用標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)據(jù)確定粘性土地基承載力方法探討

1、用標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)據(jù)確定粘性土地基承載力方法探討段新勝顧湘摘要：通過對實(shí)際工程不同勘探方法對比研究，提出了用標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)確定粘性土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的有效方法。關(guān)鍵詞：標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值THE METHOD RESEARCH TO DETERMINE GROUND STANEARD VALUE OF BEARING CAPACITY BYSTANDARD PENETRATIONDuan Xinsheng,Gu XiangAbstract：Through contrasting of the results of different geotecnical investigati

2、on methods in several engineering project the effective methods to determine ground standard value of bearing capacity by standard penetration is presented.Key words：standard vaiue of standard penetration, ground standard value of bearing capacity眾所周知，標(biāo)貫試驗(yàn)是一種勘探與原位測試合二為一的地基勘察方法，這種方法可簡單快捷地確定粘性土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)

3、值，故在我國和世界大多數(shù)國家都得到廣泛應(yīng)用。但目前在實(shí)際勘察工作中存在的普遍問題是在同一地質(zhì)單元的同一層土中，標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)的離散性太大，使得用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ789)中公式56(即本文(1)式)計(jì)算出的標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值N會出現(xiàn)小于該層土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)最小值的不合理現(xiàn)象，致使難以用該規(guī)范提供的附表59(即本文表1)來確定粘性土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。N-1.645=(1-1.645)(1)式中：N標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值；標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)平均值；變異系數(shù)。表1粘性土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)N357911131517192123fk105145190235280325370430515

4、600680而在巖土工程勘察規(guī)范(GB5002194)中也僅提出了計(jì)算巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的通式： fk=s.fm(2)式中：fm為巖土參數(shù)平均值；s=1±，為巖土參數(shù)變異系數(shù)，n為參加統(tǒng)計(jì)的巖土數(shù)據(jù)組數(shù)。該規(guī)范未提出計(jì)算標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值及根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)值確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的具體方法。在此，如何用標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)N確定地基承載力仍是巖土工程勘察所需解決的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。本文試圖通過5個(gè)實(shí)際勘察工程的標(biāo)貫數(shù)據(jù)與土工實(shí)驗(yàn)、靜力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研究，分析標(biāo)貫錘擊數(shù)離散性過大的原因，尋求計(jì)算標(biāo)貫錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的實(shí)用方法，解決用標(biāo)貫錘擊數(shù)正確計(jì)算地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的問題。1工程實(shí)例對比研究筆者在武漢市漢口

5、地區(qū)5個(gè)工程項(xiàng)目(見表2)的地基勘察中，采用原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)、靜力觸探、標(biāo)貫試驗(yàn)3種勘探方法確定這5個(gè)工程的粘性土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。在勘探過程中，土工試驗(yàn)嚴(yán)格按土工實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GBJ12388)執(zhí)行；靜力觸探采用錐底面積為15 cm2的單橋探頭，每次靜力觸探試驗(yàn)前都對探頭進(jìn)行標(biāo)定；標(biāo)貫試驗(yàn)采用42 mm鉆桿作為觸探桿，自由落錘，并按規(guī)范規(guī)定試驗(yàn)?？碧浇Y(jié)果數(shù)據(jù)列表3。表2試驗(yàn)工程名稱、特征及代號工程名稱主要特征工程代號武漢地質(zhì)管理干部學(xué)院新四、五棟住宅樓武漢佳聯(lián)大廈武漢漢華花園綜合寫字樓武漢地質(zhì)管理干部學(xué)院A棟住宅樓武漢噴泉大廈7層，磚混結(jié)構(gòu)28層，框剪結(jié)構(gòu)21層，框剪結(jié)構(gòu)12層，框架

