CN113279382A - 一种黏性土状态的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黏性土状态的判别方法，该判别方法通过将贯入器打入钻孔孔底的土层中，贯入器到达孔底且打入土中15cm后开始记录每打入10cm的锤击数，累计30cm并记录实测锤击数N’值后，对实测锤击数N’值进行修正，并通过修正后标贯击数N来判断黏性土的状态，若N≤3，则判定该土层为流塑土；若3<N<5，则判定该土层为软塑土；若5≤N<13，则判定该土层为可塑土；若N≥13，则判定该土层为硬塑土或坚硬土。本发明的黏性土状态的判别方法通过以修正后标贯击数为判别标准，从而更为精准地对黏性土状态进行判别。

Description

一种黏性土状态的判别方法

技术领域

本发明涉及一种土层原位测试方法，具体为一种黏性土状态的判别方法。

背景技术

标准贯入试验(SPT)(通常简称“标贯试验”)是目前岩土工程勘察工作中十分常用的原位测试方法，该标贯试验是动力触探的一种，是在现场测定砂土或粘性土的状态，进而评价地基承载力的一种方法。按《岩土工程勘察规范》 (GB 50021-2001)(2009年版)10.5条的规定：标贯试验是利用固定的锤击能(穿心锤重63.5kg，落距76cm)将固定规格的对开管式的贯入器(对开管外径 51mm，内径35mm，长度大于500mm，下端接长度为50～76mm、刃口角18～20°，刃口单刃厚度1.6mm的管靴，上端接钻杆)打入钻孔孔底的土中，贯入器到达孔底打入土中15cm后开始记录每打入10cm的锤击数，累计30cm并记锤击数，根据打入30cm土层的锤击数N值，可对砂土、粉土、黏性土的物理状态，土的强度、变形参数、地基承载力、砂土和粉土液化、成桩的可能行等作出评价；应用N值时是否修正和如何修正，应根据建立统计关系时的具体情况确定。

目前我国(尤其是广东地区)现阶段的岩土工程勘察工作中，长期以来，采用标准贯入试验成果判别黏性土的稠度状态时，根据《工程地质手册》(第五版)和其它一些地方标准显示，一般采用未经杆长修正的实测标贯击数值为主，如广东省目前采用实测标贯击数对黏性土的状态进行判别，如表1所示：

表1黏性土状态按标贯击数和液性指数分类表

目前利用标贯击数判别黏性土状态时，在国内勘察行业已经达成共识，即流塑状态的黏性土一般在实测标贯击数在1～3击之间，有时会有4击的情况出现(所以标贯试验只能大致反映流塑状态的黏性土的状态)，所以只要知道可塑土的标贯击数所属的区间，那么软塑土的标贯击数区间自然也就可以知道；同时在实际应用的过程中发现，标贯试验由于试验本身的特点(例如相对于坚硬土层，其锤击能偏小，遇到硬土层中常夹有的比如卵砾石等硬物时，标贯击数失真率较高)，在判别硬塑和坚硬土层时，准确度和适应度相应的有所下降。所以一般实际勘察工程中采用结合后期土工试验结果和勘察钻探实际情况进行综合判定的方法来判别黏性土是流塑还是软塑、是硬塑还是坚硬。故采用标贯击数判别黏性土状态的难点和最核心的内容在于如何将可塑土的标贯击数的判别区间划分出来。

采用实测标贯击数判别黏性土的状态时，在实际勘察应用中发现其存在一定的误差。根据表1所示，当实测标贯击数位于5<N≤15这个区间时，可判为可塑土，但是实际的勘察工作中，采用实测标贯试验击数判别黏性土的状态时，由于钻孔深度和钻杆长度的逐渐增加，使得标贯试验单次锤击能量的损失随之加大，实测标贯击数偏高，故勘察现场采用未经杆长修正的实测标贯击数判别黏性土的状态往往存在一定的偏差，甚至是误判，尤其是对可塑土的判别。

