分析岩土工程勘察中标准贯入试验（SPT）的N 值运用及校正

张宗联

（泉州水务工程建设集团有限公司，福建 泉州 362000）

1 引言

标准贯入试验（SPT）是一种原位勘察手段，它用质量为63.5kg 的重锤按照规定的落距（76cm）自由下落，将贯入器打入地层，根据贯入器在土层贯入深度（一般为30cm）得到的锤击数来判定土层力学性质【1】。这种测试方法应用普遍，适用于砂土、粉土和一般黏性土【2】。标准贯入试验简称为标贯，其探头是一个空心贯入器，试验过程中还可以取土。标贯试验在国内外运用广泛，是一种重要的土工原位测试技术。具有以下优点：（1）设备坚固、简单、耐用；（2）易掌握操作及测试方法；（3）适应广泛，适用于砂土、粉土及一般黏性土；（4）标准贯入试验可同时取样，方便直接观察和描述土层情况；（5）运用历史悠久，在此基础上积累了丰富的经验，是岩土工程勘察中不可缺少的一项野外现场测试方法。

2 标贯击数影响因素及成果运用

2.1 试验影响因素

1）钻进方法：试验前，选择回转还是冲击钻进，N 值将不同，在砂层中这种差别明显；有文献资料显示，这种误差可达20%左右。故建议在土层中试验前选择回转钻进，砂层中选择泥浆护壁。

2）试验设备的连接：部件之间如丝扣或接头部位松动，将增大N 值。

3）贯入器的完整性：贯入器靴刃口部位残缺或变形，将增大N 值。

4）贯入深度：当钻孔出现缩孔甚至坍塌，贯入深度会加大，将造成贯入试验器械的阻力加大，使N 值增大。为保证试验精度须保持孔底干净不扰动。

5）钻杆垂直度：钻杆倾斜时，会与孔壁产生摩擦，贯入器的打击能量减小，将出现N 值偏大的倾向。欧洲标准规定，钻杆间隔一定长度应考虑此类因素影响，要设置导正装置。我国现有规范无此规定，为避免出现钻杆倾斜，建议在试验时人工导正。

6）杆长因素：随着杆长的加大，锤击能量在传递到贯入器的过程中出现衰减。

7）上覆土压力：随着土层中上覆压力的增大，试验深度处土的围压对试验成果的影响，标准贯入试验锤击数相应增大

8）地下水：地下水位以下，土颗粒受到浮力影响，有效应力小于总应力。判断液化时，对于水利水运工程，应以工程运行后的地下水位来考虑标贯值的修正。

2.2 试验结果的运用

标准贯入试验有着广泛的运用，例如，确定地基承载力、确定土的抗剪强度、砂土的密实度、确定土的变形参数、确定黏性土的状态和无侧限抗压强度、估算单桩承载力、计算剪切波速及评价砂土液化等。国标GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009 年版）【3】3.3.9 条用未经过校正的 N 值确定砂土的密实度。福建省标地DBJ13-07—2006《建筑地基基础设计规范》【4】附录C，用未经过校正的N 值经验关系确认地基承载力。国标 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）【5】4.3.4 条，用经过地下水修正后的N 值，判定地基土液化。

除了规范推荐的N 值运用外，国内学者关于标贯结果N值的运用有诸多成果。

田丽丽【6】等通过标准贯入试验击数与静力触探指标的对比研究，发现标贯试验N 值与土层的锥尖阻力存在明显的相关关系。对大量的数据采用SPSS 软件进行回归分析后，发现理论值与实际值平均误差为3.36%，绝对误差为15.74%，验证结果总体理想。

刘俊龙【7】利用多个工程地基土的标贯试验测试结果，提出了适合福州地区打入（静压）预制单桩极限承载力估算的经验公式。经过工程验证，表明利用标贯击数估算单桩极限承载力可获得较高的精确度。

胡增辉【8】等通过对马来西亚槟州第二跨海大桥的试验结果研究分析，利用标准贯入试验的N 值与黏性土的不排水抗剪强度值的相关性，提出了利用标准贯入试验的N 值确定黏性土的不排水抗剪强度，在实际运用中获得了良好的效果。

刘辉【9】分析研究了徐州市区从2006—2010 年的18 项工程的标准贯入试验与土工试验资料，其中，土工试验共计1 731 组，标贯试验1 277 次，发现标贯与液性指数、压缩模量、黏聚力及内摩擦角均有较强的相关性，通过线性拟合，可建立基于标贯击数的各物理指标的经验关系式，相对偏差算术平均值均在10%以内。

李兵【10】通过对某地区黏土的实测数据分析，建立平均剪切波速度与标贯击数的关系，此关系能较好地指导当地勘察。

王崇艮【11】以珠江三角洲地区大量工点资料为基础，采用线性回归方法得到了标贯击数与黏性土液性指数的对应关系，结果表明有较高的可靠性。

3 标贯击数成果的校正

3.1 杆长因素校正

福建省地标DBJ13-84—2006《岩土工程勘察规范》【12】11.4.6 条文说明规定，标准贯入试验的贯入深度不宜超过21m。同时规定，当试验深度大于3m 时，实测锤击数N′需按式（1）进行钻杆长度修正：

