基础工程地基勘察概述

标准贯入试验标准贯入试验第一节概述第二节试验的设备与原理第三节试验的技术要求第四节试验资料整理第五节试验的工程应用第一节概述一、标准贯入试验的定义二、标准贯入试验的优点及适用性三、标准贯入试验的发展四、标准贯入试验的目的

一、标准贯入试验的定义

StandardPenetrationTest，SPT）

标准贯入试验是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数（即标准贯入击数N），并以此评价土的工程性质的原位试验。SPT原位测试技术仍属于动力触探范畴，所不同的是，其贯入器不是圆锥探头，而是标准规格的圆筒形探头（由两个半圆筒合成的取土器）。与圆锥动力触探试验相似，标准灌入试验并不能直接测定地基土的物理力学性质，而是通过与其他原位测试手段或室内试验成果进行对比，建立关系式，积累地区经验，才能评定地基土的物理力学性质。二、标准贯入试验的优点及适用性

适用土层：砂性土、粘性土，不适用于碎石类土及岩层。优点：操作简单、使用方便，地层适用性较广。缺点：试验数据离散性较大，精度较低，对于饱和软粘土，远不及十字板剪切试验及静力触探等方法精度高。三、标准贯入试验的发展

这种试验技术是20世纪40年代末期发展起来的。由于使用方便，得到了广泛的应用，在美国及日本应用最为广泛。在我国，50年代初期由南京水利实验处研制并在治淮工程中得到广泛的推广，积累了大量的使用经验。60年代在国内得以普及。四、标准贯入试验的应用（目的）

1．评价地基土的物理状态（如地层剖面及软弱夹层）；2．评价地基土的力学性能参数（如变形模量、物理力学性质指标）；3．计算天然地基的承载力；4．计算单桩的极限承载力及选择桩尖持力层；5．评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。应该指出的是，除判别液化外，其余的应用方法都是基于与其他测试方法的对比中建立起计算公式的。如桩的承载力的预估是与载荷试验相对比，土的物理力学性质指标是与室内试验成果建立相关关系。因此，对缺乏使用经验的地区，在应用标准贯入试验时应与其他测试方法配合作用。第二节标准贯入试验的设备与原理一、试验设备二、基本原理

标准贯入入试验设设备主要要由贯入入器、触触探杆（（钻杆））和穿心心锤三部部分组成成。一、标准准贯入试试验的试试验设备备1．贯入入器标准规格格的贯入入器是由由对开管和管靴两部分组组成的探探头。对对开管是是由两个个半圆管管合成的的圆筒型型取土器器；管靴靴是一底底端带刃刃口的圆圆筒体。。二者通通过螺纹纹连接，，管靴起起到固定定对开管管的作用用。贯入入器的外外径、内内径、壁壁厚、刃刃角与长长度都有有标准化化尺寸，，见表1。2．穿心心锤重63.5kg的铸钢钢件，中中间有一一直径45mm的穿心心孔，此此孔为放放导向杆杆用。国国际、国国内的穿穿心锤除除重量相相同外，，锥形上上不完全全统一。。落锤能能量受落落距控制制，落锤锤方式有有自动脱脱钩和非非自动脱脱钩两种种。目前前国内普普遍使用用自动脱脱钩装置置。我国目前前采用的的SPT设备与与国际标标准一致致，《岩岩土工程程勘察规规范》（（GB50021—2002）要求求SPT的设备备应符合合表1的的规定。。表1标标准贯贯入试验验设备尺尺寸3．触探探杆国际上多多用直径径为40~50mm的的无缝钢钢管，我我国则常常用直径径为42mm的的工程地地质钻杆杆。在与与穿心锤锤连接处处设置一一锤垫。。标准贯入入试验设设备原先先并不标标准。各各部件的的规格各各国有所所差异。。国际土土力学与与基础工工程协会会(ICSMFE)于于1957年成成立专门门委员会会开展研研究工作作，以解解决SPT的标标准化问问题。