标准贯入试验的数据分析方法及地基承载力表格比对研究

2016-01-10温世聪符碧犀

广东土木与建筑 2016年1期

张羽温世聪符碧犀黄飘杨眉

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广州510500）

0 引言

标准贯入试验（SPT）是一种简捷、经济的原位测试方法，适用于检测砂土、粉土和粘性土等的岩土性状和推定其地基承载力。上世纪50～70年代，由于我国经济实力较弱，采用标准贯入试验确定地基承载力是当时的一种主要手段，并建立了不少经验公式和相关表格，相关研究成果于1974年被编入地基基础设计规范［1］。上世纪80年代开始，随着工程建设发展和我国经济实力的增强，业界已普遍要求采用标准贯入试验检验岩土性状、采用平板载荷试验确定地基承载力，这在一定程度上削弱了标准贯入试验在评定地基承载力方向的发展力度。如何根据标准贯入试验合理推定地基承载力，对我国经济相对欠发达地区（尤其农村地区）提高房屋建筑的安全性和降低建造成本具有重要作用。同时由于平板载荷试验的测试深度有限，采用标准贯入试验评价基础持力层的中下部区域（尤其下部存在软弱夹层的地基、上硬下软的地基）的承载力仍然是行业亟待解决的关键技术难题。为此，相关文献［2～7］也进行了不断地探索，但文献［1～7］在标准贯入试验推定地基承载力上存在下列问题：一是采用的数据分析方法不尽相同，尚未形成统一的数据分析方法，甚至交代不详；二是承载力推定表格存在较大差异。

目前文献［6］正在进行修编，对标准贯入试验也开展了相关课题进行研究，为了更深入地了解标准贯入试验推定地基承载力中存在的问题，有必要对其来源进行系统的分析。因此，本文拟对标准贯入试验推定地基承载力的数据分析方法和承载力推定表格的演变过程进行归纳总结，并结合具体工程实例探索数据分析方法的适用性，为相关规范的编制提供依据。

1 标准贯入试验推定地基承载力的演化过程分析

TJ 7－74［1］指出，可根据标准贯入试验修正锤击数N63.5（我国早期规范标准贯入试验锤击数采用N63.5表示）确定砂土、老粘性土和一般粘性土的容许承载力，并给出了对应表格。但未指明是任一测点的修正锤击数、单孔平均修正锤击数还是场地统计修正锤击数。

GBJ 7-89［2］在 TJ 7-74［1］的基础上作了相应改进，具体包括：①给出了不同的砂土、粘性土的承载力推定表格；②当根据标贯击数N（相当于Nk，是否修正则根据建立经验关系时的具体情况确定）确定地基承载力标准值时，采用标准正态分布具有保证率95%（即0.05分位数）的方法计算，即应按下式进行修正：

式中：μ为平均值；σ为标准差，下同。

GB 50021-94［3］给出了花岗岩残积土承载力标准值的推定表格。但表注中指出标贯击数N系校正后的值，未说明N值如何统计得到。不过从规范全文理解，N值应为采用统计学区间估计理论基础上得到的关于参数母体平均值置信区间的单侧置信界限值-标贯击数Nk，即N值的统计方法为：

对于 JTJ 240-97［4］：①采用与 GBJ 7-89［2］相同的方法计算标贯击数N（相当于Nk）；②增加了粉土承载力推定表格；③对砂土、粘性土、花岗岩残积土的容许承载力推定表格作了部分调整。

DBJ 15-31-2003［5］给出了根据标贯修正锤击数N确定砂土、一般粘性土和花岗岩残积土、粉土的地基承载力特征值的经验值表格。同样未指明统计方法。

DBJ 15-60-2008［6］作了如下工作：①当同一检测孔的同一分类土层中有两个或两个以上检测数据时，应先计算其算术平均值，并将该算术平均值采用公式⑵计算标贯击数标准值Nk；②砂土、粉土、花岗岩残积土（全风化岩）承载力特征值的推定表格同DBJ 15-31-2003［5］，粘性土承载力特征值的推定表格同 GBJ 7-89［2］。

JGJ 340-2015［7］给出了根据标贯击数 N′确定粘性土承载力特征值的经验值表格，砂土、粉土的表格同 DBJ 15-31-2003［5］。同样未指明统计方法。