根据以往的工程勘察经验和勘察行业一般认知，较软的土层(流塑、软塑、可塑)通常是分布于浅部，而越往下的土层会越硬(硬塑、坚硬)，故广东省标准《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2016)所规定的按标贯试验实测击数判别黏性土状态的标准，实际上正是根据上述通常情况，在一定程度上考虑了实测标贯击数具有一定偏差的情况，并结合实际工程经验的前提下给出的，具有一定的工程适用性。

但当需要判别的土层埋深较深时，上述判别方法容易出现一定的偏差和错误：由于实测标贯击数会偏高，因此容易产生软塑土层实测标贯击数大于5击的情况和可塑土标贯击数大于15击的情况，且常出现在埋深较深的黏性土层中，以下用表2和表3进行举例说明：

表2工程实例1

注：表中标贯所在土层均为冲洪积成因的黏性土。

表3工程实例2

注：表中标贯所在土层均为残积成因的黏性土。

从表2和表3可以明显发现，此时采用实测标贯击数对黏性土的状态进行判别，会把软塑土误判为可塑土、把可塑土误判为硬塑土，是不安全的。

另外，通过表2和表3的数据可以明显发现，修正后标贯击数12.4～12.7 击这个区间，实际上在一定程度上显示了修正后标贯试验击数在可塑和硬塑状态土层的分界情况。

实际勘察工作中，勘察现场的编录工作一般是先根据实测标贯击数并结合勘察钻探取出的土芯状态对粘性土的状态进行判别，室内土工试验后期才能出结果，而采用实测标贯击数对黏性土的状态进行判别的方法带来的偏差和误判往往给现场编录的工程师带来干扰。

岩土工程勘察工作需结合勘察钻探实际情况、原位测试和室内试验的结果“相互印证”，从而进一步得出相关的岩土工程评价和结论，并以原位测试和室内试验的结果为主要依据，提出相关的岩土参数，所以这种偏差和误判严重干扰了工程勘察的现场编录和后期勘察报告的编制工作，从而进一步严重影响了岩土工程勘察的准确性。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种黏性土状态的判别方法，所述判别方法可以更为精准地对黏性土状态进行判别。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种黏性土状态的判别方法，包括以下步骤：

将贯入器打入勘察钻孔孔底的土层中，贯入器到达孔底且打入土中15cm后开始记录每打入10cm的锤击数，累计30cm并记锤击数N’，并对打入30cm土层的实测锤击数N’值进行修正；通过修正后标贯击数N值对黏性土的状态进行判别，若N≤3，则判定该土层为流塑土；若3<N<5，则判定该土层为软塑土；若5≤N<13，则判定该土层为可塑土；若N≥13，则判定该土层为硬塑土或坚硬土。

优选的，用于锤击的穿心锤的重量为63.5kg，锤击落距为76cm。

优选的，所述贯入器为对开管式的贯入器；其中，对开管外径为51mm，内径为35mm，长度大于500mm，下端接长度为50～76mm、刃口角为18～20°，刃口单刃厚度为1.6mm的管靴，上端接钻杆。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的黏性土状态的判别方法突破了现有技术中通过实测标贯击数来判断粘性土状态的惯用思维，利用修正后标贯击数为判别依据，并重新划定粘性土状态的判定标准，经过大量的实际工程应用证明，本发明的判别方法能够更为精准地对黏性土状态进行判别。

2、现有技术中，采用的实测标贯击数来判别粘土状态，但是实测标贯击数由于不能较好的反映土层的实际状态，使得现有技术中采用实测标贯击数来判别黏土状态后，该判断结果不能较准确地反映土层的实际状态，更不能利用实测标贯击数对粘性土的承载能力进行直接的评价，故现有的技术规范根据以往的工程经验采用修正后标贯击数评价土的承载能力，从而使得现有技术中采用实测击数判别粘性土的状态与采用修正后标贯击数评价土承载能力存在一定矛盾。而本发明中，在判断粘性土状态时，突破性的采用修正后标贯击数为判别依据，使得粘性土状态的判断结果更加接近实际，基于该判断结果和其他判定方法，能够更加准确快速地判断出粘性土的相关特性，使得现场编录工作更加准确、高效。