并并于1988年年向第一一届国际际触探试试验会议议提出标标准贯入入试验国国际标准准建议稿稿，于1989年获得得通过，，开始执执行。二、标准准贯入试试验的基基本原理理标准贯入入试验是是利用一一定的落落锤能量量（锤重重63.5kg，落落距76cm））将标准准规格的的贯入器器贯入土土中，根根据打入入土中30cm的锤锤击数（（N）来来判别土土的工程程性质的的一种现现场测试试方法。。其试验验原理与与动力触触探试验验十分相相似。但是，SPT与与动力触触探在贯贯入器上上的差别别，决定定了SPT的基基本原理理的独特特性，SPT在在贯入过过程中，，整个贯贯入器对对端部和和周围土土体将产产生挤压压和剪切切作用，，SPT的贯入入器是空空心的，，在冲击击力作用用下，将将有一部部分土挤挤入贯入入器，其其工作状状态和边边界条件件十分复复杂。影响标准准贯入试试验的因因素有很很多，主主要有以以下两个个方面：：1．钻孔孔孔底土土的应力力状态不同的钻钻进工艺艺(回转转、水冲冲等)、、孔内外外水位的的差异、、钻孔直直径的大大小等，，都会改改变钻孔孔孔底的的应力状状态。2．锤击击能量通过实测测，即使使是自动动自由落落锤，传传递给探探杆系统统的锤击击能量也也有很大大的波动动，变化化范围达达到±（（45％％~50％)，，对于不不同单位位、不同同机具、、不同操操作水平平，锤击击能量的的变化范范围更大大。按标准的的贯入器器，用标标准的锤锤(63.5kg)和和落距(76cm)。。考虑到到锤击效效率，标标准的应应力波能能量比为为60％％。则可可用实测测ERi修正标贯贯击数Ni：N60=（ERi/60））NiNi——相应应于能量量比为ERi的实测锤锤击数；；N60——修正正为标准准应力波波能量比比的标贯贯击数。。第三节标标准贯入入试验的的技术要要求1．标标准贯入入试验必必须与钻钻探配合合，以钻钻机设备备为基础础。钻进方法法：为保保证钻孔孔质量，，要求采采用回转转钻进，，并保持持孔内水水位略高高于地下下水水位位，当钻钻进至试试验标高高以上15cm时，停停止钻进进。还应注意意：（1）仔仔细清除除孔底残残土到试试验标高高，换用用标准贯贯入器，，并量得得深度尺尺寸；（2）在在地下水水位以下下钻进时时，或遇遇承压含含水砂层层时，孔孔内水位位应始终终高于地地下水位位，以减减少对土土的振动动扰动；；（3）当当下套管管时，要要防止套套管下过过头，否否则在管管内做试试验会使使N值偏偏大。2．为保保证锤击击时钻杆杆不发生生侧向晃晃动，钻钻杆应定定期检查查，使钻钻杆弯曲曲度小于于0.1%，接接头应牢牢固。3．采用用自动脱脱钩的自自由锤击击法进行行标贯试试验，并并减少导导向杆与与锤之间间的摩擦擦阻力。。避免锤锤击时偏偏心和晃晃动，保保持贯入入器、探探杆、导导向杆连连接后的的垂直度度，以保保持锤击击能量恒恒定。4．将贯贯入器垂垂直打入入试验土土层中，，锤击速速率应小小于30击/min。。先打入入15cm，不不计锤击击数，继继续贯入入，记录录每打入入10cm的锤锤击数，，累计30cm的的锤击数数即为标标准贯入入锤击数数N。若遇比较较密实的的砂土，，贯入不不足30cm的的捶击数数已超过过50击击时，应应终止试试验，并并记录实实际贯入入深度△△S（cm）和和累计击击数n。。按下式式换算成成贯入30cm的锤击击数N：：N=30n/△△S5．提出出贯入器器，将其其中土样样取出进进行鉴别别描述、、记录，，然后换换以钻具具继续钻钻进，至至下一需需要进行行试验的的深度，，再重复复上述操操作。一一般每隔隔1.0~2.0m进进行一次次试验。。6．在不不能保持持孔壁稳稳定的钻钻孔中进进行试验验时．应应下套管管以保护护孔壁，，但试验验深度必必须在套套管75cm以以下；或或采用泥泥浆护壁壁。7．最后后绘出击击数N和和贯入深深度标高高（H））的关系系曲线。。