用标贯试验锤击数据确定粘性土地基承载力方
法探讨
段新胜 顾湘
摘 要：通过对实际工程不同勘探方法对比研究，提出了用标贯试验锤击数确定粘性土地基承载力标准值的有效方法。
关键词：标贯试验锤击数标准值 地基承载力标准值
THE METHOD RESEARCH TO DETERMINE GROUND
STANEARD VALUE
OF BEARING CAPACITY BYSTANDARD PENETRATION
Duan Xinsheng,Gu Xiang
Abstract ：Through contrasting of the results of different geotecnical investigation methods in several engineering project the effective methods to determine ground standard value of bearing capacity by standard penetration is presented.
Key words：standard vaiue of standard penetration, ground standard value of bearing capacity▲
众所周知，标贯试验是一种勘探与原位测试合二为一的地基勘察方法，这种方法可简单快捷地确定粘性土地基承载力标准值，故在我国和世界大多数国家都得到广泛应用。但目前在实际勘察工作中存在的普遍问题是在同一地质单元的同一层土中，标贯试验锤击数的离散性太大，使得用《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89) 中公式5—6(即本文(1)式) 计算出的标贯试验锤击数标准值N 会出现小于该层土标准贯入试验锤击数最小值的不合理现象，致使难以用该规范提供的附表5—9(即本文表
1) 来确定粘性土地基承载力标准值。
N ＝μ-1.645σ=μ(1-1.645δ) (1)
式中：N —标贯试验锤击数标准值；μ—标贯试验锤击数平均值；δ—变异系数。
表1 粘性土地基承载力标准值 (kPa)
而在《岩土工程勘察规范》(GB50021—94) 中也仅提出了计算岩土参数标准值的通式：
f k =γ. s f m (2)
式中：f m 为岩土参数平均值；γs =1±δ，δ为岩土参数变异系数，n 为参加统计的岩土数据组数。
该规范未提出计算标贯试验锤击数标准值及根据该标准值确定地基承载力标准值的具体方法。在此，如何用标贯试验锤击数N 确定地基承载力仍是岩土工程勘察所需解决的一个现实问题。本文试图通过5个实际勘察工程的标贯数据与土工实验、静力触探数据进行对比研究，分析标贯锤击数离散性过大的原因，寻求计算标贯锤击数标准值的实用方法，解决用标贯锤击数正确计算地基承载力标准值的问题。
1 工程实例对比研究
笔者在武汉市汉口地区5个工程项目(见表2) 的地基勘察中，采用原状土样进行室内土工试验、静力触探、标贯试验3种勘探方法确定这5个工程的粘性土地基承载力标准值。在勘探过程中，土工试验严格按《土工实验方法标准》(GBJ123—88) 执行；静力触探采用锥底面积为15 cm2的单桥探头，每次静力触探试验前都对探头进行标定；标贯试验采用 42 mm钻杆作为触探杆，自由落锤，并按规范规定试验。勘探结果数据列表3。
表2 试验工程名称、特征及代号
根据室内土工实验所得土的物理力学指标确定的地基承载力标准值，按GBJ7-89用承载力基本值乘以回归修正系数确定。设承载力基本值为f 0，标准值为f K ，回归修正系数为φf ，则f k =φf f0。f 0由GBJ7—89附表5—4、5查得，回归修正系数按下式：
(3)
式中：n —土性指标参加统计的数据数；δ—数据的变异系数。 根据静力触探成果确定的地基承载力标准值，是按《武汉市建筑软弱地基基础设计规定》(WBJ1—1—92) 确定的。
用标贯击数确定地基承载力标准值，所有实测锤数均参与统计时，
＇按(1)式和表1所确定的分层土的标准贯入实验锤击数平均值值μ、变
异系数δ＇、标准值N ＇及地基土承载力标准值f ＇k 的数值见表3。
从表3中可以看出，按规范GBJ7—89用标贯试验所确定的地基承载力标准值f ＇k 比土工实验和静力触探所确定的地基承载力平均值低。它们之间的相对差用ζ
＇＇＇表示，ζ＇=(-f ＇k ) ／，以δ＇为横坐标，ζ＇＇＇为纵坐标，δ—ζ之间的相关散点图见图1。由图可见，ζ与δ近
似成线性关系，ζ＇随δ＇的增大而增大。在实验的5个工程中，ζ＇最大达29.1%。由此可见，简单直接地应用GBJ7—89，使用标贯试验锤击数来确定粘性土地基承载力标准值是有问题的，问题是当标贯试验锤击数离散性太大(即δ＇太大) 时，用(1)式计算出的N ＇值太小。
图1 δ＇—ζ＇相关散点图
表3 勘察结果数据表
我们应该注意到在用土工实验指标确定地基承载力标准值时，GBJ7—89规定，(3)式中的回归修正系数应大于或等于0.75(即