6、結(jié)構(gòu)28層，框剪結(jié)構(gòu)ABCDE根據(jù)室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)所得土的物理力學(xué)指標(biāo)確定的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，按GBJ7-89用承載力基本值乘以回歸修正系數(shù)確定。設(shè)承載力基本值為f0，標(biāo)準(zhǔn)值為fK，回歸修正系數(shù)為f，則fk=f f0。f0由GBJ789附表54、5查得，回歸修正系數(shù)按下式： (3)式中：n土性指標(biāo)參加統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)數(shù)；數(shù)據(jù)的變異系數(shù)。根據(jù)靜力觸探成果確定的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，是按武漢市建筑軟弱地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定(WBJ1192)確定的。用標(biāo)貫擊數(shù)確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，所有實(shí)測錘數(shù)均參與統(tǒng)計(jì)時(shí)，按(1)式和表1所確定的分層土的標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)平均值值、變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)值N及地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk的數(shù)值見表3

7、。從表3中可以看出，按規(guī)范GBJ789用標(biāo)貫試驗(yàn)所確定的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk比土工實(shí)驗(yàn)和靜力觸探所確定的地基承載力平均值低。它們之間的相對差用表示，=(-fk)，以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，之間的相關(guān)散點(diǎn)圖見圖1。由圖可見，與近似成線性關(guān)系，隨的增大而增大。在實(shí)驗(yàn)的5個(gè)工程中，最大達(dá)29.1%。由此可見，簡單直接地應(yīng)用GBJ789，使用標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)來確定粘性土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值是有問題的，問題是當(dāng)標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)離散性太大(即太大)時(shí)，用(1)式計(jì)算出的N值太小。圖1相關(guān)散點(diǎn)圖表3勘察結(jié)果數(shù)據(jù)表土層名稱工程代號實(shí)測數(shù)據(jù)fkfkfk粘土A5.6，7.7，8.4，8.6，8.8，9.0，9.8，10.8，

8、11.08.530.221568.590.181691687.10.5B3.8，4.4，6.4，7.4，8.0，8.2，9.06.740.291156.880.2313113414.22.2C3.6，4.0，4.2，4.3，4.4，4.6，5.0，5.2，7.0，10.55.280.39834.840.2011011729.16.0D3.5，3.7，3.9，4.8，4.8，4.9，4.9，5.74.530.171104.530.171101208.38.3E3.0，3.0，3.0，3.0，3.0，4.03.170.13953.170.1395879.29.2淤泥質(zhì)粘土B2.5，3.3，3.3，

9、3.3，4.0，4.0，4.33.530.17963.530.17968315.715.7粉質(zhì)粘土B3.7，4.6，4.7，4.7，6.64.860.221074.670.0113713118.34.6C2.3，3.1，4.0，4.6，4.9，5.2，6.2，7.0，7.7，8.1，10.55.780.42815.660.2411411027.33.6D1.7，2.6，2.8，3.4，3.5，3.6，3.7，3.7，3.7，4.1，5.3，6.2*3.690.32803.640.209410523.810.5我們應(yīng)該注意到在用土工實(shí)驗(yàn)指標(biāo)確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，GBJ789規(guī)定，(3)式中的回

10、歸修正系數(shù)應(yīng)大于或等于0.75(即f0.75)，否則應(yīng)分析是取樣、試驗(yàn)有差錯(cuò)?還是分層不合理?同時(shí)應(yīng)增大樣本數(shù)。在這里該規(guī)范實(shí)際上是認(rèn)為同一地質(zhì)單元的同一層土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性不應(yīng)太大。同樣的道理，當(dāng)標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)的離散性太大時(shí)，我們也應(yīng)分析是實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤，還是地層分層不合理。若分層合理，則應(yīng)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理后才能用式(1)和表1確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 2標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)離散性太大的原因分析影響標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)的因素可分為兩類，一類是地層因素，另一類試驗(yàn)操作因素。地層因素主要有：土性沿深度方向的變異性。同一層土標(biāo)貫試驗(yàn)的深度不同，標(biāo)貫錘擊數(shù)就不盡相同；土性在水平方向上的不均勻性。在同一層土的不