第四节标标准准贯入试试验的成成果整理理一、标贯贯试验的的修正二、标贯贯试验的的成果整整理一、标贯贯试验的的修正试验的影影响因素素是很复复杂的，，其中有有些因素素可通过过标准化化的办法法使其统统一以减减少对试试验成果果的影响响，如设设备、落落锤方法法、试验验方法等等影响因因素属于于这一类类。但另一些些因素如如杆长、、地下水水位、上上覆压力力等，则则是无法法人为控控制的，，因此要要进行修修正。1．杆长长修正与圆锥动动力触探探相似，，关于试试验成果果进行杆杆长修正正问题，，国内外外的意见见并不一一致。在建立标标准贯入入击数N与其他他原位测测试或室室内试验验指标的的经验关关系式时时，对实实测值是是否修正正和如何何修正也也不统——，因此此，在SPT成成果应用用时，需需要特别别注意。。应根据据建立统统计关系系式时的的具体情情形来决决定是否否对实测测锤击数数进行修修正。另外，在在勘察报报告中，，对于所所提供的的标准贯贯入锤击击数应注注明是否否已进行行了杆长长修正。。表2N63.5的杆长修修正系数数（1）根根据牛顿顿弹性碰碰撞理论论修正《建筑地地基基础础规范》》(GBJ7——89)规定，，标准贯贯入试验验的贯入入深度不不宜超过过21m。同时时规定，，当试验验深度大大于3m时，实实测锤击击数N’’需按下下式进行行钻杆长长度修正正：N=αN’式中，α为修正系系数，按按表2取取值。表2中的的α值是是根据牛牛顿弹性性碰撞理理论计算算而得，，并非实实测值，，与实际际并不符符合。关关于限制制在21m以内内也是由由于历史史原因造造成的。。目前，，实际工工程中标标准贯入入试验的的杆长最最长已超超过100m，，试验成成果(N值)仍仍能较好好地反映映土层的的力学性性质的变变化。（2）日日本东海海大学宇宇都-马马等实测测了水平平搁置的的120m钻杆杆系统在在受锤击击时杆顶顶端与底底端的锤锤击动应应力的衰衰减情况况和位移移，建议议的修正正关系如如下：当杆长l≤20m时，N＝N’；当l＞20m时，N＝(1.06一一0.003L)N’（3）按按弹性杆杆件波动动理论修修正当杆长l≥14m时，N＝N’(α=1.0)；当当l<14m时时，由于于输入钻钻杆的锤锤击能量量随着杆杆长变短短而变小小，使锤锤击值偏偏大，αα偏小，，故不作作杆长修修正。（4）不不作杆长长修正《地下铁铁道、轻轻轨交通通岩土工工程勘察察规范》》（GB50307-1999）及及《岩土土工程勘勘察规范范》（GB50021-2002））规定不不进行杆杆长修正正。虽然目前前有些规规范还要要进行修修正，但但国内外外研究的的总趋势势是不再再进行杆杆长修正正。2.上覆覆压力的的影响即考虑试试验深度度处土的的围压对对试验成成果的影影响，认认为随着着土层中中上覆压压力的增增大，标标准贯入入试验锤锤击数相相应增大大。国内内对此未未予重视视（国内内不进行行校正）），国外外则作了了较多研研究，认认为应采采用下式式进行修修正：N1=cNNN——实测测锤击数数；Nl——修正正为上覆覆压力σ’v0＝100kPa的锤击击数；cN——上覆覆压力修修正系数数(见表表5-3)。表3上上覆压压力修正正系数cN3．地下下水位影影响的修修正Terzaghi和Peck(1953)提出对对于d10=0.1~0.005mm的的饱和粉粉细砂，，当实测测标贯击击数N’>15时，应应按下式式进行修修正：N=15+0.5(N’-15)交通部港港口工程程地质勘勘察技术术规范规规定，当当用N值确定Dr及φ值时对地地下水位位以下的的中、粗粗砂层的的N值宜宜按下式式校正：：N=5+N’二、标准准贯入试试验的成成果整理理1．标准准贯入试试验成果果整理时时，试验验资料应应当齐全全，包括括：钻孔孔径径、钻进进方式、、护孔方方式、落落锤方式式、地下下水位及及孔内水水位(或或泥浆高高程)、、初始贯贯入度、、预打击击数、试试验标贯贯击数及及深度记记录、贯贯入器所所取扰动动土样的的鉴别描描述。