基础工程地基勘察1

规范贯入实验规范贯入实验第一节概述第二节实验的设备与原理第三节实验的技术要求第四节实验资料整理第五节实验的工程运用第一节概述一、规范贯入实验的定义二、规范贯入实验的优点及适用性三、规范贯入实验的开展四、规范贯入实验的目的一、规范贯入实验的定义

StandardPenetrationTest，SPT〕规范贯入实验是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自在落下，将一定规格的带有小型取土筒的规范贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数〔即规范贯入击数N〕，并以此评价土的工程性质的原位实验。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，而是规范规格的圆筒形探头〔由两个半圆筒合成的取土器〕。与圆锥动力触探实验类似，规范灌入实验并不能直接测定地基土的物理力学性质，而是经过与其他原位测试手段或室内实验成果进展对比，建立关系式，积累地域阅历，才干评定地基土的物理力学性质。二、规范贯入实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、运用方便，地层适用性较广。缺陷：实验数据离散性较大，精度较低，对于饱和软粘土，远不及十字板剪切实验及静力触探等方法精度高。三、规范贯入实验的开展这种实验技术是20世纪40年代末期开展起来的。由于运用方便，得到了广泛的运用，在美国及日本运用最为广泛。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行，积累了大量的运用阅历。60年代在国内得以普及。四、规范贯入实验的运用〔目的〕1．评价地基土的物理形状〔如地层剖面及脆弱夹层〕；2．评价地基土的力学性能参数〔如变形模量、物理力学性质目的〕；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能够性及等级。应该指出的是，除判别液化外，其他的运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实验相对比，土的物理力学性质目的是与室内实验成果建立相关关系。因此，对缺乏运用阅历的地域，在运用规范贯入实验时应与其他测试方法配协作用。第二节规范贯入实验的设备与原理一、实验设备二、根本原理规范贯入实验设备主要由贯入器、触探杆〔钻杆〕和穿心锤三部分组成。一、规范贯入实验的实验设备1．贯入器规范规格的贯入器是由对开管和管靴两部分组成的探头。对开管是由两个半圆管合成的圆筒型取土器；管靴是一底端带刃口的圆筒体。二者经过螺纹衔接，管靴起到固定对开管的作用。贯入器的外径、内径、壁厚、刃角与长度都有规范化尺寸，见表1。2．穿心锤重63.5kg的铸钢件，中间有不断径45mm的穿心孔，此孔为放导向杆用。国际、国内的穿心锤除分量一样外，锥形上不完全一致。落锤能量受落距控制，落锤方式有自动脱钩和非自动脱钩两种。目前国内普遍运用自动脱钩安装。我国目前采用的SPT设备与国际规范一致，<岩土工程勘察规范>〔GB50021—2002〕要求SPT的设备应符合表1的规定。表1规范贯入实验设备尺寸3．触探杆国际上多用直径为40~50mm的无缝钢管，我国那么常用直径为42mm的工程地质钻杆。在与穿心锤衔接处设置一锤垫。规范贯入实验设备原先并不规范。各部件的规格各国有所差别。国际土力学与根底工程协会(ICSMFE)于1957年成立专门委员会开展研讨任务，以处理SPT的规范化问题。并于1988年向第一届国际触探实验会议提出规范贯入实验国际规范建议稿，于1989年获得经过，开场执行。二、规范贯入实验的根本原理规范贯入实验是利用一定的落锤能量〔锤重63.5kg，落距76cm〕将规范规格的贯入器贯入土中，根据打入土中30cm的锤击数〔N〕来判别土的工程性质的一种现场测试方法。其实验原理与动力触探实验非常类似。