基礎工程地基勘察1

規(guī)范貫入實驗規(guī)范貫入實驗第一節(jié)概述第二節(jié)實驗的設備與原理第三節(jié)實驗的技術要求第四節(jié)實驗資料整理第五節(jié)實驗的工程運用第一節(jié)概述一、規(guī)范貫入實驗的定義二、規(guī)范貫入實驗的優(yōu)點及適用性三、規(guī)范貫入實驗的開展四、規(guī)范貫入實驗的目的一、規(guī)范貫入實驗的定義

StandardPenetrationTest，SPT〕規(guī)范貫入實驗是一種在現(xiàn)場用63.5kg的穿心錘，以76cm的落距自在落下，將一定規(guī)格的帶有小型取土筒的規(guī)范貫入器打入土中，記錄打入30cm的錘擊數(shù)〔即規(guī)范貫入擊數(shù)N〕，并以此評價土的工程性質(zhì)的原位實驗。SPT原位測試技術仍屬于動力觸探范疇，所不同的是，其貫入器不是圓錐探頭，而是規(guī)范規(guī)格的圓筒形探頭〔由兩個半圓筒合成的取土器〕。與圓錐動力觸探實驗類似，規(guī)范灌入實驗并不能直接測定地基土的物理力學性質(zhì)，而是經(jīng)過與其他原位測試手段或室內(nèi)實驗成果進展對比，建立關系式，積累地域閱歷，才干評定地基土的物理力學性質(zhì)。二、規(guī)范貫入實驗的優(yōu)點及適用性適用土層：砂性土、粘性土，不適用于碎石類土及巖層。優(yōu)點：操作簡單、運用方便，地層適用性較廣。缺陷：實驗數(shù)據(jù)離散性較大，精度較低，對于飽和軟粘土，遠不及十字板剪切實驗及靜力觸探等方法精度高。三、規(guī)范貫入實驗的開展這種實驗技術是20世紀40年代末期開展起來的。由于運用方便，得到了廣泛的運用，在美國及日本運用最為廣泛。在我國，50年代初期由南京水利實驗處研制并在治淮工程中得到廣泛的推行，積累了大量的運用閱歷。60年代在國內(nèi)得以普及。四、規(guī)范貫入實驗的運用〔目的〕1．評價地基土的物理形狀〔如地層剖面及脆弱夾層〕；2．評價地基土的力學性能參數(shù)〔如變形模量、物理力學性質(zhì)目的〕；3．計算天然地基的承載力；4．計算單樁的極限承載力及選擇樁尖持力層；5．評價場地砂土和粉土的液化能夠性及等級。應該指出的是，除判別液化外，其他的運用方法都是基于與其他測試方法的對比中建立起計算公式的。如樁的承載力的預估是與載荷實驗相對比，土的物理力學性質(zhì)目的是與室內(nèi)實驗成果建立相關關系。因此，對缺乏運用閱歷的地域，在運用規(guī)范貫入實驗時應與其他測試方法配協(xié)作用。第二節(jié)規(guī)范貫入實驗的設備與原理一、實驗設備二、根本原理規(guī)范貫入實驗設備主要由貫入器、觸探桿〔鉆桿〕和穿心錘三部分組成。一、規(guī)范貫入實驗的實驗設備1．貫入器規(guī)范規(guī)格的貫入器是由對開管和管靴兩部分組成的探頭。對開管是由兩個半圓管合成的圓筒型取土器；管靴是一底端帶刃口的圓筒體。二者經(jīng)過螺紋銜接，管靴起到固定對開管的作用。貫入器的外徑、內(nèi)徑、壁厚、刃角與長度都有規(guī)范化尺寸，見表1。2．穿心錘重63.5kg的鑄鋼件，中間有不斷徑45mm的穿心孔，此孔為放導向桿用。國際、國內(nèi)的穿心錘除分量一樣外，錐形上不完全一致。落錘能量受落距控制，落錘方式有自動脫鉤和非自動脫鉤兩種。目前國內(nèi)普遍運用自動脫鉤安裝。我國目前采用的SPT設備與國際規(guī)范一致，<巖土工程勘察規(guī)范>〔GB50021—2002〕要求SPT的設備應符合表1的規(guī)定。表1規(guī)范貫入實驗設備尺寸3．