标准贯入试验应用及其杆径换算研究

龙燕明

（建材广州地质工程勘察院，广东 广州 510403）

1 标准贯入试验的定义

标准贯入试验也被称为SPT试验，作为一种原位测试技术，它一般结合钻孔进行，在国内外工程地质勘察中有着广泛应用。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，其中，穿心锤质量63.5kg，触探杆直径规范中规定为42mm，标准贯入器一般采用对开式贯入器。试验过程中，穿心锤沿导杆自由下落76cm，将贯入器自钻孔底部高程，预先击入土中15cm，然后继续击入30cm，并记录打入30cm的锤击数(N)。N为标贯击数，根据N值即可对土层变化及其工程性质进行判断。此外，贯入器可以将扰动土样带出，以便现场对土样进行鉴别描述及并进行相关的室内土工试验。因此，标准贯入试验对钻探不易取样的砂质粉土和砂土进行物理、力学性质的评定具有独特的意义[1]。

2 标准贯入试验的操作过程

标准贯入试验一般包括3个步骤：

①放杆。当钻孔至试验标高以上15cm处，停止钻进并清除孔内残土至试验标高。然后将标准贯入器及一段钻杆放人孔中，若未到孔底则接入另一段钻杆后再向下放，如此反复直至贯入器到达孔底。

②锤击。贯入器达到孔底（试验标高）后，安装好锤具，然后以小于30击/min的锤击速率采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击。将贯入器打入土中15cm后，再继续贯入并记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数N。在土层较硬时，若累计已达50击而贯入度未达30cm时应终止试验，记录实际贯入度以及累计锤击数。

③拔杆。停止锤击后，拔出所有钻杆及贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别描述或土工试验。

应采用回转钻进的方法成孔来尽可能地减少对孔底土的扰动。为避免出现涌砂和坍孔，在地下水位以下的土层中试验时，应使孔内水位保持高于地下水位，必要时应下套管，同时注意套管不能低于试验标高。

3 标准贯入试验的影响因素

对同一土体，标贯击数N应该是客观唯一的。因为N值的大小是土的结构、密度和状态等诸多因素的综合反映，无论谁进行试验，其结果都应该相同或近似。这体现了标准贯入试验中“标准”的含义，否则N值就失去了意义。但在实际试验中，常常发现在同一场地某一特定土层，不同勘察单位甚至同一单位标贯试验所得出的N值具有或大或小的差别。这主要是由于以下几方面因素造成的[2]：

①钻进方法。采用冲击或是回转钻进所得到的N值是不同的，在砂层中这种差别尤为明显，实践证明误差可达20%左右。因此，应采用回转钻进，在砂层中推荐泥浆护壁。

②贯入速度。在饱和状态的粉土和粉细砂地层中，设备性能以及操作熟练程度的不同将对贯入速度造成影响，若将贯入速度控制在5s/击～10s/击，则不会对试验结果造成较大影响。

③试验孔径。在常规钻探89mm～146mm孔径内进行试验时，可以忽略影响。但是在基坑底表面进行试验的特殊情况下，由于缺少上部超载，击数N会偏小。

④贯入深度。标准中要求一次贯入的深度为15cm预打和30cm的贯入，共计45cm。如果试验孔出现坍塌或缩孔，则贯入深度就要加大，使得试验器械的阻力和摩擦力随之加大，导致N增大。因此，要保持孔底干净不扰动，这是确保试验精度的一个重要方面。

⑤钻杆垂直度。在钻杆倾斜与孔壁产生摩擦过程中，贯入器的打击能量会随之减小，导致N值偏大。因此，试验过程中要对钻杆垂直度进行人工导正，避免出现钻杆倾斜。

4 不同直径钻杆试验结果的换算

随着钻探技术的提高和高速机的广泛使用，近来年国内的标准贯入试验开始使用比规范规定的直径42mm更大的钻杆，即直径50mm的“50杆”。对于50mm钻杆试验条件下的N值是否需额外修正，尚无相应的规范或研究结论，但在实际地质勘察过程中迫切需要相关的指导。因此，以广东省某一大型立交工程的勘察实例来对两种杆径得到的标贯试验数据进行换算研究。

4.1 数据分析

由于标贯的贯入能量较大，软弱土层的标贯击数一般很小，淤泥或淤泥质土往往仅1～2击，甚至自落。在钻探外业中，对于粘性土的稠度状态、砂质土的密实性、风化岩土的风化程度，一般依据编录人员的感觉及标贯击数综合确定。此外，按土类和土质细分后，每一状态下的土的数据量也将比较小，统计规律也会比较差。基于上述考虑，在数据统计过程中，仅划分出三类不容易混淆的土类进行统计：一般粘性土、砂土及花岗岩风化岩土。其中，风化岩土包括残积土、全风化岩和土状的强风化岩。此外，所统计的标贯击数都是实际击数，没有对杆长进行修正。

表1 各类土的标贯次数

表2 砂土和风化岩土的N值统计表

4.2 试验数据及分析

该立交工程场区一般粘性土、砂土、风化岩土标贯1957个，上述三类土的42mm钻杆和50mm钻杆的标贯次数见表1。

由于一般粘性土的标贯数据数量较少，数据比较离散，因此仅对砂土和风化岩土进行统计分析。为反映出不同深度情况下标贯击数与杆径之间的关系，分别统计砂土和风化岩土在两种不同杆径情况下标贯击数与杆长之间的关系。砂土和风化岩土在42mm钻杆和50mm钻杆情况下的N值进行详细统计结果见表2。通过统计分析可以得知，砂土和风化岩土50mm钻杆的N值几乎都比42mm钻杆的N值要更大。鉴于所统计的数据都源于同一场地、同一勘察队伍、同一次勘察，且两种杆径的标贯次数比较接近，数据量也足够大，其数据的可信度是很高的。因此，由上述结果可得出如下结论，即：杆径的变化对标贯击数是有影响的，不能予以忽略。对于砂土和风化岩土，42mm钻杆和50mm钻杆N值的比值约为0.796和0.75。当然，上述研究结果仅是根据这一个场地统计而得出，能否推广到其它地区和其它场地，尚需作进一步的探讨，为此在条件许可的情况下，需对更多的工程场地进行统计分析，从而对上述结论进行验证或修正[3]。

结语

①钻杆杆径对标准贯入试验N值有影响，50mm钻杆试验条件下的N值需要转换为标准42mm钻杆条件下的试验值。

②对于砂土和花岗岩风化土，42mm钻杆和50mm钻杆的N值比值在0.75～0.80之间，即：50mm钻杆试验条件下的N值宜乘以0.75～0.80的修正系数来换算成规范中定义的标准击数值。

[1]贺瑞霞，任德生，曹洪亮.工程地质勘察中的标准贯入试验[J].铁道建筑，2010，3:60-62.

[2]曹庆霞.关于标准贯入试验方法的探讨[J].山西建筑，2010，2:129-130.

[3]裴文，彭功勋，李承海.广州某工程标准贯入击数与钻杆杆径关系的研究[J].广东土木与建筑，2008，11:26-27.