標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)ppt課件

1、 第一節(jié) 概述 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種在現(xiàn)場用63.5kg的穿心錘，以76cm的落距自由落下，將一定規(guī)格的帶有小型取土筒的標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中，記錄打入30cm的錘擊數(shù)即標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N），并以此評價(jià)土的工程性質(zhì)的原位試驗(yàn)。 SPT原位測試技術(shù)仍屬于動(dòng)力觸探范疇，所不同的是，其貫入器不是圓錐探頭，而是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓筒形探頭由兩個(gè)半圓筒合成的取土器）。與圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)相似，標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗(yàn)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)，才能評定地基土的物理力學(xué)性質(zhì)。適用土層：砂性土、粘性土，不適用于碎石類土及巖層。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單、使用方便，地層

2、適用性較廣。缺點(diǎn)：試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性較大，精度較低，對于飽和軟粘土，遠(yuǎn)不及十字板剪切試驗(yàn)及靜力觸探等方法精度高。 這種試驗(yàn)技術(shù)是20世紀(jì)40年代末期發(fā)展起來的。由于使用方便，得到了廣泛的應(yīng)用，在美國及日本應(yīng)用最為廣泛。在我國，50年代初期由南京水利實(shí)驗(yàn)處研制并在治淮工程中得到廣泛的推廣，積累了大量的使用經(jīng)驗(yàn)。60年代在國內(nèi)得以普及。 1評價(jià)地基土的物理狀態(tài)如地層剖面及軟弱夾層）；2評價(jià)地基土的力學(xué)性能參數(shù)如變形模量、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)）；3計(jì)算天然地基的承載力；4計(jì)算單樁的極限承載力及選擇樁尖持力層；5評價(jià)場地砂土和粉土的液化可能性及等級。 應(yīng)該指出的是，除判別液化外，其余的應(yīng)用方法都是基于與其他測

3、試方法的對比中建立起計(jì)算公式的。如樁的承載力的預(yù)估是與載荷試驗(yàn)相對比，土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)是與室內(nèi)試驗(yàn)成果建立相關(guān)關(guān)系。因而，對缺乏使用經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí)應(yīng)與其他測試方法配合作用。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備主要由貫入器、觸探桿和穿心錘三部分組成。如圖5-1所示。 種。目前國內(nèi)普遍使用自動(dòng)脫鉤裝置。種。目前國內(nèi)普遍使用自動(dòng)脫鉤裝置。 我國目前采用的SPT設(shè)備與國際標(biāo)準(zhǔn)一致，巖土工程勘察規(guī)范（GB500212019要求SPT的設(shè)備應(yīng)符合表5-1的規(guī)定。表5-1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備尺寸二、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的基本原理二、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的基本原理 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是利用一定的落錘能量錘重63.5 kg，落距7

4、6cm將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器貫入土中，根據(jù)打入土中30 cm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(dòng)力觸探試驗(yàn)十分相似。因而，第四章中關(guān)于動(dòng)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(dòng)力觸探在貫入器上的差別，決定了SPT的基本原理的獨(dú)特性，SPT在貫入過程中，整個(gè)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。 影響標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的因素有很多，主要有以下兩個(gè)方面：1鉆孔孔底土的應(yīng)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，都會改變鉆孔孔底的應(yīng)力狀

5、態(tài)。2錘擊能量 通過實(shí)測，即使是自動(dòng)自由落錘，傳遞給探桿系統(tǒng)的錘擊能量也有很大的波動(dòng)，變化范圍達(dá)到（4550)，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。 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時(shí)間波形曲線見圖52）。 圖5-2 F(t)t波形曲線 計(jì)算進(jìn)入探桿的第一個(gè)壓縮波的能量Ei： F(t)在探桿中隨時(shí)間變化的動(dòng)壓力；t第一個(gè)應(yīng)力波持續(xù)的時(shí)間，自t0開始；t2Lc (L為測力點(diǎn)到貫入器底的長度，c為應(yīng)力波在探桿中的傳播速度)；A探桿截面積；E探桿的楊氏彈性模量；k1測力點(diǎn)在打頭以下L位置時(shí)的修正系數(shù)；