觸探桿國際上多用直徑為40~50mm的無縫鋼管，我國那么常用直徑為42mm的工程地質(zhì)鉆桿。在與穿心錘銜接處設置一錘墊。規(guī)范貫入實驗設備原先并不規(guī)范。各部件的規(guī)格各國有所差別。國際土力學與根底工程協(xié)會(ICSMFE)于1957年成立專門委員會開展研討任務，以處理SPT的規(guī)范化問題。并于1988年向第一屆國際觸探實驗會議提出規(guī)范貫入實驗國際規(guī)范建議稿，于1989年獲得經(jīng)過，開場執(zhí)行。二、規(guī)范貫入實驗的根本原理規(guī)范貫入實驗是利用一定的落錘能量〔錘重63.5kg，落距76cm〕將規(guī)范規(guī)格的貫入器貫入土中，根據(jù)打入土中30cm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。其實驗原理與動力觸探實驗非常類似。但是，SPT與動力觸探在貫入器上的差別，決議了SPT的根本原理的獨特性，SPT在貫入過程中，整個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，其任務形狀和邊境條件非常復雜。影響規(guī)范貫入實驗的要素有很多，主要有以下兩個方面：1．鉆孔孔底土的應力形狀不同的鉆進工藝(回轉、水沖等)、孔內(nèi)外水位的差別、鉆孔直徑的大小等，都會改動鉆孔孔底的應力形狀。2．錘擊能量經(jīng)過實測，即使是自動自在落錘，傳送給探桿系統(tǒng)的錘擊能量也有很大的動搖，變化范圍到達±〔45％~50％)，對于不同單位、不同機具、不同操作程度，錘擊能量的變化范圍更大。按規(guī)范的貫入器，用規(guī)范的錘(63.5kg)和落距(76cm)。思索到錘擊效率，規(guī)范的應力波能量比為60％。那么可用實測ERi修正標貫擊數(shù)Ni：N60=〔ERi/60〕NiNi——相應于能量比為ERi的實測錘擊數(shù)；N60——修正為規(guī)范應力波能量比的標貫擊數(shù)。第三節(jié)規(guī)范貫入實驗的技術要求1．規(guī)范貫入實驗必需與鉆探配合，以鉆機設備為根底。鉆進方法：為保證鉆孔質(zhì)量，要求采用回轉鉆進，并堅持孔內(nèi)水位略高于地下水水位，當鉆進至實驗標高以上15cm時，停頓鉆進。還應留意：〔1〕仔細去除孔底殘土到實驗標高，換用規(guī)范貫入器，并量得深度尺寸；〔2〕在地下水位以下鉆進時，或遇承壓含水砂層時，孔內(nèi)水位應一直高于地下水位，以減少對土的振動擾動；〔3〕當下套管時，要防止套管下過頭，否那么在管內(nèi)做實驗會使N值偏大。2．為保證錘擊時鉆桿不發(fā)生側向晃動，鉆桿應定期檢查，使鉆桿彎曲度小于0.1%，接頭應結實。3．采用自動脫鉤的自在錘擊法進展標貫實驗，并減少導向桿與錘之間的摩擦阻力。防止錘擊時偏心和晃動，堅持貫入器、探桿、導向桿銜接后的垂直度，以堅持錘擊能量恒定。4．將貫入器垂直打入實驗土層中，錘擊速率應小于30擊/min。先打入15cm，不計錘擊數(shù)，繼續(xù)貫入，記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計30cm的錘擊數(shù)即為規(guī)范貫入錘擊數(shù)N。假設遇比較密實的砂土，貫入缺乏30cm的捶擊數(shù)已超越50擊時，應終止實驗，并記錄實踐貫入深度△S〔cm〕和累計擊數(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，將其中土樣取出進展鑒別描畫、記錄，然后換以鉆具繼續(xù)鉆進，至下一需求進展實驗的深度，再反復上述操作。普通每隔1.0~2.0m進展一次實驗。