ψf ≥0.75) ，否则应分析是取样、试验有差错? 还是分层不合理? 同时应增大样本数。在这里该规范实际上是认为同一地质单元的同一层土实验数据的离散性不应太大。同样的道理，当标贯试验锤击数的离散性太大时，我们也应分析是实验操作错误，还是地层分层不合理。若分层合理，则应对实验数据进行适当处理后才能用式(1)和表1确定地基承载力标准值。
2 标贯试验锤击数离散性太大的原因分析
影响标贯试验锤击数的因素可分为两类，一类是地层因素，另一类试验操作因素。地层因素主要有：①土性沿深度方向的变异性。同一层土标贯试验的深度不同，标贯锤击数就不尽相同；②土性在水平方向上的不均匀性。在同一层土的不同钻孔中标贯击数不尽相同。试验操作因素主要有：①进行标贯试验时，钻杆之间拧得时紧时松，影响锤击能量的传递；②试验前，孔底残土太厚；③标贯贯入深度30 cm中含夹层。一般对于占地面积不大的工程项目，同一地质单元的同一土层的标贯锤击数的离散性从标贯机理上讲不应太大，否则就不是在同一土层。在同一土层中标贯试验锤击数离散性太大的主要因素应是试验操作因素。因此，减小标贯试验锤击数离散性的关键是加强现场描述，准确划分土层，严格按操作规程及实验要点进行实验。
3 标贯试验锤击数标准值的计算问题
要计算标贯试验锤击数标准值N ，首先必须明确计算目的，即是确定浅基承载力标准值。与土坡稳定分析和土压力计算相比浅基的地基土破坏面要小的多，地基土承载力破坏面与标贯试验时土的破坏面之比，同上部结构材料尺寸与材料试件尺寸比之间的差距不太大，而且同一土层标贯击数离散性太大的主要原因是实验操作误差。因此，GBJ7—89用单个测定值作单测置信区间下限估计值作为标贯试验锤击数标准值(即按(1)式计算N) ，同时规定同一土层的试验数n ≥6有其合理性。
表4 岩土参数变异性分类
笔者认为，确定标贯实验锤击数离散性大小的标准可按《岩土工程勘察规范》(GB50021—94) ，GB50021—94根据岩土参数变异系数的大小将其变异性分为很低、低、中等、高、很高五级，见表4。当标贯实验实测锤击数变异系数δ＇≤0.2时，锤击数的离散性就不大，就可直接按(1)式计算锤击数标准值并查表1确定地基承载力标准值；当δ＇＞0.2时，说明实测锤击数离散性较大，若不是地层的分层有错，则可先剔除较大的锤击数和较小的锤击数，尽可能使参与统计的锤击数的变异系数小于或等于0.2。按以上思路，笔者实验的5个工程剔除较大和较小的锤击数后(在表3是要剔除的锤击数有*表示) ，分层土的标贯实验锤击数平均值μ、变异系数δ、锤击数标准值N 、和由N 所确定的地基承载力标准值f k 列入表3，f k 与f k 的相对差用ζ表示，由表3可见，ζ大大小于ζ＇。
4 结论
在地层分层正确的条件下，标贯实验锤击数离散性太大的主要原因是实验操作错误。应加强现场描述，并严格按操作规程和实验要点进行实验。
用标贯实验确定地基承载力标准值时，用单个测定值作单侧置个区下限估计值作为锤击数标准值有其合理性，但应适当增加实验数。 在按GBJ7—89用锤击数标准值确定地基承载力标准值时，用于统计的分层土的锤击数变异系数应小于或等于0.2，否则应先剔除较大和较小的锤击数再进行统计。■
作者简介：段新胜 男，1962年生。1985年毕业于武汉地质学院北京研究生部，获硕士学位。现
任中国地质大学武汉管理干部学院岩土与建筑工程系系主任。主要从事岩土工程和建
筑工程教学与研究工作。通讯地址：湖北武汉市 汉口航空路15号 中国地质大学武汉
管理干部学院岩土与建筑工程系 邮政编码：430030
作者单位：段新胜（中国地质大学武汉管理干部学院 武汉 430030） 顾 湘（中国地质大学武汉管理干部学院 武汉 430030） 参考文献：
［1］中华人民共和国国家标准. 建筑地基基础设计规范. 中国建筑工业出版社，1989
［2］中华人民共和国国家标准. 岩土工程勘察规范. 中国建筑工业出版社，1995
［3］高大钊. 关于岩土参数标准值计算公式的讨论. 工程勘察，1996(3) ［4］左其亭, 等. 岩土参数统计方法及其理论基础. 工程勘察，1997(3)
收稿日期：1998－06－00
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用标贯试验锤击数据确定粘性土地基承载力方
法探讨
段新胜 顾湘
摘 要：通过对实际工程不同勘探方法对比研究，提出了用标贯试验锤击数确定粘性土地基承载力标准值的有效方法。
关键词：标贯试验锤击数标准值 地基承载力标准值
THE METHOD RESEARCH TO DETERMINE GROUND
STANEARD VALUE
OF BEARING CAPACITY BYSTANDARD PENETRATION
Duan Xinsheng,Gu Xiang
Abstract ：Through contrasting of the results of different geotecnical investigation methods in several engineering project the effective methods to determine ground standard value of bearing capacity by standard penetration is presented.
