两种杆径对砂层标准贯入试验击数的影响

2013-03-06刘晓静

城市勘测 2013年6期

关键词：砂层砂土钻杆

刘晓静

(石家庄市勘察测绘设计研究院,河北石家庄 050019)

两种杆径对砂层标准贯入试验击数的影响

刘晓静∗

(石家庄市勘察测绘设计研究院,河北石家庄 050019)

近年来，随着国内钻探技术的不断提高，比规范规定直径42 mm更粗的φ50型钻杆越来越多地出现在标准贯入试验中(SPT)，本文以石家庄某工程为例，统计分析了SPT击数和钻杆杆径之间的关系。结果表明，标贯击数大小与钻杆杆径之间存在着显著的相关关系，若试验使用的钻杆不是标准的φ42钻杆，则标贯击数宜进行修正。

标准贯入试验；杆径；击数

1 引言

标准贯入试验(SPT)是用质量为63.5 kg的穿心锤,以76 cm的落距,将标准规格的贯入器,自钻孔底部预打15 cm,记录再打入30 cm的锤击数,判定土的力学性质。该方法通过测定砂土、粉土的密实度及黏性土的状态,从而对土层抗剪强度、变形参数、剪切波速、地基承载力、砂土和粉土的液化进行评价。

自上世纪70年代开始引入以来,SPT以其设备价格低廉、操作方法简单、应用范围广泛等特点,迅速成为我国岩土工程勘察钻探中最常用的原位测试手段之一。尤其是在砂土层较厚的华北地区,对砂土地层的物理力学指标评定,地基承载力计算,变形参数的选取等,标贯试验击数是砂土地层中最主要、最直接、最基本的依据。

近20年来,随着钻探技术的提高,我国的SPT开始使用比规范规定的直径42 mm更大的钻杆,即直径50 mm的“φ50钻杆”。对于使用φ50钻杆所得到的标贯击数是否需额外修正,尚无相应的规范或研究结论。本文即利用石家庄市某工程的岩土工程勘察资料,对两种不同杆径在相同砂层中得到的标贯实验数据进行了比较分析。

2 工程概况

该高架桥工程位于石家庄市城区东北部,南北走向,全长约1.43 km,桥梁结构采用简支T梁局部斜拉,基础形式采用大直径钻孔灌注桩。

工程详细勘察阶段,共完成钻孔184个,标准贯入试验1 379次,其中采用φ42钻杆993次,φ50钻杆386次。施工工艺采用泥浆护壁回转钻进。

3 场地工程地质条件

根据钻探资料,勘察最大深度100.0 m范围内,除表层填土之外,主要地层均为第四纪冲洪积成因的黏性土、砂土及碎石土:地表下37.0 m左右的地层以砂土为主,状态由松散逐渐过渡至密实,其间夹有两层黏性土层和多层呈透镜体状的胶结层、粉土,下部偶见圆砾；37.0 m以下至56.0 m左右地层构成以黏性土为主,多呈可塑～硬塑状态,其间含多处厚度不均的中粗砂夹层,姜石含量较高,局部胶结成透镜体薄层；56.0 m以下地层构成为含卵石粗砾砂及卵石层。

4 数据统计思路

标贯试验适用土层范围很广,但影响因素也很多。针对上述地层情况,黏性土中的姜石,砂土中圆砾、卵石都会影响标贯击数的准确性。因此,选用37.0 m以上较纯净的砂层中标贯击数作为主要统计对象。

此外,所统计的标贯击数均为实测击数,未对杆长进行修正。关于杆长校正问题,一直是学术界争论的焦点。参考美国Schmertmann(1979)波动模拟试验结论,“当探杆长度小于70英尺(21m)时,波动能量传递影响微不足道”,笔者认为选择20m以上标贯击数进行统计,既可以合理规避杆长对统计结果可靠性的影响,又能够解决砂土包含物对试验本身准确性的困扰。

