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ASTM規(guī)范標(biāo)貫在尼羅河地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

2012-09-04　來源：作者：王慶江 來源：中國鳴網(wǎng)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（SPT）是利用一定的錘擊動能（錘重63.5kg，落距76cm），將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻抗，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入器貫入土30cm的錘擊數(shù)N表示。

　　標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的目的是用測得的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N判斷砂土的密實度或粘性土和粉土的稠度、估算土的強度與變形指標(biāo)，確定地基土的承載力，評定砂土、粉土的振動液化及估計單樁極限承載力及沉樁可能性；并可劃分土層類別，確定土層剖面和取擾動土試樣進行一般物理性試驗，和用于巖土工程地基加固處理設(shè)計及效果檢驗[1]。

　　近年來，我國在國外的勘察工程日益增多，熟悉和掌握世界通用勘察規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的操作方法和結(jié)果分析方法成為重要課題。本文就是根據(jù)實際的國外勘察工程，按照國際慣例和施工合同要求，采用美國ASTM規(guī)范進行土體標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，來判斷土層密實度，劃分土層類別。

　　1、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗原理和設(shè)備

　　標(biāo)貫試驗是將重錘打擊在一根細(xì)長桿件（探桿）上，錘擊會在探桿和土體中產(chǎn)生應(yīng)力波，標(biāo)貫試驗錘擊貫入過程可用一維波動方程來描述[2]。

　　標(biāo)貫試驗使用的設(shè)備包括動力設(shè)備和貫入系統(tǒng)兩大部分。動力設(shè)備的作用是提供動力源，為便于野外施工，多采用柴油發(fā)動機；貫入部分是標(biāo)貫試驗的核心，由穿心錘、探桿和探頭組成[6]。
　　1.3標(biāo)貫成果應(yīng)用

　　如土層不太硬，并能較容易地貫穿0.30m的試驗段，則取貫入0.30m的錘擊數(shù)N。如土層很硬，不宜強行打入時，可用下式換算相應(yīng)于貫入0.30m的錘擊數(shù)N[6]。

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　　式中：n—所選取的貫入深度的錘擊數(shù)；

　　ΔS—對應(yīng)錘擊數(shù)n的貫入深度（m）。
　　2、各地標(biāo)貫試驗規(guī)范對比

　　各地標(biāo)貫試驗規(guī)范在錘重量、落距、預(yù)擊貫人深度以及試驗貫人深度這四個參數(shù)上是完全一致的，這是該試驗?zāi)軌蛟谑澜绺鞯赝ㄓ玫幕A(chǔ)。

　　通過搜集資料，現(xiàn)今國際上應(yīng)用的規(guī)范主要有美國ASTM規(guī)范，英國規(guī)范，歐洲規(guī)范，日本規(guī)范等。把這些規(guī)范和我國的巖土勘察規(guī)范中對標(biāo)貫試驗的規(guī)定進行比較，幾種規(guī)范之間明顯的存在一些差異[1][3][4]。

　　無法達(dá)到要求深度時的處理 擊數(shù)50貫入未達(dá)30cm 記錄50擊入土數(shù) 擊100而貫人未達(dá)30cm 記錄50擊入土數(shù) 記錄50擊入土數(shù)

　　以上比較了各個國家和地區(qū)之間標(biāo)貫設(shè)備和測量方法存在的差異，可以看出：各種規(guī)范之間的差異都很小，這些具體的規(guī)定都是和本地區(qū)的實際地質(zhì)情況是符合的，帶有濃厚的地區(qū)特性，應(yīng)根據(jù)實際的地質(zhì)條件選用不同的規(guī)范。同時，值得注意的是一個國家或地區(qū)范圍內(nèi)，所用的錘具、鉆桿、貫人器以及鉆孔設(shè)備也會有一定差異。例如在美國，就有穿心錘、針式錘、安全錘及自動錘等類型。另外，由于土層隨深度的變化，同一鉆孔直徑從淺部至深部可能有從大到小的變化。以上種種不同均可在一定程度上造成標(biāo)貫試驗結(jié)果的差異。

　　3、工程實踐

　　Dagash位于蘇丹國北部，尼羅河下游，此段河道較為平緩，尼羅河覆蓋層較厚。2008年2月到12月，華北有色工程勘察院蘇丹公司承擔(dān)了此處尼羅河攔河大壩的地質(zhì)勘查工作，利用各種先進的勘查手段和試驗方法，較為準(zhǔn)確的探明了此處的地層分布情況和巖土體性質(zhì)。標(biāo)貫技術(shù)作為現(xiàn)場測定土體密實度的重要試驗，在此次勘查工作中得到了廣泛的應(yīng)用，其成果為現(xiàn)場快速準(zhǔn)確的判斷土體的密實度提供了可靠的依據(jù)。