3、通过大量的工程实践数据证明，本发明的判断标准的安全度和对于整个工程的适应度得到了大大的提高，避免了很多对工程不利的因素，尤其是当工程是以可塑土作为基础持力层或用可塑土参数计算边坡稳定计算时，因土层本身的不均匀性和外界条件变化(如含砂量较多的粉质粘土层场地的地下水位上升或降雨入渗使得土体基质吸力下降从而抗剪强度降低等情况)，往往出现承载力或抗剪强度不足，变形增大的情况，故将原来的新判别标准的“4击”调整为“5击”、“12击”调整为“13击”，并辅以钻探实际情况和后期土工实验结果进行安全合理的修正，虽然相对比较保守，但增加了现场判别黏性土状态的安全度。显然采用修正后标贯击数判别黏性土是否属于可塑状态较采用实测标贯击数安全度高，其适用性更强，更加安全合理。

4、目前实际工程中，设计和施工的工期都十分紧张，业主、设计和施工单位往往要求勘察单位在完成野外钻探工作之后，在提交正式勘察报告之前先行提交勘察钻孔的柱状图中间资料进行参考，此时室内实验尚未完成，故以往勘察现场的编录人员十分担心根据实测标贯击数判断的黏性土状态偏高，例如担心出现把软塑土判定为可塑土，可塑土判定为硬塑土的不安全情况。而采用本发明的判别方法之后大大减少了这种情况的发生，反而是只需要注意后期整理资料时根据土工实验成果和实际勘察钻探的情况，相互印证，主要修正软塑土层中是否有可塑土层、可塑土层中是否有硬塑土层，而修正可塑土中是否有软塑土层和硬塑土中是否有可塑土层的工作大大减少，相应的使整个勘察工作的安全度有所提高，大大增加了编录人员的信心和工作效率。

附图说明

图1为本发明的黏性土状态的判别方法的流程示意图。

图2为可塑土实测标贯击数频数和正态分布图。

图3为可塑土修正后标贯击数频数和正态分布图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图3，本发明的黏性土状态的判别方法包括以下步骤：

用重量为63.5kg、落距为76cm的穿心锤将贯入器打入钻孔孔底的土层中，贯入器到达孔底且打入土中15cm后开始记录每打入10cm的锤击数，累计30cm 并记锤击数，并对打入30cm土层的实测锤击数N’值进行修正；通过修正后锤击数N值来判断土层状态，如表4：

表4黏性土状态按标贯击数和液性指数分类表

注：①N为修正后标准贯入试验击数；②在实际应用中均应遵循以下原则：需综合考虑标贯试验结果、现场勘察钻探实际情况判别结果(主要是指取得的岩芯状态和钻机钻探时的难易程度，并按行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T 87-2012)附录G鉴别)和室内试验的结果，将三者的成果相互印证，并考虑安全性和合理性，以相对不利的原则得出最终的判别结果；尤其是当N值位于3击、5击或13击附近时，更应注意结合室内试验和现场勘察钻探的实际情况进一步综合判别该土层的状态。

其中，所述的用于对实测锤击数N’值进行修正的方法可根据广东省标准《建筑地基基础检测规范》(DBJ/T 15-60-2019)第4.4.2条规定了修正后标贯击数的计算公式：

N＝αN’

式中：N——标准贯入试验修正击数；

N’——标准贯入试验实测击数；

α——触探杆长度修正系数，可按表5确定。

表5标准贯入试验触探杆长度修正系数

触探杆长度(m)	≤3	6	9	12	15	18	21	25	30
										α	1.00	0.92	0.86	0.81	0.77	0.73	0.70	0.68	0.65