6．在不能堅持孔壁穩(wěn)定的鉆孔中進展實驗時．應下套管以維護孔壁，但實驗深度必需在套管75cm以下；或采用泥漿護壁。7．最后繪出擊數(shù)N和貫入深度標高〔H〕的關系曲線。第四節(jié)規(guī)范貫入實驗的成果整理一、標貫實驗的修正二、標貫實驗的成果整理一、標貫實驗的修正實驗的影響要素是很復雜的，其中有些要素可經(jīng)過規(guī)范化的方法使其一致以減少對實驗成果的影響，如設備、落錘方法、實驗方法等影響要素屬于這一類。但另一些要素如桿長、地下水位、上覆壓力等，那么是無法人為控制的，因此要進展修正。1．桿長修正與圓錐動力觸探類似，關于實驗成果進展桿長修正問題，國內(nèi)外的意見并不一致。在建立規(guī)范貫入擊數(shù)N與其他原位測試或室內(nèi)實驗目的的閱歷關系式時，對實測值能否修正和如何修正也不統(tǒng)—，因此，在SPT成果運用時，需求特別留意。應根據(jù)建立統(tǒng)計關系式時的詳細情形來決議能否對實測錘擊數(shù)進展修正。另外，在勘察報告中，對于所提供的規(guī)范貫入錘擊數(shù)應注明能否已進展了桿長修正。表2N63.5的桿長修正系數(shù)〔1〕根據(jù)牛頓彈性碰撞實際修正<建筑地基根底規(guī)范>(GBJ7—89)規(guī)定，規(guī)范貫入實驗的貫入深度不宜超越21m。同時規(guī)定，當實驗深度大于3m時，實測錘擊數(shù)N’需按下式進展鉆桿長度修正：N=αN’式中，α為修正系數(shù)，按表2取值。表2中的α值是根據(jù)牛頓彈性碰撞實際計算而得，并非實測值，與實踐并不符合。關于限制在21m以內(nèi)也是由于歷史緣由呵斥的。目前，實踐工程中規(guī)范貫入實驗的桿長最長已超越100m，實驗成果(N值)仍能較好地反映土層的力學性質(zhì)的變化?！?〕日本東海大學宇都-馬等實測了程度擱置的120m鉆桿系統(tǒng)在受錘擊時桿頂端與底端的錘擊動應力的衰減情況和位移，建議的修正關系如下：當桿長l≤20m時，N＝N’；當l＞20m時，N＝(1.06一0.003L)N’〔3〕按彈性桿件動搖實際修正當桿長l≥14m時，N＝N’(α=1.0)；當l<14m時，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，α偏小，故不作桿長修正?！?〕不作桿長修正<地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范>〔GB50307-1999〕及<巖土工程勘察規(guī)范>〔GB50021-2002〕規(guī)定不進展桿長修正。雖然目前有些規(guī)范還要進展修正，但國內(nèi)外研討的總趨勢是不再進展桿長修正。2.上覆壓力的影響即思索實驗深度處土的圍壓對實驗成果的影響，以為隨著土層中上覆壓力的增大，規(guī)范貫入實驗錘擊數(shù)相應增大。國內(nèi)對此未予注重〔國內(nèi)不進展校正〕，國外那么作了較多研討，以為應采用下式進展修正：N1=cNNN——實測錘擊數(shù)；Nl——修正為上覆壓力σ’v0＝100kPa的錘擊數(shù)；cN——上覆壓力修正系數(shù)(見表5-3)。表3上覆壓力修正系數(shù)cN3．地下水位影響的修正Terzaghi和Peck(1953)提出對于d10=0.1~0.005mm的飽和粉細砂，當實測標貫擊數(shù)N’>15時，應按下式進展修正：N=15+0.5(N’-15)交通部港口工程地質(zhì)勘察技術規(guī)范規(guī)定，當用N值確定Dr及φ值時對地下水位以下的中、粗砂層的N值宜按下式校正：N=5+N’二、規(guī)范貫入實驗的成果整理1．