鐵路工程標准貫入試驗報告

1. 二建市政工程知識：標准貫入試驗有哪些

標准貫入試驗適用於砂土及一般粘性土，確定土的狀態及稠度，確定土體的物理力學指標。
標准貫入試驗孔應採用回轉鑽進，鑽至試驗標高以上15cm處，清除孔底殘土後進行試驗，並防止涌砂或塌孔；錘擊時應保持探桿垂直，避免偏心及側向晃動。錘擊速率應小於30擊/分。
標准貫入試驗數據的記錄
試驗時以每分鍾1530擊的貫入速率將貫入器打入試驗土層中，先打入15cm不計擊數，繼續貫入土中30cm，記錄錘擊數。每貫入10cm為一陣擊，記錄每一陣擊的錘擊數。若砂層比較密實，可記錄小於30cm錘擊數，並根據下式計算貫入30cm的錘擊數：
N=30n/△s
式中：N貫入30cm的錘擊數；
n所選取任意貫入量的錘擊數；
△S對應錘擊數N的貫入量。
在貫准貫入試驗結束後，應取出標貫器內的土樣進行鑒別描述。

2. 什麼叫標准貫入度,這個數值都用來做什麼

動力觸探是利用一定的落錘能量，將一定尺寸、一定形狀的探頭打入土中，根據打入的難易程度(貫入度)來測定土的性質的一種現場測試方法。根據錘重、落距、探頭或貫入器的不同，可將動力觸探分為輕型、中型、重(1)型(即標准貫入試驗)和重(2)型。各型動力觸探的技術指標參考數據如下表：

類型 錘重（Kg） 落距（cm） 探頭或貫入器 貫入指標 觸探桿外徑（mm）
輕型 10 50 圓錐頭，錐角60°，錐底直徑4.0mm，錐底面積12.6cm2 貫入30cm的錘擊數N10 25
中型 28 80 圓錐頭，錐角60°，錐底直徑6.18mm，錐底面積30cm2 貫入10cm的錘擊數N28 33.5
重(1)型 63.5 76 管式貫入器，外徑5.1cm，內徑3.5cm，刃口角度19°47′，長度70cm 貫入30cm的錘擊數N63.5 42
重(2)型 63.5 76 圓錐頭，錐角60°，錐底直徑7.4mm，錐底面積43cm2 貫入10cm的錘擊數N63.5 42

注 重(1)型動力觸探即標准貫入試驗。
輕型和中型動力觸探，適用於一般粘性土；標准貫入試驗除適用一般粘性土外，還可適用於粉土、砂土，包括粉砂、細砂和中砂。對於粗砂、礫砂，以及圓礫、卵石等碎石土類，則應採用重(2)型動力觸探。堤防工程常採用標准貫入試驗。

3. 標准貫入試驗

一、試驗設備及操作技術要點

1.試驗設備

標准貫入試驗的設備包括：標准貫入器、觸探桿、穿心錘與錘墊四部分，見圖4-4所示。目前，國際上常用的設備規格已經統一，見表4-8。

表4-8 標准貫入試驗設備規格

圖4-4 標准貫入試驗設備(單位：mm)

1—貫入器靴；2—由兩半圓形管合成的貫入器身；3—出水孔；4—貫入器頭；5—觸探桿；6—錘墊；7—穿心錘

2.試驗的操作技術要點

(1)為保證標准貫入試驗孔的質量，要求採用回轉鑽進，以盡可能減少對孔底土的擾動。當鑽進至試驗標高以上15cm處，停止鑽進。

還應注意的是：①仔細清除孔底殘土到試驗標高；②在地下水位以下鑽進時，或遇承壓含水砂層時，孔內水位應始終高於地下水位，應保持孔底土處於平衡狀態，以減少對土的振動擾動；③當下套管時，要防止套管超過試驗標高，否則會使N值偏大；④緩慢下放鑽具，避免孔底土的擾動；⑤為防止涌砂或塌孔，應採用泥漿護壁。

(2)為保證錘擊時鑽桿不發生側向晃動，鑽桿應定期檢查，使鑽桿彎曲度小於0.1%，接頭應牢固。

(3)穿心錘落距為76cm，應採用自動脫鉤的自由落錘法進行錘擊，並減小導向桿與錘之間的摩阻力，避免錘擊時的偏心和側向晃動，以保持錘擊能量恆定。

(4)試驗時，先將整個桿件系統連同靜置於鑽桿上端的錘擊系統，一起下到孔底。首先將貫入器以每分鍾15～30擊的速度打入土層中15cm，以後開始記錄打入30cm的錘擊數，即為實測錘擊數N。當N＞50擊，而貫入度未達30cm時，可記錄50擊的實際貫入深度，終止試驗。按實際50擊時的貫入度ΔS(cm)，按式(4-15)計算貫入30cm的錘擊數。