6、k2探桿系統(tǒng)長度L小于等代桿長Le時(shí)的理論修正系數(shù)；kc理論彈性波速c修正為實(shí)際彈性波速ca的修正系數(shù)；Le等代桿長，錘質(zhì)量與探桿單位長度質(zhì)量之比。 式中，rm為探桿系統(tǒng)(總長L)的質(zhì)量m與錘質(zhì)量M的比值；dL/L 計(jì)算得到的Ei與理論的錘擊動(dòng)能E*(MgH，H為落距)的比即為實(shí)測應(yīng)力波能量比ERi（%）。 ERi= Ei/ E*100% 按標(biāo)準(zhǔn)的貫入器，用標(biāo)準(zhǔn)的錘(63.5kg)和落距(76cm)?？紤]到錘擊效率，標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力波能量比為60。則可用實(shí)測ERi修正標(biāo)貫擊數(shù)Ni： N60=（ERi/60NiNi相應(yīng)于能量比為ERi的實(shí)測錘擊數(shù)；N60修正為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力波能量比的標(biāo)貫擊數(shù)。 1 標(biāo)準(zhǔn)貫入

7、試驗(yàn)必須與鉆探配合，以鉆機(jī)設(shè)備為基礎(chǔ)。鉆進(jìn)方法：為保證鉆孔質(zhì)量，要求采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，并保持孔內(nèi)水位略高于地下水水位，當(dāng)鉆進(jìn)至試驗(yàn)標(biāo)高以上15cm時(shí)，停止鉆進(jìn)。還應(yīng)注意：（1仔細(xì)清除孔底殘土到試驗(yàn)標(biāo)高，換用標(biāo)準(zhǔn)貫入器，并量得深度尺寸；（2在地下水位以下鉆進(jìn)時(shí)，或遇承壓含水砂層時(shí)，孔內(nèi)水位應(yīng)始終高于地下水位，以減少對土的振動(dòng)擾動(dòng)；（3當(dāng)下套管時(shí)，要防止套管下過頭，否則在管內(nèi)做試驗(yàn)會使N值偏大。 2為保證錘擊時(shí)鉆桿不發(fā)生側(cè)向晃動(dòng)，鉆桿應(yīng)定期檢查，使鉆桿彎曲度小于0.1%，接頭應(yīng)牢固。 3采用自動(dòng)脫鉤的自由錘擊法進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)，并減少導(dǎo)向桿與錘之間的摩擦阻力。避免錘擊時(shí)偏心和晃動(dòng)，保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿

8、連接后的垂直度，以保持錘擊能量恒定。 4將貫入器垂直打入試驗(yàn)土層中，錘擊速率應(yīng)小于30擊/min。先打入15cm，不計(jì)錘擊數(shù)，繼續(xù)貫入，記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計(jì) 30 cm的錘擊數(shù)即為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N。 若遇比較密實(shí)的砂土，貫入不足30cm的捶擊數(shù)已超過50擊時(shí)，應(yīng)終止試驗(yàn)，并記錄實(shí)際貫入深度Scm和累計(jì)擊數(shù)n。按下式換算成貫入30cm的錘擊數(shù)N： N=30n/S5提出貫入器，將其中土樣取出進(jìn)行鑒別描述、記錄，然后換以鉆具繼續(xù)鉆進(jìn)，至下一需要進(jìn)行試驗(yàn)的深度，再重復(fù)上述操作。一般每隔1.02.0m進(jìn)行一次試驗(yàn)。6在不能保持孔壁穩(wěn)定的鉆孔中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)應(yīng)下套管以保護(hù)孔壁，但試驗(yàn)深度必須在套管

9、75cm以下；或采用泥漿護(hù)壁。7最后繪出擊數(shù)N和貫入深度標(biāo)高H的關(guān)系曲線。見圖5-3。 在建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N與其他原位測試或室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式時(shí)，對實(shí)測值是否修正和如何修正也不統(tǒng)，因而，在SPT成果應(yīng)用時(shí)，需要特別注意。應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系式時(shí)的具體情形來決定是否對實(shí)測錘擊數(shù)進(jìn)行修正。 另外，在勘察報(bào)告中，對于所提供的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)應(yīng)注明是否已進(jìn)行了桿長修正。 表5-2 N63.5的桿長修正系數(shù)（1根據(jù)牛頓彈性碰撞理論修正 建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范(GBJ789)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的貫入深度不宜超過21m。同時(shí)規(guī)定，當(dāng)試驗(yàn)深度大于3m時(shí)，實(shí)測錘擊數(shù)N需按下式進(jìn)行鉆桿長度修正：N=N式中，為修正系數(shù)