Key words：standard vaiue of standard penetration, ground standard value of bearing capacity▲
众所周知，标贯试验是一种勘探与原位测试合二为一的地基勘察方法，这种方法可简单快捷地确定粘性土地基承载力标准值，故在我国和世界大多数国家都得到广泛应用。但目前在实际勘察工作中存在的普遍问题是在同一地质单元的同一层土中，标贯试验锤击数的离散性太大，使得用《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89) 中公式5—6(即本文(1)式) 计算出的标贯试验锤击数标准值N 会出现小于该层土标准贯入试验锤击数最小值的不合理现象，致使难以用该规范提供的附表5—9(即本文表
1) 来确定粘性土地基承载力标准值。
N ＝μ-1.645σ=μ(1-1.645δ) (1)
式中：N —标贯试验锤击数标准值；μ—标贯试验锤击数平均值；δ—变异系数。
表1 粘性土地基承载力标准值 (kPa)
而在《岩土工程勘察规范》(GB50021—94) 中也仅提出了计算岩土参数标准值的通式：
f k =γ. s f m (2)
式中：f m 为岩土参数平均值；γs =1±δ，δ为岩土参数变异系数，n 为参加统计的岩土数据组数。
该规范未提出计算标贯试验锤击数标准值及根据该标准值确定地基承载力标准值的具体方法。在此，如何用标贯试验锤击数N 确定地基承载力仍是岩土工程勘察所需解决的一个现实问题。本文试图通过5个实际勘察工程的标贯数据与土工实验、静力触探数据进行对比研究，分析标贯锤击数离散性过大的原因，寻求计算标贯锤击数标准值的实用方法，解决用标贯锤击数正确计算地基承载力标准值的问题。
1 工程实例对比研究
笔者在武汉市汉口地区5个工程项目(见表2) 的地基勘察中，采用原状土样进行室内土工试验、静力触探、标贯试验3种勘探方法确定这5个工程的粘性土地基承载力标准值。在勘探过程中，土工试验严格按《土工实验方法标准》(GBJ123—88) 执行；静力触探采用锥底面积为15 cm2的单桥探头，每次静力触探试验前都对探头进行标定；标贯试验采用 42 mm钻杆作为触探杆，自由落锤，并按规范规定试验。勘探结果数据列表3。
表2 试验工程名称、特征及代号
根据室内土工实验所得土的物理力学指标确定的地基承载力标准值，按GBJ7-89用承载力基本值乘以回归修正系数确定。设承载力基本值为f 0，标准值为f K ，回归修正系数为φf ，则f k =φf f0。f 0由GBJ7—89附表5—4、5查得，回归修正系数按下式：
(3)
式中：n —土性指标参加统计的数据数；δ—数据的变异系数。 根据静力触探成果确定的地基承载力标准值，是按《武汉市建筑软弱地基基础设计规定》(WBJ1—1—92) 确定的。
用标贯击数确定地基承载力标准值，所有实测锤数均参与统计时，
＇按(1)式和表1所确定的分层土的标准贯入实验锤击数平均值值μ、变
异系数δ＇、标准值N ＇及地基土承载力标准值f ＇k 的数值见表3。
从表3中可以看出，按规范GBJ7—89用标贯试验所确定的地基承载力标准值f ＇k 比土工实验和静力触探所确定的地基承载力平均值低。它们之间的相对差用ζ
＇＇＇表示，ζ＇=(-f ＇k ) ／，以δ＇为横坐标，ζ＇＇＇为纵坐标，δ—ζ之间的相关散点图见图1。由图可见，ζ与δ近
似成线性关系，ζ＇随δ＇的增大而增大。在实验的5个工程中，ζ＇最大达29.1%。由此可见，简单直接地应用GBJ7—89，使用标贯试验锤击数来确定粘性土地基承载力标准值是有问题的，问题是当标贯试验锤击数离散性太大(即δ＇太大) 时，用(1)式计算出的N ＇值太小。
图1 δ＇—ζ＇相关散点图
表3 勘察结果数据表
我们应该注意到在用土工实验指标确定地基承载力标准值时，GBJ7—89规定，(3)式中的回归修正系数应大于或等于0.75(即