土體原位測試與工程勘察

(5)提出貫入器，取出貫入器中的土樣進行鑒別、描述、記錄，保存土樣備用。

(6)最後繪出擊數N和貫入深度(H)的關系曲線(圖4-3)。

二、成果的校正

試驗的影響因素是很復雜的。其中有些因素可通過標准化的辦法使其統一以減少對試驗成果的影響，如設備、落錘方法、試驗方法等影響因素屬於此類；但另一些因素如桿長，地下水位、上覆壓力等，則是無法人為控制的。

1.桿長的影響

觸探桿長度對測試結果的影響，國內外存在不同的看法。有兩種代表性的分析理論，即：古典的牛頓碰撞理論及彈性桿件中波動理論。

按牛頓碰撞理論，隨桿長增長，桿件系統受錘擊碰撞後用於貫入土中的有效能量逐漸變小；而按彈性波動理論，隨桿長的增長，有效能量卻是逐漸增大，超過一定桿長後，有效能量趨於定值。

國內對此因素有兩種不同的處理意見：

《建築地基基礎設計規范》(GBJ 7-89)規定桿長＞3m時錘擊數按下式進行桿長修正：

N=αN′ (4-16)

式中：N為標貫試驗經桿長修正後的錘擊數；N′為實測的標貫擊數；α為長度修正系數，查表4-9。

表4-9 探桿長度校正系數α表

該表中α值，實際上是以牛頓碰撞理論為基礎計得的。

如用彈性桿件波動理論，當桿長 l≥14m，α=1.0；當桿長小於14m，由於輸入鑽桿的錘擊能量隨著桿長變短而變小，使擊數值偏大，α偏小，故不做桿長修正。

《地下鐵道、輕軌交通岩土工程勘察規范》(GB 50307-1999)及《岩土工程勘察規范》(GB50021-2001)規定不進行桿長修正。

2.地下水位影響的校正

Terzaghi和Peck提出，當實測N′＞15的飽和粉細砂，建議用下式校正：

土體原位測試與工程勘察

交通部《港口工程地質勘察技術規范》規定，當用N值確定砂土的相對密度D_r及內摩擦角φ值時，對地下水位以下的中、粗砂層的N值，宜按下式校正：

N=N′+5 (4-18)

3.上覆壓力影響的校正

長期以來國內不考慮上覆壓力的影響。

三、標准貫入試驗成果的應用

根據標准貫入試驗的錘擊數，可對砂土、粉土、粘性土的物理狀態，土的強度、變形參數、地基承載力、單樁承載力，砂土和粉土的液化，成樁的可能性等作出評價。

1.評定土的強度指標

評定砂土的內摩擦角φ及粘性土的不排水抗剪強度C_u有多種方法：

(1)Terzaghi和Peck提出粘性土不排水抗剪強度C_u為：

C_u=(6～6.5)N (4-19)

(2)Gibbs和Holtz統計的砂土經驗關系式為：

土體原位測試與工程勘察

式中：σ_v0為上覆壓力(t/m²)。

(3)Behpoor結合60項工程，對伊朗的亞粘土及粉質粘土(N＜25擊)，得：

q_u=15N(kPa) (4-21)

(4)南京水利科學研究院於1950～1960年期間，在我國東南沿海諸省的101項工程中積累了大量的試驗資料，統計出標貫擊數與無側限抗壓強度q_u的關系式有：

對粘土地基，有792個標貫試驗，I_p＞17，粘粒含量0%～87%，得：

q_u=14N+3(kPa) (4-22)

對壤土地基，共有596個標貫試驗，I_p=7～17，粘粒含量為0%～54%，得：

q_u=15.3N(kPa) (4-23)

2.評定砂土的相對密度和密實程度

直接按N值判定砂土的密實程度，見表4-10。

表4-10 直接按N值判定砂土的緊密程度

3.評定粘性土的稠度狀態

用N與粘性土的稠度狀態建立相關關系，國內外均有研究。Terzaghi和Peck(1946)提出的標貫擊數與稠度狀態關系，見表4-11。武漢冶金勘察公司曾用149組資料得到標貫擊數與稠度狀態統計的經驗關系，基本上與Terzaghi及Peck(1948)的結果相近。據表4-12就可以得到土對應於N值的稠度狀態。