注：当触探杆长度超过30米时，按以往工程经验，可按此表向后差值取值。

本实施例中用到的贯入器为对开管式的贯入器，其中，对开管外径为51mm，内径为35mm，长度大于500mm，下端接长度为50～76mm、刃口角18～20°，刃口单刃厚度为1.6mm的管靴，上端接钻杆。

另外，需要说明的是：

(1)、标贯试验的锤击能相对于流塑状态的黏性土来说是较大的，故标贯试验用于判别黏性土状态时的适用性较差，因为当实测标贯击数是4击时，容易发生误判(误把流塑土判为软塑土)，故采用修正后标贯击数3击作为判别依据，并结合现场勘察实际情况、室内土工试验或其它原位测试试验成果(如十字板和静力触探试验)进一步判别其状态更加安全合理；

(2)、表4中之所以当修正后标贯击数大于13击后不再进行细分硬塑和坚硬，主要是因为在实际工程勘察的工作中发现，坡积和残积成因的黏性土常含较多的粉细砂、中粗砂甚至是砾砂和卵砾石等更大的硬物，尤其是以残积成因的黏性土尤为明显，且当土层越硬，标贯试验由于其试验方法本身的原因，其适应度会有一定的降低，故实际工程勘察工作中，采用结合勘察钻探的实际情况、土工试验结果进一步综合判别黏性土层是否属于坚硬状态的方法。

本发明的判别方法认为应以修正后标贯击数作为黏性土的状态的判别标准，同时辅以钻探实际情况和后期室内试验成果加以修正。修正后标贯击数判别黏性土状态的标准具体见表4。

根据广东省建筑设计研究院有限公司多年来采用修正后标贯击数判别黏性土的状态的方法在实际应用中的经验和总结，认为实际应用过程中应采取如下实施方式和步骤：

1、野外判别

野外勘察钻探时，先根据实际钻探取得的岩芯和钻机钻进的实际情况初判黏性土的状态，然后根据表4的判别标准，利用修正后标贯击数进一步判别黏性土的状态。若两者结果不一致，则分析原因，初步判断结果不一致的原因是由于钻探造成的还是标贯试验成果异常造成的，并按不利原则得出现场结论。

其中，野外判别时需注意以下问题：

(1)、由于标贯试验本身对于软土的适应性较差，深层软土(淤泥和淤泥质土)或软土含砂量较高时，其修正后标贯击数会出现大于3击的情况，要根据钻探的实际情况(主要是指取得的岩芯状态和钻机钻探时的难易程度，并按照行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T 87-2012)附录G鉴别)进行修正。

(2)、本发明的判别方法中可塑土的判别标准为5≤N<13，是申请人根据多年的经验总结，并根据部分数据的统计结果，按不利原则给出的，故当勘察现场出现修正后标贯击数接近5击和13击，并且实际钻探情况也难以准确判别黏性土是属于可塑还是硬塑状态时，宜先以本发明的判别方法的判别结果作为勘察野外判别的结果，后期结合土工实验结果按不利原则进行修正。

(3)、本发明的判别方法没有规定坚硬状态黏性土的判别标准(前文已说明原因)，勘察现场可按行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T 87-2012)附录G鉴别,同时根据钻探的难易程度，初判黏性土是否属于坚硬状态，后期结合土工实验结果进行修正。

2、结合室内试验成果综合判别：

无伦野外勘察判别的结果如何，根据岩土工程勘察工作应遵循“相互印证”的原则，均需将现场判别结果与室内试验成果结合，进行相互对比印证，得出符合实际情况的较为合理、安全的最终判别结果。

采用本发明的判别方法，若出现与前文所列的容易出现误判相似情况，在保证一定安全度的前提下，可在一定程度上较好的减少黏性土判别工作的误判率，尤其是在根据深层标贯试验成果判别黏性土状态时，效果较以往采用实测标贯试验成果要好。

