工，2007，04：19-22+40.