　　3.1試驗設(shè)備

　　381號孔位于Dagash大壩軸線附近，覆蓋層厚度超過10m。嚴(yán)格依照美國ASTM規(guī)范要求，盡可能的減少人為因素造成的試驗結(jié)果偏差，標(biāo)貫設(shè)備采用如下的規(guī)格[6]


　　3.2試驗步驟及成果分析

　　根據(jù)ASTM規(guī)范，使用自由落錘的方式，先進行15cm的預(yù)打，達(dá)到深度后，每15cm記錄一次錘擊數(shù)。381號孔位間隔1.0m進行一次標(biāo)貫試驗，共進行了11個試驗，結(jié)果如下：

　　把上表中的標(biāo)貫結(jié)果和深度對應(yīng)表現(xiàn)在圖上，可以得出：

　　圖2381號孔標(biāo)貫結(jié)果示意圖

　　從表4、圖2可以看出，前10次標(biāo)貫試驗的N30值均較小，根據(jù)表1的判斷標(biāo)準(zhǔn)可以看出，0~10m的砂土密實度為極松到松，只有4~6m的位置是稍密。從圖3中381號孔的鉆探成果可以看出，上層0~4m為淤泥層，4~7m為粉砂層，7~10m為殘積土層，10~10.95m為全風(fēng)化片巖，10.95m以后為片巖。此孔距離尼羅河僅3m，地下水位1.2m，表層1m淤泥質(zhì)土不受地下水影響，標(biāo)貫結(jié)果比1~4m的地層高。地下水位以下的淤泥層、殘積土層、全風(fēng)化片巖層，由于水的作用，變的極為松軟，故1~4m、6~10m的錘擊數(shù)都小于5，地層很軟。而4~6m是粉砂層，不受地下水的影響，所以較密實。當(dāng)進行第11次標(biāo)貫試驗時，達(dá)到了巖石層，所以標(biāo)貫擊數(shù)超過50，而且出現(xiàn)了反彈現(xiàn)象，終止了試驗，此標(biāo)貫結(jié)果和鉆探成果基本一致。

　　3.3標(biāo)貫結(jié)果和現(xiàn)場密實度試驗結(jié)果比較分析

　　標(biāo)貫試驗結(jié)果是現(xiàn)場快速判定土體密實度、劃分土層的主要依據(jù)，這只是一個大概的估計值，只能定性的判斷土體的密實度，不能定量、精確的測量出土體的密實度值，只有通過現(xiàn)場簡易的土體密實度試驗才能定量的判斷出土體的密實度。使用袖珍貫入測力計在標(biāo)貫樣中進行土體密實度測力試驗，就可以得出較為準(zhǔn)確的土體密實度。

　　在ASTM規(guī)范中，土體標(biāo)貫值、袖珍貫入測力計值和不排水剪切試驗值的關(guān)系如下：

　　袖珍貫入測力計所得值為規(guī)定貫入深度時，換算標(biāo)準(zhǔn)為98.06kPa/cm，根據(jù)次換算標(biāo)準(zhǔn)可得381號孔土體的貫入力如下：

　　從表6中可以看出，貫入力和標(biāo)貫結(jié)果基本上是保持一致的，這就說明了標(biāo)貫結(jié)果的正確性。同時也存在一些細(xì)小的差別，這是由于現(xiàn)場試驗操作過程存在誤差，導(dǎo)致結(jié)果存在誤差。從表4、表6兩個試驗的結(jié)果可以定性、定量的判斷土體的密實度，而且可以互相印證彼此的正確性，為現(xiàn)場編錄提供了可靠的參考數(shù)據(jù)。

　　4、小結(jié)

　　標(biāo)貫試驗結(jié)果是現(xiàn)場判定砂土密實度的重要依據(jù)，本文通過對比國際常用規(guī)范，總結(jié)了各國規(guī)范對標(biāo)貫試驗規(guī)定的差異，并結(jié)合實際工程，應(yīng)用ASTM規(guī)范進行標(biāo)貫試驗，使用得出的結(jié)果對砂土密實度進行評價，并且結(jié)合鉆探所得砂土的類型，驗證了標(biāo)貫試驗的正確性。為不同規(guī)范下進行標(biāo)貫試驗提供了一些參考。

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