11、同鉆孔中標(biāo)貫擊數(shù)不盡相同。試驗(yàn)操作因素主要有：進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)時(shí)，鉆桿之間擰得時(shí)緊時(shí)松，影響錘擊能量的傳遞；試驗(yàn)前，孔底殘土太厚；標(biāo)貫貫入深度30 cm中含夾層。一般對于占地面積不大的工程項(xiàng)目，同一地質(zhì)單元的同一土層的標(biāo)貫錘擊數(shù)的離散性從標(biāo)貫機(jī)理上講不應(yīng)太大，否則就不是在同一土層。在同一土層中標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)離散性太大的主要因素應(yīng)是試驗(yàn)操作因素。因此，減小標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)離散性的關(guān)鍵是加強(qiáng)現(xiàn)場描述，準(zhǔn)確劃分土層，嚴(yán)格按操作規(guī)程及實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算問題要計(jì)算標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值N，首先必須明確計(jì)算目的，即是確定淺基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。與土坡穩(wěn)定分析和土壓力計(jì)算相比淺基的地基土破壞面

12、要小的多，地基土承載力破壞面與標(biāo)貫試驗(yàn)時(shí)土的破壞面之比，同上部結(jié)構(gòu)材料尺寸與材料試件尺寸比之間的差距不太大，而且同一土層標(biāo)貫擊數(shù)離散性太大的主要原因是實(shí)驗(yàn)操作誤差。因此，GBJ789用單個(gè)測定值作單測置信區(qū)間下限估計(jì)值作為標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值(即按(1)式計(jì)算N)，同時(shí)規(guī)定同一土層的試驗(yàn)數(shù)n6有其合理性。表4巖土參數(shù)變異性分類變異系數(shù)0.10.10.20.20.30.30.40.4分類很低低中等高很高筆者認(rèn)為，確定標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)離散性大小的標(biāo)準(zhǔn)可按巖土工程勘察規(guī)范(GB5002194)，GB5002194根據(jù)巖土參數(shù)變異系數(shù)的大小將其變異性分為很低、低、中等、高、很高五級，見表4。當(dāng)標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)實(shí)

13、測錘擊數(shù)變異系數(shù)0.2時(shí)，錘擊數(shù)的離散性就不大，就可直接按(1)式計(jì)算錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值并查表1確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)0.2時(shí)，說明實(shí)測錘擊數(shù)離散性較大，若不是地層的分層有錯(cuò)，則可先剔除較大的錘擊數(shù)和較小的錘擊數(shù)，盡可能使參與統(tǒng)計(jì)的錘擊數(shù)的變異系數(shù)小于或等于0.2。按以上思路，筆者實(shí)驗(yàn)的5個(gè)工程剔除較大和較小的錘擊數(shù)后(在表3是要剔除的錘擊數(shù)有*表示)，分層土的標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)平均值、變異系數(shù)、錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值N、和由N所確定的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk列入表3，fk與fk的相對差用表示，由表3可見，大大小于。 4結(jié)論在地層分層正確的條件下，標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)錘擊數(shù)離散性太大的主要原因是實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤。應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場描述，并

14、嚴(yán)格按操作規(guī)程和實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，用單個(gè)測定值作單側(cè)置個(gè)區(qū)下限估計(jì)值作為錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值有其合理性，但應(yīng)適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)數(shù)。在按GBJ789用錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，用于統(tǒng)計(jì)的分層土的錘擊數(shù)變異系數(shù)應(yīng)小于或等于0.2，否則應(yīng)先剔除較大和較小的錘擊數(shù)再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。作者簡介：段新勝男，1962年生。1985年畢業(yè)于武漢地質(zhì)學(xué)院北京研究生部，獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)任中國地質(zhì)大學(xué)武漢管理干部學(xué)院巖土與建筑工程系系主任。主要從事巖土工程和建筑工程教學(xué)與研究工作。通訊地址：湖北武漢市 漢口航空路15號中國地質(zhì)大學(xué)武漢管理干部學(xué)院巖土與建筑工程系郵政編碼：430030作者單位：段新勝