10、，按表5-2取值。 表5-2中的值是根據(jù)牛頓彈性碰撞理論計(jì)算而得，并非實(shí)測值，與實(shí)際并不符合。關(guān)于限制在21m以內(nèi)也是由于歷史原因造成的。目前，實(shí)際工程中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的桿長最長已超過100m，試驗(yàn)成果(N值)仍能較好地反映土層的力學(xué)性質(zhì)的變化。 （2日本東海大學(xué)宇都-馬等實(shí)測了水平擱置的120m鉆桿系統(tǒng)在受錘擊時(shí)桿頂端與底端的錘擊動(dòng)應(yīng)力的衰減情況和位移，建議的修正關(guān)系如下：當(dāng)桿長l20m時(shí)，NN；當(dāng)l20m時(shí)， N(1.06一0.003L)N（3按彈性桿件波動(dòng)理論修正 當(dāng)桿長l14m時(shí)，NN(=1.0)；當(dāng)l14m時(shí)，由于輸入鉆桿的錘擊能量隨著桿長變短而變小，使錘擊值偏大，偏小，故不作桿長修正

11、。（4不作桿長修正地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范（GB50307-2019及10時(shí) ， 3226N652132N41用這兩式進(jìn)行判別時(shí)，粉砂應(yīng)減5，粗、礫砂應(yīng)加5。評定粘性土的強(qiáng)度指標(biāo)也有多種方法：（1Terzaghi及Peck提出粘性土不排水抗剪強(qiáng)度Cu為： N)5 . 66(Cu（2南京水利科學(xué)研究院在1950年1960年期間，在我國東南沿海諸省的101項(xiàng)工程中積累了大量的試驗(yàn)資料，統(tǒng)計(jì)出標(biāo)貫擊數(shù)與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu之間的關(guān)系：對粘性地基，有792個(gè)標(biāo)貫試驗(yàn)，Ip17，粘粒含量087%，得：qu=14N+3 （kPa）對壤土地基，有596個(gè)標(biāo)貫試驗(yàn)，其Ip=717，粘粒含量054%，得

12、：qu=13.5N （kPa）（3Behpoor結(jié)合60項(xiàng)工程，對伊朗的亞粘土及粉質(zhì)粘土N25擊），得：qu=15N （kPa）（4美國海軍碼頭及船塢局發(fā)現(xiàn)標(biāo)貫擊數(shù)與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu的關(guān)系線與塑性指數(shù)Ip有密切關(guān)系，如圖5-7所示。南京水科院與Behpoor的關(guān)系式是與上圖相當(dāng)一致，靠近低Ip粘土的邊界線。表5-9 國內(nèi)N值與fkkPa的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 四、評定土的變形參數(shù) 用標(biāo)貫試驗(yàn)估算土的變形參數(shù)時(shí)有兩種途徑：一種是與平板載荷試驗(yàn)對比，得出變形模量E0；另一種是與室內(nèi)壓縮試驗(yàn)對比，得出壓縮模量Es值。 國內(nèi)一些勘察和研究單位建立的評定土的變形參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式匯總于表5-10。表5-10 N值與

13、E0或Es的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（一求單樁容許承載力1Schertmann1967的方法見表5-11，該方法需要同時(shí)測定靜力觸探的錐尖阻力qc。表5-11 用N估算樁端阻力pb和樁側(cè)摩阻力pf2國家?guī)r土工程勘察和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范沒有關(guān)于利用標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果確定單樁的承載力規(guī)定，但當(dāng)積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)后，可以用標(biāo)貫擊數(shù)來估計(jì)單樁承載力。 如北京勘察設(shè)計(jì)研究院提出估算單樁承載力的經(jīng)驗(yàn)公式如下： （二選擇樁尖持力層 利用標(biāo)貫試驗(yàn)選擇樁尖持力層，從而確定樁的長度是一個(gè)比較簡便和有效的方法，特別是地層變化較大的情況更具突出的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐，對于打入式預(yù)制樁，常選N =3050擊作為持力層。 對廣州地區(qū)的殘積