如做过锤锤击能量量标定试试验的，，应有F(t)~t曲曲线。2．绘制制标贯击击数N与与深度的的关系曲曲线，或或在地质质剖面图图上，进进行SPT的钻钻孔旁，，于试验验点深度度标出N值。作作为勘察察资料提提供时，，对N值值不必进进行杆长长修正、、上覆压压力修正正及地下下水位修修正。如进行锤锤击能量量标定试试验的、、可按锤锤击能量量标定试试验资料料计算N60。3．结合合钻探及及其他原原位试验验，依据据N值在在深度上上的变化化，对地地基土进进行分层层，对各各土层的的N值进进行统计计。统计计时，要要剔除个个别异常常值。第五节标标贯试验验的成果果应用一、评定定砂土的的密实状状态二、评定定粘性土土的稠度度状态三、评定定地基土土的承载载力四、评定定土的变变形参数数五、预估估单桩承承载力六、砂土土液化判判别七、估算算地基基基床反力力系数八、估算算土层的的平均弹弹性剪切切波速vp(m／s)九、地基基处理效效果检测测一、评定定砂土的的相对密密度Dr和密实状状态1．直接接按N值值判定砂砂土的紧紧密程度度，见表表4。表4砂砂土的的密实度度2．根据据试验锤锤击数和和试验点点深度，，利用下下图可查查得砂土土的相对对密实度度Dr。。例题1－－1二、评定定粘性土土的稠度度状态1．Terzaghi及Peck提提出的标标贯击数数与稠度度状态之之间的关关系，见见表5，，该表广广泛流行行至今。。表5粘粘性土土N与稠稠度状态态关系（（Terzaghi及及peck）2．在国国内，按按原冶金金部武汉汉勘察公公司149组资资料统计计的经验验关系，，如表6所示。。表6粘粘性土土N与液性指指数IL的经验关关系三、评定定地基土土的承载载力1．评定定土的强强度指标标用标贯试试验成果果，可以以评定砂土的内内摩擦角角和粘性土的的不排水水抗剪强强度。评定砂土土内摩擦擦角的关关系式有有：（1）Gibbs和Holtz（1957）统计计的砂土土经验关关系式式中，σv0为上覆压压力（kPa））。由此此经验关关系式得得出的图图为（图图6）：：图6N-φ-σv0关系（（Gibbs和和Holtz（（1957）））（2）Wolff（1989）统计计的经验验关系式式为：式中，N1为用上覆覆压力修修正过的的锤击数数，采用用Peck等的的修正关关系：（3）Peck的经验验关系为为：φ=0.3N+27（4）Meyerhof的经经验关系系为：当4≤N≤10时，当N>10时，，用这两式式进行判判别时，，粉砂应应减5°°，粗、、砾砂应应加5°°。评定粘性性土的强强度指标标也有多多种方法法：（1）Terzaghi及Peck提出粘粘性土不不排水抗抗剪强度度Cu为：（2）南南京水利利科学研研究院在在1950年~1960年期期间，在在我国东东南沿海海诸省的的101项工程程中积累累了大量量的试验验资料，，统计出出标贯击击数与无无侧限抗抗压强度度qu之间的关关系：对粘性地地基，有有792个标贯贯试验，，Ip>17，，粘粒含含量0~87%，得：：qu=14N+3（（kPa））对壤土地地基，有有596个标贯贯试验，，其Ip=7~17，粘粘粒含量量0~54%，，得：qu=13.5N（（kPa））（3）Behpoor结合60项工工程，对对伊朗的的亚粘土土及粉质质粘土（（N<25击）），得：：qu=15N（（kPa）（4）美美国海军军码头及及船坞局局发现标标贯击数数与无侧侧限抗压压强度qu的关系线线与塑性性指数Ip有密切关关系，如如图5-7所示示。南京京水科院院与Behpoor的的关系式式是与上上图相当当一致，，靠近低低Ip粘土的边边界线。。2．评定定地基土土的承载载力在国内，，着重开开展标贯贯试验与与载荷试试验对比比研究，，提出经经验关系系式。（1）《《建筑地地基基础础设计规规范》（（GBJ7-89），，对粘性性土承载载力标准准值，列列于表7，砂性性土承载载力标准准值列于于表8。。