勘察报告中,根据工程地质特征及物理力学指标将20 m以上砂层分为中粗砂①层,粗砂②层以及粗砂④层。对上述三层砂土进行进一步分析发现,其组成成分均以石英、长石为主,颗粒级配曲线(如图1所示)也十分接近,差别较大的只是密实度。而砂土密实度的划分依据就是标贯试验实测击数,若依照勘察报告中地层进行统计,其标贯大小实际上已被预先界定,数据分析结果也受到先入之见的影响,难以反映出杆径的实际影响。因此,统计过程中将三层砂土标贯数据合并处理。

图1 颗粒级配曲线图

本文统计基于以下前提假设,即只要所统计的数据量足够,φ42钻杆和φ50钻杆打到同一深度的概率是相同的。

5 统计结果及分析

根据土工试验成果,整合后粗砂层工程地质特征如下:

粗砂:灰白色,稍湿,成分以石英长石为主,云母次之,含暗色矿物,分选性及磨圆度较差,砂质较纯净,底部零星圆砾。

颗粒级配曲线如图1所示,颗粒组成指标如表1所示。

颗粒组成指标统计表表1

为了明确不同深度情况下标贯击数与钻杆杆径之间的关系,本文统计了两种不同杆径标贯击数与杆长之间的关系,即标贯击数相对于杆长的分布图,如图2所示。

从统计图看出,在可靠的深度范围内,φ50钻杆的标贯击数均比φ42钻杆明显更大。鉴于所统计的数据源于同一场地、同一勘察队伍,采用相同的施工工艺,且两种杆径标贯数量很大,数据可信度高。因此,上述结果可得出如下结论,即杆径的变化对标贯击数有明显影响,不能予以忽略。

图2 标贯击数分布图

对φ42及φ50两种钻杆在相同砂层中标贯击数进行详细统计结果见表2,可见无论其标贯击数平均值是否考虑数据离散性,φ42钻杆和φ50钻杆的标贯击数比值都比较接近,两者比值约为0.90。

不同深度标贯击数统计表2

当然,上述研究结果仅仅依据本场地砂土地基资料统计得出,在条件许可的情况下,需对更多的工程项目资料进行统计分析,从而验证能否推广到其他地区和其他场地。

6 结论

(1)标准贯入试验击数的大小会受到钻杆杆径的影响,在工程勘察中,若使用的钻杆不是标准的φ42钻杆,则其标贯击数宜进行修正。

(2)对于相同的砂土地基,φ42钻杆和φ50钻杆的标贯击数比值为0.90,即使用φ50钻杆时,实测的标贯击数宜乘以0.90的修正系数,以转化为规范定义的标准击数值。如果从偏于安全的角度考虑,也可采用稍小的修正系数。

(3)本文的研究仅限于一个场地,在条件许可的情况下,需对更多的场地进行研究,以得到更为可靠的结论。

(4)由于条件有限,本文对20 m以下深度标贯击数是否受钻杆杆径影响,尚无明确结论,可作为今后的一个研究方向。同时,若能结合室内试验进行对比研究,将能得到更具有指导意义的结论。

参考文献

[1] GB 50021-2001.岩土工程勘察规范[S].

[2] GB 50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].

[3] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[4] 林宗元主编.岩土工程实验监测手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[5] 贾文华，陆峰.标准贯入试验方法的回顾与讨论[J].河北勘察，2004(3).

[6] 周瑞林，贾向荣，刘京红.对标准贯入试验中杆长修正问题的探讨[J].西部探矿工程，2006(7).

The Influence of Two K inds of Stem Diameters on the Standard Pentration Test(SPT)Hit-numbers

Liu Xiaojing
(Shijiazhuang Institute of Surveying,Mapping＆Geotechnical Investigation,Shijiazhuang 050019,China)

Recently,with the increasing development of domestic drilling technology,more and moreφ50 drill stem which is thicker than the standard 42mm diameter has been found in SPT.In this articlewe take one construction in Shijiazhuang as an example and statistically analyses the relationship between SPT hit-numbers under the same sand layer and drill stem diameter.The result shows that there exists a significant correlation between SPT hit-numbers and drill stem diameter.Ifwe don't use the standard drill stem which isφ=42mm for drill stem diameter,the SPT hit-numbers should be properly corrected.

SPT；stem diameter；hit-numbers

1672-8262(2013)06-174-03

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