但是，SPT与动力触探在贯入器上的差别，决议了SPT的根本原理的独特性，SPT在贯入过程中，整个贯入器对端部和周围土体将产生挤压和剪切作用，SPT的贯入器是空心的，在冲击力作用下，将有一部分土挤入贯入器，其任务形状和边境条件非常复杂。影响规范贯入实验的要素有很多，主要有以下两个方面：1．钻孔孔底土的应力形状不同的钻进工艺(回转、水冲等)、孔内外水位的差别、钻孔直径的大小等，都会改动钻孔孔底的应力形状。2．锤击能量经过实测，即使是自动自在落锤，传送给探杆系统的锤击能量也有很大的动摇，变化范围到达±〔45％~50％)，对于不同单位、不同机具、不同操作程度，锤击能量的变化范围更大。按规范的贯入器，用规范的锤(63.5kg)和落距(76cm)。思索到锤击效率，规范的应力波能量比为60％。那么可用实测ERi修正标贯击数Ni：N60=〔ERi/60〕NiNi——相应于能量比为ERi的实测锤击数；N60——修正为规范应力波能量比的标贯击数。第三节规范贯入实验的技术要求1．规范贯入实验必需与钻探配合，以钻机设备为根底。钻进方法：为保证钻孔质量，要求采用回转钻进，并坚持孔内水位略高于地下水水位，当钻进至实验标高以上15cm时，停顿钻进。还应留意：〔1〕仔细去除孔底残土到实验标高，换用规范贯入器，并量得深度尺寸；〔2〕在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔内水位应一直高于地下水位，以减少对土的振动扰动；〔3〕当下套管时，要防止套管下过头，否那么在管内做实验会使N值偏大。2．为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检查，使钻杆弯曲度小于0.1%，接头应结实。3．采用自动脱钩的自在锤击法进展标贯实验，并减少导向杆与锤之间的摩擦阻力。防止锤击时偏心和晃动，坚持贯入器、探杆、导向杆衔接后的垂直度，以坚持锤击能量恒定。4．将贯入器垂直打入实验土层中，锤击速率应小于30击/min。先打入15cm，不计锤击数，继续贯入，记录每打入10cm的锤击数，累计30cm的锤击数即为规范贯入锤击数N。假设遇比较密实的砂土，贯入缺乏30cm的捶击数已超越50击时，应终止实验，并记录实践贯入深度△S〔cm〕和累计击数n。按下式换算成贯入30cm的锤击数N：N=30n/△S5．提出贯入器，将其中土样取出进展鉴别描画、记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需求进展实验的深度，再反复上述操作。普通每隔1.0~2.0m进展一次实验。6．在不能坚持孔壁稳定的钻孔中进展实验时．应下套管以维护孔壁，但实验深度必需在套管75cm以下；或采用泥浆护壁。7．最后绘出击数N和贯入深度标高〔H〕的关系曲线。第四节规范贯入实验的成果整理一、标贯实验的修正二、标贯实验的成果整理一、标贯实验的修正实验的影响要素是很复杂的，其中有些要素可经过规范化的方法使其一致以减少对实验成果的影响，如设备、落锤方法、实验方法等影响要素属于这一类。但另一些要素如杆长、地下水位、上覆压力等，那么是无法人为控制的，因此要进展修正。1．杆长修正与圆锥动力触探类似，关于实验成果进展杆长修正问题，国内外的意见并不一致。在建立规范贯入击数N与其他原位测试或室内实验目的的阅历关系式时，对实测值能否修正和如何修正也不统—，因此，在SPT成果运用时，需求特别留意。应根据建立统计关系式时的详细情形来决议能否对实测锤击数进展修正。另外，在勘察报告中，对于所提供的规范贯入锤击数应注明能否已进展了杆长修正。表2N63.5的杆长修正系数〔1〕根据牛顿弹性碰撞实际修正<建筑地基根底规范>(GBJ7—89)规定，规范贯入实验的贯入深度不宜超越21m。同时规定，当实验深度大于3m时，实测锤击数N’需按下式进展钻杆长度修正：N=αN’式中，α为修正系数，按表2取值。表2中的α值是根据牛顿弹性碰撞实际计算而得，并非实测值，与实践并不符合。关于限制在21m以内也是由于历史缘由呵斥的。