式中，α 为修正系数，按表1 取值。

表1 杆长与修正系数

杆长与修正系数见表1，α 值并非实测值，而是根据牛顿弹性碰撞理论计算而得。由于杆长超过21m 后，探杆系统质量已超过落锤质量的2 倍，根据碰撞理论，此时能量损失很大，标准贯入试验已不适用，故规范规定杆长修正限制为21m。但是，目前实际工程中标准贯入试验的杆长最长已超过100m，试验成果N 值仍能较好地反映土层的力学性质的变化【13】。现代高层建筑工程项目勘察中，标贯杆长已远远超过21m。GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009 年版）10.5.5 条 1 款条文说明，锤击传输给杆件的能量变化远大于杆长变化能量的衰减，故建议不作杆长修正的N 值是基本数值，运用时再根据情况考虑是否修正，用何种方法修正。GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》【14】4.1.8 条条文说明，勘察报告应该提供未经修正的实测值，这是基本数据，然后根据当时积累资料统计分析时的具体情况，确定是否需要修正。

福建省地标DBJ13-84—2006《岩土工程勘察规范》的11.4.6 条文说明中表明，式（1）来自GBJ 7—1989《建筑地基基础设计规范》，本规范已被GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》取代，而新规范未对杆长修正作任何规定。新修订的规范不对杆长修正作任何规定，这并不意味着对杆长修订的肯定与否定，而是把杆长问题留给学术界、工程界继续研究，以得到更完善的修正公式。

由于撞击碰撞理论不能很好地解释杆长修正带来的标贯击数变化，西方国家普遍采用能量撞击传输衰变理论解释杆长带来标贯击数变化的影响。采用修正后的能量因子为60%时对应标贯修正值N60及能量因子为60%时换算成上覆应力为100kPa 时的标贯修正值（N1）60换算成黏性土或砂土指标【15】。

式中，Ni为相应于能量比为ERi的实测锤击数，击；ERi为实测应力波能量比，%；N60为修正为标准应力波能量比的标贯击数，击。

3.2 土的自重影响校正

国内规范较少对此项进行校正。欧美国家有较多研究，随着贯入深度增大，试验深度处土的围压及土层中上覆压力将增大，标准贯入试验锤击数相应增大，标贯击数应采用式（3）进行修正：

式中，N1为修正为上覆压力σv0=100kPa 的锤击数，击；N 为实测锤击数，击；cN为上覆土压力修正系数。

3.3 地下水位的影响校正

水利水运项因工程运行时，地下水位会发生变化。在评价时候应按工程运行后的地下水位来考虑。GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》【16】附录P0.4 条规定，在液化判定中，标贯击数应修正。

式中，N′为实测标贯锤击数；ds为工程运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度，m；dw为工程运用时，地下水位在当时地面以下的深度，m，当地面淹没于水面以下时，dw取0为标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度，m′为标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度，当地面淹没于水面以下时，取0。

校正后标准贯入锤击数和实测标准贯入锤击数均不进行桩杆长度校正。

水利港口航运工程中，发现对于地下水位下的中粗砂实测标准贯入试验击数增加5 击计算，比较符合工程的实际，也有砂粒在地下水位下的浮力和动力作用的理论依据。JST 147-1—2010《港口工程地基规范》【17】4.2.7 条及水运行标 JTS 133—2013《水运工程岩土勘察规范》【18】4.2.11 条规定，当用 N 值确定密实度Dr及内摩擦角φ 值时，对地下水位以下的中、粗砂层的N 值宜按式（5）校正：

式中，N 为修正后的锤击数，击；N′为实测锤击数，击。

4 工程实例

本文收集泉州地区几个实际项目中黏土实测标贯击数N（统计后的标准值）与室内土工试验的压缩模量Es进行比对。标贯击数与压缩模量见表2。

表2 标贯击数与压缩模量

图1 中可以得到标贯击数与土体压缩模量有着明显的相关关系。随着标贯击数的增加，压缩模量也增加。在样本足够多的情况下，可建立区域性的经验关系式，为区域工程建设提供相对可靠的设计数据，定性了解土的物理性质，缩短勘察周期，创造效益。

图1 标贯击数与压缩模量的关系

5 结语

标贯作为一项简单实用的原位测试技术，在地质勘察中得到广泛的运用，是勘察中不可取代的一项测试技术。除规范规定的标贯成果运用外，我国广大的工程技术人员和科研工作者在长期的工程实践中，运用标贯成果估算单桩承载力、抗剪强度指标等，在区域的工程实践中取得比较好的效果。

运用标贯成果时，击数如何进行修正或是否需要修正，应该首先考虑用标贯击数解决什么问题，依据什么经验作为背景，以及建立这些经验式的基础依据。例如，地基土液化中，用修正后的标贯值得到了比较好的运用。过去很多经验公式关系式是基于标贯杆长修正后的击数。新修订的规范，对杆长的修订未做任何规定，并不否认杆长修正的必要性，而是弹性碰撞理论不能解释与实际工程结果的偏差，标贯击数如何修正以及怎么修正需要地质勘察技术人员在实践中不断积累经验，得到更宝贵的经验关系。