規(guī)范貫入實驗成果整理時，實驗資料該當齊全，包括：鉆孔孔徑、鉆進方式、護孔方式、落錘方式、地下水位及孔內(nèi)水位(或泥漿高程)、初始貫入度、預打擊數(shù)、實驗標貫擊數(shù)及深度記錄、貫入器所取擾動土樣的鑒別描畫。如做過錘擊能量標定實驗的，應有F(t)~t曲線。2．繪制標貫擊數(shù)N與深度的關系曲線，或在地質(zhì)剖面圖上，進展SPT的鉆孔旁，于實驗點深度標出N值。作為勘察資料提供時，對N值不用進展桿長修正、上覆壓力修正及地下水位修正。如進展錘擊能量標定實驗的、可按錘擊能量標定實驗資料計算N60。3．結合鉆探及其他原位實驗，根據(jù)N值在深度上的變化，對地基土進展分層，對各土層的N值進展統(tǒng)計。統(tǒng)計時，要剔除個別異常值。第五節(jié)標貫實驗的成果運用一、評定砂土的密實形狀二、評定粘性土的稠度形狀三、評定地基土的承載力四、評定土的變形參數(shù)五、預估單樁承載力六、砂土液化判別七、估算地基基床反力系數(shù)八、估算土層的平均彈性剪切波速vp(m／s)九、地基處置效果檢測一、評定砂土的相對密度Dr和密實形狀1．直接按N值斷定砂土的嚴密程度，見表4。表4砂土的密實度2．根據(jù)實驗錘擊數(shù)和實驗點深度，利用以下圖可查得砂土的相對密實度Dr。例題1－1二、評定粘性土的稠度形狀1．Terzaghi及Peck提出的標貫擊數(shù)與稠度形狀之間的關系，見表5，該表廣泛流行至今。表5粘性土N與稠度形狀關系〔Terzaghi及peck〕2．在國內(nèi)，按原冶金部武漢勘察公司149組資料統(tǒng)計的閱歷關系，如表6所示。表6粘性土N與液性指數(shù)IL的閱歷關系三、評定地基土的承載力1．評定土的強度目的用標貫實驗成果，可以評定砂土的內(nèi)摩擦角和粘性土的不排水抗剪強度。評定砂土內(nèi)摩擦角的關系式有：〔1〕Gibbs和Holtz〔1957〕統(tǒng)計的砂土閱歷關系式式中，σv0為上覆壓力〔kPa〕。由此閱歷關系式得出的圖為〔圖6〕：

圖6N-φ-σv0關系〔Gibbs和Holtz〔1957〕〕〔2〕Wolff〔1989〕統(tǒng)計的閱歷關系式為：式中，N1為用上覆壓力修正過的錘擊數(shù)，采用Peck等的修正關系：〔3〕Peck的閱歷關系為：φ=0.3N+27〔4〕Meyerhof的閱歷關系為：當4≤N≤10時，當N>10時，用這兩式進展判別時，粉砂應減5°，粗、礫砂應加5°。評定粘性土的強度目的也有多種方法：〔1〕Terzaghi及Peck提出粘性土不排水抗剪強度Cu為：〔2〕南京水利科學研討院在1950年~1960年期間，在我國東南沿海諸省的101項工程中積累了大量的實驗資料，統(tǒng)計出標貫擊數(shù)與無側限抗壓強度qu之間的關系：對粘性地基，有792個標貫實驗，Ip>17，粘粒含量0~87%，得：qu=14N+3〔kPa〕對壤土地基，有596個標貫實驗，其Ip=7~17，粘粒含量0~54%，得：qu=13.5N〔kPa〕〔3〕Behpoor結合60項工程，對伊朗的亞粘土及粉質(zhì)粘土〔N<25擊〕，得：qu=15N〔kPa〕〔4〕美國海軍碼頭及船塢局發(fā)現(xiàn)標貫擊數(shù)與無側限抗壓強度qu的關系線與塑性指數(shù)Ip有親密關系，如圖5-7所示。南京水科院與Behpoor的關系式是與上圖相當一致，接近低Ip粘土的邊境限。2．評定地基土的承載力在國內(nèi)，著重開展標貫實驗與載荷實驗對比研討，提出閱歷關系式?！?〕<建筑地基根底設計規(guī)范>〔GBJ7-89〕，對粘性土承載力規(guī)范值，列于表7，砂性土承載力規(guī)范值列于表8?！?