目前，实践工程中规范贯入实验的杆长最长已超越100m，实验成果(N值)仍能较好地反映土层的力学性质的变化。〔2〕日本东海大学宇都-马等实测了程度搁置的120m钻杆系统在受锤击时杆顶端与底端的锤击动应力的衰减情况和位移，建议的修正关系如下：当杆长l≤20m时，N＝N’；当l＞20m时，N＝(1.06一0.003L)N’〔3〕按弹性杆件动摇实际修正当杆长l≥14m时，N＝N’(α=1.0)；当l<14m时，由于输入钻杆的锤击能量随着杆长变短而变小，使锤击值偏大，α偏小，故不作杆长修正。〔4〕不作杆长修正<地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范>〔GB50307-1999〕及<岩土工程勘察规范>〔GB50021-2002〕规定不进展杆长修正。虽然目前有些规范还要进展修正，但国内外研讨的总趋势是不再进展杆长修正。2.上覆压力的影响即思索实验深度处土的围压对实验成果的影响，以为随着土层中上覆压力的增大，规范贯入实验锤击数相应增大。国内对此未予注重〔国内不进展校正〕，国外那么作了较多研讨，以为应采用下式进展修正：N1=cNNN——实测锤击数；Nl——修正为上覆压力σ’v0＝100kPa的锤击数；cN——上覆压力修正系数(见表5-3)。表3上覆压力修正系数cN3．地下水位影响的修正Terzaghi和Peck(1953)提出对于d10=0.1~0.005mm的饱和粉细砂，当实测标贯击数N’>15时，应按下式进展修正：N=15+0.5(N’-15)交通部港口工程地质勘察技术规范规定，当用N值确定Dr及φ值时对地下水位以下的中、粗砂层的N值宜按下式校正：N=5+N’二、规范贯入实验的成果整理1．规范贯入实验成果整理时，实验资料该当齐全，包括：钻孔孔径、钻进方式、护孔方式、落锤方式、地下水位及孔内水位(或泥浆高程)、初始贯入度、预打击数、实验标贯击数及深度记录、贯入器所取扰动土样的鉴别描画。如做过锤击能量标定实验的，应有F(t)~t曲线。2．绘制标贯击数N与深度的关系曲线，或在地质剖面图上，进展SPT的钻孔旁，于实验点深度标出N值。作为勘察资料提供时，对N值不用进展杆长修正、上覆压力修正及地下水位修正。如进展锤击能量标定实验的、可按锤击能量标定实验资料计算N60。3．结合钻探及其他原位实验，根据N值在深度上的变化，对地基土进展分层，对各土层的N值进展统计。统计时，要剔除个别异常值。第五节标贯实验的成果运用一、评定砂土的密实形状二、评定粘性土的稠度形状三、评定地基土的承载力四、评定土的变形参数五、预估单桩承载力六、砂土液化判别七、估算地基基床反力系数八、估算土层的平均弹性剪切波速vp(m／s)九、地基处置效果检测一、评定砂土的相对密度Dr和密实形状1．直接按N值断定砂土的严密程度，见表4。表4砂土的密实度2．根据实验锤击数和实验点深度，利用以下图可查得砂土的相对密实度Dr。例题1－1二、评定粘性土的稠度形状1．Terzaghi及Peck提出的标贯击数与稠度形状之间的关系，见表5，该表广泛流行至今。表5粘性土N与稠度形状关系〔Terzaghi及peck〕2．在国内，按原冶金部武汉勘察公司149组资料统计的阅历关系，如表6所示。表6粘性土N与液性指数IL的阅历关系三、评定地基土的承载力1．评定土的强度目的用标贯实验成果，可以评定砂土的内摩擦角和粘性土的不排水抗剪强度。评定砂土内摩擦角的关系式有：〔1〕Gibbs和Holtz〔1957〕统计的砂土阅历关系式式中，σv0为上覆压力〔kPa〕。由此阅历关系式得出的图为〔图6〕：