ψf ≥0.75) ，否则应分析是取样、试验有差错? 还是分层不合理? 同时应增大样本数。在这里该规范实际上是认为同一地质单元的同一层土实验数据的离散性不应太大。同样的道理，当标贯试验锤击数的离散性太大时，我们也应分析是实验操作错误，还是地层分层不合理。若分层合理，则应对实验数据进行适当处理后才能用式(1)和表1确定地基承载力标准值。
2 标贯试验锤击数离散性太大的原因分析
影响标贯试验锤击数的因素可分为两类，一类是地层因素，另一类试验操作因素。地层因素主要有：①土性沿深度方向的变异性。同一层土标贯试验的深度不同，标贯锤击数就不尽相同；②土性在水平方向上的不均匀性。在同一层土的不同钻孔中标贯击数不尽相同。试验操作因素主要有：①进行标贯试验时，钻杆之间拧得时紧时松，影响锤击能量的传递；②试验前，孔底残土太厚；③标贯贯入深度30 cm中含夹层。一般对于占地面积不大的工程项目，同一地质单元的同一土层的标贯锤击数的离散性从标贯机理上讲不应太大，否则就不是在同一土层。在同一土层中标贯试验锤击数离散性太大的主要因素应是试验操作因素。因此，减小标贯试验锤击数离散性的关键是加强现场描述，准确划分土层，严格按操作规程及实验要点进行实验。
3 标贯试验锤击数标准值的计算问题
要计算标贯试验锤击数标准值N ，首先必须明确计算目的，即是确定浅基承载力标准值。与土坡稳定分析和土压力计算相比浅基的地基土破坏面要小的多，地基土承载力破坏面与标贯试验时土的破坏面之比，同上部结构材料尺寸与材料试件尺寸比之间的差距不太大，而且同一土层标贯击数离散性太大的主要原因是实验操作误差。因此，GBJ7—89用单个测定值作单测置信区间下限估计值作为标贯试验锤击数标准值(即按(1)式计算N) ，同时规定同一土层的试验数n ≥6有其合理性。
表4 岩土参数变异性分类
笔者认为，确定标贯实验锤击数离散性大小的标准可按《岩土工程勘察规范》(GB50021—94) ，GB50021—94根据岩土参数变异系数的大小将其变异性分为很低、低、中等、高、很高五级，见表4。当标贯实验实测锤击数变异系数δ＇≤0.2时，锤击数的离散性就不大，就可直接按(1)式计算锤击数标准值并查表1确定地基承载力标准值；当δ＇＞0.2时，说明实测锤击数离散性较大，若不是地层的分层有错，则可先剔除较大的锤击数和较小的锤击数，尽可能使参与统计的锤击数的变异系数小于或等于0.2。按以上思路，笔者实验的5个工程剔除较大和较小的锤击数后(在表3是要剔除的锤击数有*表示) ，分层土的标贯实验锤击数平均值μ、变异系数δ、锤击数标准值N 、和由N 所确定的地基承载力标准值f k 列入表3，f k 与f k 的相对差用ζ表示，由表3可见，ζ大大小于ζ＇。
4 结论
在地层分层正确的条件下，标贯实验锤击数离散性太大的主要原因是实验操作错误。应加强现场描述，并严格按操作规程和实验要点进行实验。
用标贯实验确定地基承载力标准值时，用单个测定值作单侧置个区下限估计值作为锤击数标准值有其合理性，但应适当增加实验数。 在按GBJ7—89用锤击数标准值确定地基承载力标准值时，用于统计的分层土的锤击数变异系数应小于或等于0.2，否则应先剔除较大和较小的锤击数再进行统计。■
作者简介：段新胜 男，1962年生。1985年毕业于武汉地质学院北京研究生部，获硕士学位。现
任中国地质大学武汉管理干部学院岩土与建筑工程系系主任。主要从事岩土工程和建
筑工程教学与研究工作。通讯地址：湖北武汉市 汉口航空路15号 中国地质大学武汉
管理干部学院岩土与建筑工程系 邮政编码：430030
作者单位：段新胜（中国地质大学武汉管理干部学院 武汉 430030） 顾 湘（中国地质大学武汉管理干部学院 武汉 430030） 参考文献：
［1］中华人民共和国国家标准. 建筑地基基础设计规范. 中国建筑工业出版社，1989
［2］中华人民共和国国家标准. 岩土工程勘察规范. 中国建筑工业出版社，1995
［3］高大钊. 关于岩土参数标准值计算公式的讨论. 工程勘察，1996(3) ［4］左其亭, 等. 岩土参数统计方法及其理论基础. 工程勘察，1997(3)
收稿日期：1998－06－00
王梅编辑
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