〕國內(nèi)很多單位基于當?shù)貙嶋H提出了地域性閱歷公式，運用時留意地域性、土類的差別。見表9?！?〕Terzaghi建議的地基承載力〔kPa，平安系數(shù)取3〕的閱歷關系式為：對于條形根底：fk=12N對于獨立方根底：fk=15N表9國內(nèi)N值與fk〔kPa〕的閱歷關系四、評定土的變形參數(shù)用標貫實驗估算土的變形參數(shù)時有兩種途徑：一種是與平板載荷實驗對比，得出變形模量E0；另一種是與室內(nèi)緊縮實驗對比，得出緊縮模量Es值。國內(nèi)一些勘察和研討單位建立的評定土的變形參數(shù)的閱歷關系式匯總于表10。表10N值與E0或Es的閱歷關系五、預估單樁承載力及選擇樁尖持力層〔一〕求單樁允許承載力1．Schertmann〔1967〕的方法見表11，該方法需求同時測定靜力觸探的錐尖阻力qc。表11用N估算樁端阻力pb和樁側摩阻力pf2．國家?guī)r土工程勘察和地基根底設計規(guī)范沒有關于利用標貫實驗結果確定單樁的承載力規(guī)定，但當積累了大量的工程閱歷后，可以用標貫擊數(shù)來估計單樁承載力。如北京勘察設計研討院提出估算單樁承載力的閱歷公式如下：〔二〕選擇樁尖持力層利用標貫實驗選擇樁尖持力層，從而確定樁的長度是一個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。根據(jù)國內(nèi)外的實際，對于打入式預制樁，常選N=30~50擊作為持力層。對廣州地域的殘積層N=30就可以滿足樁長15~20m對持力層的要求。運用時，應結合地域閱歷思索。六、砂土液化判別目前，國內(nèi)外用于砂土液化評價的現(xiàn)場實驗手段主要有規(guī)范貫入實驗和靜力觸探實驗兩種。我國<建筑抗震設計規(guī)范>〔GB50011一2001〕規(guī)定：〔1〕當初步判別以為需進一步作液化判別時，應采用規(guī)范貫入實驗判別地面下15m范圍內(nèi)土的液化能夠性；〔2〕當采用樁基或埋深大于5m的深根底時．還需求判別15~20m范圍內(nèi)土的液化能夠性?！?〕當飽和砂土和飽和粉土的規(guī)范貫入錘擊數(shù)實測值(未經(jīng)桿長修正)N小于液化判別規(guī)范貫入錘擊數(shù)Ncr時，應判為液化土。地面下15m深度范圍內(nèi)液化判別規(guī)范貫入錘擊數(shù)Ncr按下式計算：而地面下15~20m深度范圍內(nèi)液化判別規(guī)范貫入錘擊數(shù)Ncr按下式計算：N0——液化判別規(guī)范貫入錘擊數(shù)基準值，按表5-14取用；ds——飽和土規(guī)范貫入實驗點深度(m)；dw——地下水位深度，宜按建筑運用期內(nèi)年平均最高水位或近期內(nèi)年最高水位采用；ρc——粘粉百分含量，當小于3或為砂土時，應采用3。表14規(guī)范貫入錘擊數(shù)基準值N0七、估算地基基床反力系數(shù)日本有關規(guī)范提供了N值與地基基床反力系數(shù)k(kPa)的閱歷關系。(1)日本建筑構造設計規(guī)范建議地基基床反力系數(shù)k可由下式估計：k＝(0.1~1.0)N(2)采用日本港灣技術規(guī)范：當思索荷載p與位移y為線性關系時，k＝0.15N當思索為非線性關系時，對于正常固結粘土，那么p＝ky0.3k＝0.075N0.62對于超固結粘上，那么p＝ky0.5k＝0.5N0.62(3)日本國鐵根底設計規(guī)范中，對灌注樁的樁端、樁側、樁頂?shù)牡鼗卜戳ο禂?shù)的閱歷關系如下：樁端地基基床反力系數(shù)：kv=0.2E0D-3.1