14、層N=30就可以滿足樁長1520m對持力層的要求。 應(yīng)用時(shí)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)考慮。 六、砂土液化判別 目前，國內(nèi)外用于砂土液化評價(jià)的現(xiàn)場試驗(yàn)手段主要有標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)兩種。我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011一2019規(guī)定：（1當(dāng)初步判別認(rèn)為需進(jìn)一步作液化判別時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別地面下15m范圍內(nèi)土的液化可能性；（2當(dāng)采用樁基或埋深大于5m的深基礎(chǔ)時(shí)還需要判別1520m范圍內(nèi)土的液化可能性。（3當(dāng)飽和砂土和飽和粉土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測值(未經(jīng)桿長修正)N小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)Ncr時(shí)，應(yīng)判為液化土。地面下15m深度范圍內(nèi)液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)Ncr按下式計(jì)算：而地面下1520

15、m深度范圍內(nèi)液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)Ncr按下式計(jì)算：N0液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按表5-14取用；ds飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度(m)；dw地下水位深度，宜按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位或近期內(nèi)年最高水位采用；c粘粉百分含量，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3。 cwscr/dd.NN3)( 10900cwscr/dd.NN3)( 10-2.40表5-14 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0七、估算地基基床反力系數(shù) 日本有關(guān)規(guī)范提供了N值與地基基床反力系數(shù)k (k Pa)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。(1)日本建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范建議地基基床反力系數(shù)k可由下式估計(jì)： k(0.11.0)N(2)采用日本港灣技術(shù)規(guī)范：當(dāng)考慮荷載p與

16、位移y為線性關(guān)系時(shí)， k0.15N當(dāng)考慮為非線性關(guān)系時(shí)，對于正常固結(jié)粘土，那么 pky0.3 k0.075N0.62對于超固結(jié)粘上，那么 pky0.5 k0. 5N0.62(3)日本國鐵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中，對灌注樁的樁端、樁側(cè)、樁頂?shù)牡鼗卜戳ο禂?shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系如下：樁端地基基床反力系數(shù)：kv=0.2E0D-3.1樁側(cè)地基基床反力系數(shù)：ks=0.03E0D-3.4樁頂?shù)鼗卜戳ο禂?shù)：kh=0.2E0D-3.4式中，D樁徑(cm)； E0地基變形模量，取25N(105Pa)。以上關(guān)系式均是以變形為10mm的地基基床反力系數(shù)。八、估算土層的平均彈性剪切波速Vp (1)按日本道橋設(shè)計(jì)規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系如下：

17、對粘性土： Vp100N1/3 1N25對砂性土： Vp80N1/3 1N50 (2)日本Yasu Yoshida等人(1988)提出的的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系如下： 式中，v0上覆壓力(kPa)； C與土類有關(guān)的系數(shù)，見表5-15。 25. 014. 0v0pNCV九、地基處理效果檢測 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是常用的地基處理效果檢測試驗(yàn)手段之一。無論是強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓法，還是水泥土攪拌法處理軟土地基，都可以采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)手段，通過對比地基處理前后地基土的試驗(yàn)指標(biāo)，對地基處理效果(質(zhì)量)及其影響范圍作出評定。1強(qiáng)夯法地基處理效果檢測 濟(jì)南某機(jī)場擴(kuò)建工程擬采用強(qiáng)夯加固淺層軟土地基 ?？煞譃?層：依次為耕植土層、粉土層、粉質(zhì)粘土層、粉土層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。 強(qiáng)夯施工結(jié)束后，在各試驗(yàn)小區(qū)的夯點(diǎn)中心和夯間進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。孔深為8.0m，每隔1.0m或15m作一次標(biāo)貫試驗(yàn) 。夯心和夯間的錘擊數(shù)相差不大，夯心略好于夯間。圖5-8給出了相關(guān)4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)(A1、A3、B1和B4)強(qiáng)夯前后的標(biāo)貫擊數(shù)。 2用于水泥土攪拌樁