2 数据分析方法比对分析

通过相关规范的演化过程分析可知，数据分析方法主要分为以下几种情况：

2.1 按正态分布进行数据分析的方法

文献［2，4］采用正态分布对标贯击数进行统计分析，取分位数为0.05的单侧置信值为标贯击数标准值，即按公式⑴计算Nk。

2.2 按t分布进行数据分析的方法

文献［3］采用统计学区间估计理论基础上得到的关于参数母体平均值置信区间的单侧置信界限值进行标贯击数标准值的统计，即按公式⑵计算Nk。DBJ 15-60-2008［6］、JGJ 340-2015［7］均采用此数据分析方法进行标准贯击数标准值的计算，且明确指出同一土层先单孔平均得出代表值后再按公式⑵计算。

2.3 按平均值进行数据分析的方法

TJ 7-74［1］未指明是任一测点的修正锤击数、单孔平均修正锤击数还是场地统计修正锤击数。DBJ 15-31-2003［5］和 JGJ 340-2015［7］也是同样情况。为此，除按2.1和2.2的2种方法进行统计外，本文提出按平均值的统计方法，即按公式⑶计算N。TB 10018-2003［8］中对圆锥动力触探推定地基承载力时即采用场地平均值法。

按上述3种数据分析方法进行标贯击数统计时，又存在两种情况：同一土层所有点直接统计或同一土层取单孔平均值后进行场地统计。综上所述，将数据分析方法分成以下6种（最终推定出的均为场地地基承载力）：方法1：同一土层所有测点标贯击数直接按公式⑴计算标准值进行推定。方法2：同一土层所有测点先单孔平均得出标贯击数代表值，再按公式⑴计算标准值进行推定。方法3：同一土层所有测点标贯击数直接按公式⑵计算标准值进行推定。方法4：同一土层所有测点先单孔平均得出标贯击数代表值，再按公式⑵计算标准值进行推定。方法5：同一土层所有测点标贯击数直接按公式⑶计算平均值进行推定。方法6：同一土层所有测点先计算单孔标贯击数代表值，再按公式⑶计算场地平均值进行推定。

3 标准贯入试验推定地基承载力的表格取值分析

针对相关规范中承载力表格不统一的情况，结合工程经验综合分析后，给出以下建议：

⑴ 砂土地基承载力推定表格在相关规范中变动不大，建议按 GBJ 7-89［2］取值。

⑵ 粉土地基承载力推定表格在相关规范中差别最大，几乎相差一倍，建议按 JTJ 240-97［4］取值。

⑶ 粘性土地基承载力在大部分规范中取值偏大，甚至超过实际工程中强风化岩的取值，建议按JGJ 340-2015［7］取值。

表1 同一土层标准贯入试验推定承载力特征值统计表（kPa）

⑷ 花岗岩残积土地基承载力在相关规范中变动也很大，甚至超过实际工程中强风化岩的取值，建议按 JTJ 240-97［4］取值。

⑸ 标贯击数均采用修正后的锤击数标准值。

4 工程实例分析

本节结合具体工程实例，对上述6种数据分析方法计算结果进行对比。

⑴ 东莞市松山湖某工程

本场地上部约0.00～15.00m为砂质粘性土层，地基承载力特征值为220kPa。本次检测共完成66个孔，共330次标准贯入试验。统计结果如表1所示。

⑵ 深圳市某职业学校

本场地为粉质粘性土地基，地基承载力特征值为80kPa。本次检测共完成18个检测孔，共90次标准贯入试验，统计结果如表1所示。

⑶ 广州市某厂房

本场地为砂质粘土和全风化岩地基，地基承载力特征值为230kPa。本次检测共完成75个检测孔，共375次标准贯入试验，本文仅对砂质粘土（可塑）区域数据进行分析，统计结果见表1。

通过以上3个工程实例计算结果可以看出，利用方法1、2推定出的特征值普遍偏小，且部分相差较大，原因主要是标准贯入试验锤击数离散性太大，可见采用公式⑴进行统计在实际应用中还存在问题，需要进一步论证其适用性。方法3、4推定出的特征值非常接近，但从实际计算过程中发现，方法4中对同一土层先进行单孔平均得出代表值可使数据离散性降低，再用公式⑵计算比较合理。方法5、6推定出的特征值也非常接近，且均大于其他4种方法推定出的值，公式⑶适用性也有待进一步研究。