图6N-φ-σv0关系〔Gibbs和Holtz〔1957〕〕〔2〕Wolff〔1989〕统计的阅历关系式为：式中，N1为用上覆压力修正过的锤击数，采用Peck等的修正关系：〔3〕Peck的阅历关系为：φ=0.3N+27〔4〕Meyerhof的阅历关系为：当4≤N≤10时，当N>10时，用这两式进展判别时，粉砂应减5°，粗、砾砂应加5°。评定粘性土的强度目的也有多种方法：〔1〕Terzaghi及Peck提出粘性土不排水抗剪强度Cu为：〔2〕南京水利科学研讨院在1950年~1960年期间，在我国东南沿海诸省的101项工程中积累了大量的实验资料，统计出标贯击数与无侧限抗压强度qu之间的关系：对粘性地基，有792个标贯实验，Ip>17，粘粒含量0~87%，得：qu=14N+3〔kPa〕对壤土地基，有596个标贯实验，其Ip=7~17，粘粒含量0~54%，得：qu=13.5N〔kPa〕〔3〕Behpoor结合60项工程，对伊朗的亚粘土及粉质粘土〔N<25击〕，得：qu=15N〔kPa〕〔4〕美国海军码头及船坞局发现标贯击数与无侧限抗压强度qu的关系线与塑性指数Ip有亲密关系，如图5-7所示。南京水科院与Behpoor的关系式是与上图相当一致，接近低Ip粘土的边境限。2．评定地基土的承载力在国内，着重开展标贯实验与载荷实验对比研讨，提出阅历关系式。〔1〕<建筑地基根底设计规范>〔GBJ7-89〕，对粘性土承载力规范值，列于表7，砂性土承载力规范值列于表8。〔2〕国内很多单位基于当地实际提出了地域性阅历公式，运用时留意地域性、土类的差别。见表9。〔3〕Terzaghi建议的地基承载力〔kPa，平安系数取3〕的阅历关系式为：对于条形根底：fk=12N对于独立方根底：fk=15N表9国内N值与fk〔kPa〕的阅历关系四、评定土的变形参数用标贯实验估算土的变形参数时有两种途径：一种是与平板载荷实验对比，得出变形模量E0；另一种是与室内紧缩实验对比，得出紧缩模量Es值。国内一些勘察和研讨单位建立的评定土的变形参数的阅历关系式汇总于表10。表10N值与E0或Es的阅历关系五、预估单桩承载力及选择桩尖持力层〔一〕求单桩允许承载力1．Schertmann〔1967〕的方法见表11，该方法需求同时测定静力触探的锥尖阻力qc。表11用N估算桩端阻力pb和桩侧摩阻力pf2．国家岩土工程勘察和地基根底设计规范没有关于利用标贯实验结果确定单桩的承载力规定，但当积累了大量的工程阅历后，可以用标贯击数来估计单桩承载力。如北京勘察设计研讨院提出估算单桩承载力的阅历公式如下：〔二〕选择桩尖持力层利用标贯实验选择桩尖持力层，从而确定桩的长度是一个比较简便和有效的方法，特别是地层变化较大的情况更具突出的优点。根据国内外的实际，对于打入式预制桩，常选N=30~50击作为持力层。对广州地域的残积层N=30就可以满足桩长15~20m对持力层的要求。运用时，应结合地域阅历思索。六、砂土液化判别目前，国内外用于砂土液化评价的现场实验手段主要有规范贯入实验和静力触探实验两种。我国<建筑抗震设计规范>〔GB50011一2001〕规定：〔1〕当初步判别以为需进一步作液化判别时，应采用规范贯入实验判别地面下15m范围内土的液化能够性；〔2〕当采用桩基或埋深大于5m的深根底时．还需求判别15~20m范围内土的液化能够性。〔3〕当饱和砂土和饱和粉土的规范贯入锤击数实测值(未经杆长修正)N小于液化判别规范贯入锤击数Ncr时，应判为液化土。地面下15m深度范围内液化判别规范贯入锤击数Ncr按下式计算：而地面下15~20m深度范围内液化判别规范贯入锤击数Ncr按下式计算：N0——液化判别规范贯入锤击数基准值，按表5-14取用；ds——饱和土规范贯入实验点深度(m)；dw——地下水位深度，宜按建筑运用期内年平均最高水位或近期内年最高水位采用；ρc——粘粉百分含量，当小于3或为砂土时，应采用3。表14规范贯入锤击数基准值N0七、估算地基基床反力系数日本有关规范提供了N值与地基基床反力系数k(kPa)的阅历关系。(1)日本建筑构造设计规范建议地基基床反力系数k可由下式估计：k＝(0.1~1.0)N(2)采用日本港湾技术规范：当思索荷载p与位移y为线性关系时，k＝0.15N当思索为非线性关系时，对于正常固结粘土，那么p＝ky0.3k＝0.075N0.62对于超固结粘上，那么p＝ky0.5k＝0.5N0.62(3)日本国铁根底设计规范中，对灌注桩的桩端、桩侧、桩顶的地基基床反力系数的阅历关系如下：桩端地基基床反力系数：kv=0.2E0D-3.1