（2）国国内很多多单位基基于当地地实践提提出了地地区性经经验公式式，使用用时注意意地区性性、土类类的差异异。见表表9。（3）Terzaghi建议议的地基基承载力力（kPa，安安全系数数取3））的经验验关系式式为：对于条形形基础：：fk=12N对于独立立方基础础：fk=15N表9国国内内N值与与fk（kPa）的经经验关系系四、评定定土的变变形参数数用标贯试试验估算算土的变变形参数数时有两两种途径径：一种种是与平平板载荷荷试验对对比，得得出变形形模量E0；另一种种是与室室内压缩缩试验对对比，得得出压缩缩模量Es值。国内一些些勘察和和研究单单位建立立的评定定土的变变形参数数的经验验关系式式汇总于于表10。表10N值值与E0或Es的经验关关系五、预估估单桩承承载力及及选择桩桩尖持力力层（一）求求单桩容容许承载载力1．Schertmann（（1967）的的方法见见表11，该方方法需要要同时测测定静力力触探的的锥尖阻阻力qc。表11用用N估算桩桩端阻力力pb和桩侧摩摩阻力pf2．国家家岩土工工程勘察察和地基基基础设设计规范范没有关关于利用用标贯试试验结果果确定单单桩的承承载力规规定，但但当积累累了大量量的工程程经验后后，可以以用标贯贯击数来来估计单单桩承载载力。如北京勘勘察设计计研究院院提出估估算单桩桩承载力力的经验验公式如如下：（二）选选择桩尖尖持力层层利用标贯贯试验选选择桩尖尖持力层层，从而而确定桩桩的长度度是一个个比较简简便和有有效的方方法，特特别是地地层变化化较大的的情况更更具突出出的优点点。根据国内内外的实实践，对对于打入入式预制制桩，常常选N=30~50击作为为持力层层。对广州地地区的残残积层N=30就可以以满足桩桩长15~20m对持持力层的的要求。。应用时，，应结合合地区经经验考虑虑。六、砂土土液化判判别目前，国内外外用于砂土液液化评价的现现场试验手段段主要有标准贯入试验验和静力触探探试验两种。我国《建筑抗抗震设计规范范》（GB50011一一2001））规定：（1）当初步步判别认为需需进一步作液液化判别时，，应采用标准准贯入试验判判别地面下15m范围内内土的液化可可能性；（2）当采用用桩基或埋深深大于5m的的深基础时．．还需要判别别15~20m范围内土土的液化可能能性。（3）当饱和和砂土和饱和和粉土的标准准贯入锤击数数实测值(未未经杆长修正正)N小于液液化判别标准准贯入锤击数数Ncr时，，应判为液化化土。地面下15m深度范围内内液化判别标标准贯入锤击击数Ncr按按下式计算：：而地面下15~20m深深度范围内液液化判别标准准贯入锤击数数Ncr按下下式计算：N0——液化判别别标准贯入锤锤击数基准值值，按表5-14取用；；ds——饱和土标标准贯入试验验点深度(m)；dw——地下水位位深度，宜按按建筑使用期期内年平均最最高水位或近近期内年最高高水位采用；；ρc——粘粉百分分含量，当小小于3或为砂砂土时，应采采用3。表14标标准贯入锤击击数基准值N0七、估算地基基基床反力系系数日本有关规范范提供了N值值与地基基床床反力系数k(kPa)的经验验关系。(1)日本建建筑结构设计计规范建议地地基基床反力力系数k可由由下式估计：：k＝(0.1~1.0)N(2)采用日日本港湾技术术规范：当考虑荷载p与位移y为为线性关系时时，k＝＝0.15N当考虑为非线线性关系时，，对于正常固结结粘土，则p＝ky0.3k＝0.075N0.62对于超固结粘粘上，则p＝ky0.5k＝0.5N0.62(3)日本国国铁基础设计计规范中，对对灌注桩的桩桩端、桩侧、、桩顶的地基基基床反力系系数的经验关关系如下：桩端地基基床床反力系数：：kv=0.2E0D-3.1桩侧地基基床床反力系数：：ks=0.03E0D-3.4桩顶地基基床床反力系数：：kh=0.2E0D-3.4式中，D———桩径(cm)；E0——地基变形形模量，取25N(×105Pa)。