为了比较合理和直观的说明新判别方法的适用性，申请人搜集了一些广州及其临近地区的采用本发明的判别方法对可塑土进行判别的岩土工程勘察项目的勘察成果资料，为了更好的证明本发明的判别方法的适用性，从中挑选出一些标贯试验和土样在同一个钻孔、标贯试验深度和土样深度邻近且室内试验成果已显示该土层为可塑土(0.25<I_L≤0.75)的数据进行可塑土的标贯击数的频数和正态分布分析，其结果见图2和图3(其中，X坐标为标贯击数)，其中，图2为可塑土实测标贯击数频数和正态分布图，图3为可塑土修正后标贯击数频数和正态分布图。

分析图2和图3可以明显发现，可塑土的实测标贯击数值比较离散，集中趋势较差，多集中于6.8～18.0这个区间，若按以往标准判别会有更多的判别结果是硬塑土层，实际应用中适应性较差，偏不安全，同时给现场编录以及后期的修正和统计带来了较大的误差和工作量。而图3显示修正后标贯击数多集中于4.5～12.2这个区间，与本发明的判别标准十分契合，尤其在4.5击附近，修正后标贯击数的频数增加明显，虽然修正后击数“5击”的判别标准较之实测标贯击数判别标准更加严格，可能在表面上看适应性稍差，根据钻探实际情况和土工实验结果进行了修正是其主要原因之一，但根据以往工程经验，本发明的新标准的安全度和对于整个工程的适应度反而得到了大大的提高，避免了很多对工程不利的因素，尤其是当工程是以可塑土作为基础持力层或用可塑土参数计算边坡稳定计算时，因土层本身的不均匀性和外界条件变化(如含砂量较多的粉质粘土层场地的地下水位上升或降雨入渗使得土体基质吸力下降从而抗剪强度降低等情况)，往往出现承载力或抗剪强度不足，变形增大的情况，故将原来的新判别标准的“4击”调整为“5击”、“12击”调整为“13击”，并辅以钻探实际情况和后期土工实验结果进行安全合理的修正，虽然相对比较保守，但增加了现场判别黏性土状态的安全度。显然采用修正后击数判别黏性土是否属于可塑状态较采用实测标贯击数安全度高，其适用性更强，更加安全合理。

另外，最值得一提的是，目前实际工程中，设计和施工的工期都十分紧张，业主、设计和施工单位往往要求勘察单位在完成野外钻探工作之后，在提交正式勘察报告之前先行提交勘察钻孔的柱状图中间资料进行参考，此时室内实验尚未完成，故以往勘察现场的编录人员十分担心根据实测标贯击数判断的黏性土状态偏高，例如担心出现把软塑土判定为可塑土，可塑土判定为硬塑土的不安全情况。而采用本发明的判别方法之后大大的减少了这种情况，反而是只用注意后期整理资料时根据土工实验成果和实际勘察钻探的情况，相互印证，主要修正软塑土层中是否有可塑土层、可塑土层中是否有硬塑土层，而修正可塑土中是否有软塑土层和硬塑土中是否有可塑土层的工作大大减少，相应的使整个勘察工作的安全度有所提高，大大增加了编录人员的信心和工作效率。

表6可塑黏性土层资料数据一览表。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种黏性土状态的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

将贯入器打入勘察钻孔孔底的土层中，贯入器到达孔底且打入土中15cm后开始记录每打入10cm的锤击数，累计30cm并记锤击数N’，并对打入30cm土层的实测锤击数N’值进行修正；通过修正后标贯击数N值对黏性土的状态进行判别，若N≤3，则判定该土层为流塑土；若3<N<5，则判定该土层为软塑土；若5≤N<13，则判定该土层为可塑土；若N≥13，则判定该土层为硬塑土或坚硬土。

2.根据权利要求1所述的黏性土状态的判别方法，其特征在于，用于锤击的穿心锤的重量为63.5kg，锤击落距为76cm。

3.根据权利要求1所述的黏性土状态的判别方法，其特征在于，所述贯入器为对开管式的贯入器；其中，对开管外径为51mm，内径为35mm，长度大于500mm，下端接长度为50～76mm、刃口角为18～20°，刃口单刃厚度为1.6mm的管靴，上端接钻杆。

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