表4-11 粘性土N與稠度狀態關系(Terzaghi和Peck)

表4-12 N與液性指數I_L的關系

4.評定地基土的承載力

國外在以標貫試驗確定粘性土地基的承載力時，一般是由N值推求抗剪強度或無側限抗壓強度q_u，再按理論公式計算承載力。

在國內，著重開展標貫試驗與載荷試驗對比研究，並提出經驗關系。

《建築地基基礎設計規范》(GBJ7-89)，對砂性土承載力標准值，列於表4-13，對粘性土承載力標准值，列於表4-14。

表4-13 N值與砂性土承載力標准值f_k的關系

表4-14 N值與粘性土承載力標准值f_k的關系

國內很多單位也提出不少地區性的經驗公式，使用時要注意地區性、土類的差異。

5.評定土的變形參數

用標貫試驗估算土的變形參數時有兩種途徑：一種是與平板載荷試驗對比，得出變形模量E₀；另一種是與室內壓縮試驗對比，得出壓縮模量E_s值。一些經驗關系式見表4-15所列。

表4-15 N值與E₀或E_s的經驗關系式

6.預估單樁承載力及選擇樁尖持力層

(1)求單樁承載力 用標貫擊數直接估算樁端和樁周極限承載力，國外已有些經驗可供借鑒。施默特曼(J H Schmertmann，1969)提出按表4-16估算打入樁單樁承載力。應用范圍：N=5～60。N＜5時，用N=0計；N＞60時，用N=60計。

表4-16 利用N值估算樁端極限阻力q_bu和樁周極限阻力q_su

註：q_c為靜力觸探的貫入阻力；摩阻比即靜力觸探側壁阻力和錐尖阻力之比。

日本《建築鋼管樁基礎設計規范》規定：在持力層為砂土時，樁端極限阻力為：

土體原位測試與工程勘察

式中：N₁為樁尖以下2d范圍內的N平均值；N₂為樁尖以下10d范圍內的N平均值；d為樁身直徑。

樁周總極限摩阻力為：

土體原位測試與工程勘察

式中：N_s為樁周為砂土部分N的平均值；N_c為樁周為粘性土部分N的平均值；A_s，A_c分別為樁在砂土層和粘性土層部分的側面積。

北京地質勘察處研究所，曾收集31組試樁與標准貫入試驗求單樁承載力的對比資料，提出以下公式求鑽孔灌注樁極限承載力q：

土體原位測試與工程勘察

式中：q為灌注樁極限承載力(t)；l_c、l_s分別為樁身在粘性土部分與砂土部分的長度(m)；

、

分別為樁身在粘土層部分與砂土層部分的標准貫入擊數之平均值；U為樁身周長(m)；AN_63.5為樁端截面積與標准貫入擊數的乘積(m²)；H為孔底虛土厚度(m)。

當孔底虛土厚度H＞0.5m時，則採用下式：

土體原位測試與工程勘察

(2)選擇樁尖持力層 利用標准貫入試驗選擇樁尖持力層，從而確定樁的長度是一個比較簡便和有效的方法，特別是地層變化較大的情況更具突出的優點。

根據國內、外的工程實踐，對於打入式預制樁，常選N=30～50擊作為持力層。對廣州地區的殘積層N=30就可滿足樁長15～20m對持力層的要求。但應用時應結合地區經驗來考慮，如上海，一般在60m以下才出現N≥30擊的地層；多用半支承半摩擦樁，即可把樁尖持力層選在地下35m及50m上下的N=15～20擊的中密粉細砂及粘土層上。實踐證明，這也是合理可靠的。

7.液化判別

20世紀60年代，Seed等人在對美國阿拉斯加地震及日本新瀉地震的研究中，提出以標准貫入試驗的N值為主要指標的「剪應力比-標准貫入法」是很有影響的。

在中國邢台、海城、唐山地震後，結合現場調查並進行理論分析研究，參考Seed等人的成果，提出了以標貫擊數N值為主要參數，同時考慮地震烈度、有效覆蓋壓力和地下水位等主要因素的砂土和輕亞粘土的可能液化判別式。該公式納入國家標准《建築抗震設計規范》。

現行國家標准《建築抗震設計規范》(GB50011-2001)中規定：當飽和土標貫錘擊數(未經桿長修正)小於液化判別標准貫入擊數的臨界值時，應判為液化土。

液化判別標准貫入擊數臨界值可按下式計算：

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

式中：N_cr為液化判別標准貫入錘擊數臨界值；N₀為液化判別標准貫入錘擊數基準值(表4-17)；d_s為飽和土標准貫入點所處深度(m)；d_w為地面到地下水位的深度(m)；p_c為粘粒含量(%)，當小於3或為砂土時，應採用3。