以上关系式均均是以变形为为10mm的的地基基床反反力系数。八、估算土层层的平均弹性性剪切波速Vp(1)按日本本道桥设计规规范的经验关关系如下：对粘性土：Vp＝100N1/31≤N≤25对砂性土：Vp＝80N1/31≤N≤50(2)日本YasuYoshida等人(1988)提提出的的经验验关系如下：：式中，σv0——上覆压力力(kPa)；C——与土类类有关的系数数，见表15。九、地基处理理效果检测标准贯入试验验是常用的地地基处理效果果检测试验手手段之一。无无论是强夯法法、堆载预压压法，还是水水泥土搅拌法法处理软土地地基，都可以以采用标准贯贯入试验手段段，通过对比比地基处理前前后地基土的的试验指标，，对地基处理理效果(质量量)及其影响响范围作出评评定。1．强夯法地地基处理效果果检测济南某机场扩扩建工程拟采采用强夯加固固浅层软土地地基。可分为5层：：依次为耕植植土层、粉土土层、粉质粘粘土层、粉土土层和淤泥质质粉质粘土层层。强夯施工结束束后，在各试试验小区的夯夯点中心和夯夯间进行了标标准贯入试验验。孔深为8.0m，每每隔1.0m或1．5m作一次标贯贯试验。夯夯心和夯间的的锤击数相差差不大，夯心心略好于夯间间。图5-8给出了相关关4个试验小小区(A1、、A3、B1和B4)强强夯前后的标标贯击数。2．用于水泥泥土搅拌桩施施工质量检测测某省高速公路路水泥土深层层搅拌桩检测测工作实施细细则明确规定定采用桩身现现场取芯鉴别别、标准贯入入试验和露样样室内无侧限限抗压试验等等3种手段对对水泥土搅拌拌桩施工质量量进行检验。。表16上上部（桩身5m以上）表17下下部（桩身5m以下）9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。06:57:2406:57:2406:5712/23/20226:57:24AM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2206:57:2506:57Dec-2223-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。06:57:2506:57:2506:57Friday,December23,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2206:57:2506:57:25December23,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。23十十二二月20226:57:25上上午06:57:2512月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月226:57上上午12月-2206:57December23,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/236:57:2506:57:2523December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。6:57:25上午6:57上上午06:57:2512月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。06:57:2506:57:2506:5712/23/20226:57:25AM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2206:57:2506:57Dec-2223-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可