ASTM规范标贯在尼罗河地质勘察中的应用

ASTM 规范标贯在尼罗河地质勘察中的应用规范标贯在尼罗河地质勘察中的应用 标准贯入试验 SPT 是利用一定的锤击动能 锤重 63 5kg 落距 76cm 将一定规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的土中 根据 打入土中的贯入阻抗 判别土层的变化和土的工程性质 贯入阻抗 用贯入器贯入土 30cm 的锤击数 N 表示 标准贯入试验的目的是用测得的标准贯入击数 N 判断砂土的密 实度或粘性土和粉土的稠度 估算土的强度与变形指标 确定地基 土的承载力 评定砂土 粉土的振动液化及估计单桩极限承载力及 沉桩可能性 并可划分土层类别 确定土层剖面和取扰动土试样进 行一般物理性试验 和用于岩土工程地基加固处理设计及效果检验 1 近年来 我国在国外的勘察工程日益增多 熟悉和掌握世界通 用勘察规范中标准贯入试验的操作方法和结果分析方法成为重要课 题 本文就是根据实际的国外勘察工程 按照国际惯例和施工合同 要求 采用美国 ASTM 规范进行土体标准贯入试验 来判断土层密 实度 划分土层类别 1 标准贯入试验原理和设备 标准贯入试验原理和设备 标贯试验是将重锤打击在一根细长杆件 探杆 上 锤击会在探 杆和土体中产生应力波 标贯试验锤击贯入过程可用一维波动方程 来描述 2 标贯试验使用的设备包括动力设备和贯入系统两大部分 动力 设备的作用是提供动力源 为便于野外施工 多采用柴油发动机 贯入部分是标贯试验的核心 由穿心锤 探杆和探头组成 6 图 1 偏心轮缩径式贯入系统和标准贯入器 1 3 标贯成果应用 如土层不太硬 并能较容易地贯穿 0 30m 的试验段 则取贯入 0 30m 的锤击数 N 如土层很硬 不宜强行打入时 可用下式换算 相应于贯入 0 30m 的锤击数 N 6 公式 1 式中 n 所选取的贯入深度的锤击数 S 对应锤击数 n 的贯入深度 m 表 1 国内和 ASTM 规范利用 N 值判断砂土的紧密程度 3 6 2 各地标贯试验规范对比 各地标贯试验规范对比 各地标贯试验规范在锤重量 落距 预击贯人深度以及试验贯人深 度这四个参数上是完全一致的 这是该试验能够在世界各地通用的基础 通过搜集资料 现今国际上应用的规范主要有美国 ASTM 规范 英 国规范 欧洲规范 日本规范等 把这些规范和我国的岩土勘察规范中 对标贯试验的规定进行比较 几种规范之间明显的存在一些差异 1 3 4 表 2 国内外常用标贯规范规程比较 无法达到要求深度时的处理 击数 50 贯入未达 30cm 记录 50 击入 土数 击 100 而贯人未达 30cm 记录 50 击入土数 记录 50 击入土数 以上比较了各个国家和地区之间标贯设备和测量方法存在的差异 可以看出 各种规范之间的差异都很小 这些具体的规定都是和本地区 的实际地质情况是符合的 带有浓厚的地区特性 应根据实际的地质条 件选用不同的规范 同时 值得注意的是一个国家或地区范围内 所用 的锤具 钻杆 贯人器以及钻孔设备也会有一定差异 例如在美国 就 有穿心锤 针式锤 安全锤及自动锤等类型 另外 由于土层随深度的 变化 同一钻孔直径从浅部至深部可能有从大到小的变化 以上种种不 同均可在一定程度上造成标贯试验结果的差异 3 工程实践 工程实践 Dagash 位于苏丹国北部 尼罗河下游 此段河道较为平缓 尼罗 河覆盖层较厚 2008 年 2 月到 12 月 华北有色工程勘察院苏丹公司承 担了此处尼罗河拦河大坝的地质勘查工作 利用各种先进的勘查手段和 试验方法 较为准确的探明了此处的地层分布情况和岩土体性质 标贯 技术作为现场测定土体密实度的重要试验 在此次勘查工作中得到了广 泛的应用 其成果为现场快速准确的判断土体的密实度提供了可靠的依 据 3 1 试验设备 381 号孔位于 Dagash 大坝轴线附近 覆盖层厚度超过 10m 严格 依照美国 ASTM 规范要求 尽可能的减少人为因素造成的试验结果偏差 标贯设备采用如下的规格 6 表 3 标贯设备规格 3 2 试验步骤及成果分析 根据 ASTM 规范 使用自由落锤的方式 先进行 15cm 的预打 达 到深度后 每 15cm 记录一次锤击数 381 号孔位间隔 1 0m 进行一次 标贯试验 共进行了 11 个试验 结果如下 表 4381 号孔标贯试验结果 把上表中的标贯结果和深度对应表现在图上 可以得出 图 2381 号孔标贯结果示意图 从表 4 图 2 可以看出 前 10 次标贯试验的 N30 值均较小 根据 表 1 的判断标准可以看出 0 10m 的砂土密实度为极松到松 只有 4 6m 的位置是稍密 从图 3 中 381 号孔的钻探成果可以看出 上层 0 4m 为淤泥层 4 7m 为粉砂层 7 10m 为残积土层 10 10 95m 为全风化片岩 10 95m 以后为片岩 此孔距离尼罗河仅 3m 地下水位 1 2m 表层 1m 淤泥质土不受地下水影响 标贯结果比 1 4m 的地层高 地下水位以下的淤泥层 残积土层 全风化片岩层 由于水的作用 变的极为松软 故 1 4m 6 10m 的锤击数都小于 5 地层很软 而 4 6m 是粉砂层 不受地下水的影响 所以较密实 当进行第 11 次标贯试验时 达到了岩石层 所以标贯击数超过 50 而 且出现了反弹现象 终止了试验 此标贯结果和钻探成果基本一致 图 3381 号孔钻探成果 3 3 标贯结果和现场密实度试验结果比较分析 标贯试验结果是现场快速判定土体密实度 划分土层的主要依据 这只是一个大概的估计值 只能定性的判断土体的密实度 不能定量 精确的测量出土体的密实度值 只有通过现场简易的土体密实度试验才 能定量的判断出土体的密实度 使用袖珍贯入测力计在标贯样中进行土 体密实度测力试验 就可以得出较为准确的土体密实度 在 ASTM 规范中 土体标贯值 袖珍贯入测力计值和不排水剪切试 验值的关系如下 表 5 土体密实度现场试验结果之间的关系 袖珍贯入测力计所得值为规定贯入深度时 换算标准为 98 06kPa cm 根据次换算标准可得 381 号孔土体的贯入力如下 表 6381 号孔土体贯入力 从表 6 中可以看出 贯入力和标贯结果基本上是保持一致的 这就 说明了标贯结果的正确性 同时也存在一些细小的差别 这是由于现场 试验操作过程存在误差 导致结果存在误差 从表 4 表 6 两个试验的 结果可以定性 定量的判断土体的密实度 而且可以互相印证彼此的正 确性 为现场编录提供了可靠的参考数据 4 小结 小结 标