表4-17 標准貫入錘擊數基準值

註：括弧內數值用於設計基本地震加速度為0.15 g和0.30 g的地區。

參考文獻

中華人民共和國國家標准《建築地基基礎設計規范》GBJ 7-89，北京：中國建築工業出版社

中華人民共和國國家標准《建築抗震設計規范》GB 50011-2001，北京：中國建築工業出版社

中華人民共和國國家標准《岩土工程勘察規范》GB 50021-2001，北京：中國建築工業出版社

林宗元主編.2003.《簡明岩土工程勘察設計手冊》，北京：中國建築工業出版社

孟高頭.1997.《土體原位測試機理、方法及其工程應用》[M].北京：地質出版社

南京水利科學研究院土工所.2003.土工試驗技術手冊，北京：人民交通出版社

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王鍾琦，孫廣忠，劉雙光等.1986.《岩土工程測試技術》，北京：中國建築工業出版社

張喜發，劉超臣，欒作田，張文殊.1984.《工程地質原位測試》[M].地質出版社

4. 標准貫入試驗可用於（ ）地層。

【答案】B
【答案解析】標准貫入試驗採用圓筒形探頭，遇堅硬碎石易損毀，對軟土易將其水分擠出，故僅適用於B類土壤。

5. 如何根據標准貫入試驗的錘擊數計算地基承載力

鑽具鑽至試驗土層標高以上約15厘米處，以避免下層土受擾動。貫入時，穿心錘落距為76厘米，使其自由下落，將貫入器直打入土層中15厘米。以後每打入土層30厘米的錘擊數，即為實測錘擊數N0。

利用一定的錘擊功能( 錘重63. 5kg ， 落距76cm ) ， 將一定規格的對開管式的貫入器( 對開管外徑51mm ，內徑35mm ，長度大於457mm ，下端接長度為76 mm、刃角18°～20°， 刃口端部厚1. 6mm 的管靴， 上端接鑽桿) 打入鑽孔孔底的土中， 根據打入土中的貫入阻抗， 判別土層的變化和土的工程性質。

(5)鐵路工程標准貫入試驗報告擴展閱讀：

標准貫入試驗的設備主要由標准貫入器、觸探桿和穿心錘三部分組成。觸探桿一般用直徑為42毫米的鑽桿，穿心錘重63.5千克。

當擊數大於30時，密實的礫砂、粗砂、中砂（孔隙比均小於0.60）為4公斤/平方厘米；當擊數小於或等於30而大於15時，中密的礫砂、粗砂、中砂（孔隙比均大於0.60而小於0.75）為3公斤/平方厘米，細砂、粉砂（孔隙比均大於0.70而小於0.85）為1.5—2公斤/平方厘米。

當擊數小於或等於15而大於或等於10時，稍密的礫砂、粗砂、中砂（孔隙比均大於0.75而小於0.85）為2公斤/平方厘米，細砂、粉砂（孔隙比均大於0.85而小於0.95）為1—1.5公斤/平方厘米。

6. 地勘報告中的控制性取土孔、標准貫入鑽孔和靜力觸探孔的區別和用途

1、控制性取土孔和標准貫入孔都是鑽機施鑽完成的，靜力觸探孔是由靜力觸探設備完成的；
2、控制性取土孔分為兩層含義：
①、取土孔：顧名思義，採用厚壁取土器、薄壁取土器等採取土的原狀樣的鑽孔，原狀土樣用來進行土工試驗，測定土的物理力學性質（包括含水率、液塑限、顆分、剪切強度、固結系數等）；
②、控制性：按照規范要求，鑽孔布置時需布置一定數量的控制性鑽孔，簡單地說，控制性鑽孔孔深大於一般性鑽孔，用以揭露更深范圍內的土層；
3、標准貫入鑽孔：
標准貫入試驗用63.5Kg的重錘從76cm的高處自由落體夯擊下伏土層，標貫器進入土層30cm所用的擊數稱為標貫擊數，標貫擊數用以劃分砂土、粉土等的密實程度，進行地震液化判別、地基持力層承載力特徵值提取等；
4、靜力觸探孔：
靜力觸探試驗適用於砂土、黏性土、碎石含量低的碎石土，可以測定錐尖阻力、錐側摩阻力、比如按入阻力等，可用於岩土分層和地基持力層承載力特徵值的提取。