陳智勇1  陳曉東2 柴建峰2  

（1，中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032；2中交公路規劃設計院有限公司，北京 100010)

摘  要：通過分析某涉外跨海大橋工程地質勘察中的SPT差異問題，發現鉆孔直徑、鉆探工藝、標貫頭刃口尺寸和泥漿濃度的差異等顯著影響砂性地層中的SPT擊數。特別是小口徑套管下到鉆孔底部限制了土體的變形，進而影響了SPT測試結果；泥漿濃度過低將不足以將孔底殘渣特別是顆粒較大的砂礫攜帶出鉆孔等等，這些因素的累計導致了兩家勘察公司N值出現了較大的差異。最后對跨海大橋的勘察管理提出一些建議。希望本文能起到拋磚引玉的作用，引起越來越多的人重視勘察手段、技術研究，進而加強勘察資料的可信度和實用性。

關鍵詞：標準貫入試驗；影響因素；套管效應；鉆孔直徑；鉆探工藝；刃口厚度；泥漿濃度

0  引  言

目前國內有關SPT的論文和文獻更多熱衷于探索SPT和土體物理力學參數的關系式或經驗公式，特別是通過SPT確定不同類型基礎的設計參數，而較少研究影響SPT的貫入擊數因素，尤其是對于深部鉆孔中的SPT[1～5]。希望本文能起到拋磚引玉的作用，引起越來越多的人重視勘察手段、技術研究，進而加強勘察資料的可信度和可用性。

標準貫入試驗（Standard Penetration Test, SPT）在國內外均有廣泛的應用，一般適用于砂性土層中，也可在粘性土層中使用，主要用于土體的密實度判別和獲取基礎設計參數。目前在跨海、跨河長大橋梁通道的工程地質勘察中有關SPT研究鮮有報道，存在的問題和挑戰主要體現在：

（1）跨海大橋的覆蓋層一般較厚，可達100m以上，且砂性地層較多。在實際勘察中砂性土地層原狀土樣不易取，且擾動較大，即使取了大量的土樣，室內試驗所得值和實際情況也有較大的差別，這樣以來實驗室獲得巖土體物理力學參數和實際情況存在較大的差異。

（2）國內越來越多的跨海、跨河特大橋的引橋基礎采用打入樁（施工快、成本低），一般為樁徑大于1m、深度大于50m的PHC或鋼管樁。由于SPT貫入和打入樁的打入具有一定的可比性，所以SPT能直接反映出打入樁施工時候的難易程度。

可見，深入分析影響SPT因素，進而獲得合理可靠的SPT擊數及貫入度有利于合理準確的確定深層砂性土地層的物理力學性質、有利于優化樁基礎設計，也有利于指導后期打入樁的施工。基于以上認識，以下通過工作中遇到的問題來分析影響SPT因素。

1  工程概況及問題提出

1.1  工程概況

工程為中國境外一長度約20公里跨海大橋，水深2～20m，勘察方案和技術要求均執行英標（BS5930:1999）。勘察工作由2家公司承擔（甲公司為中國、乙公司為該國當地公司）。考慮到工程的重要性，為了減少和杜絕后期可能遇見兩家公司結論不一致的問題，在勘察正式開工前，布置2家公司沿橋軸線每間隔5km在同一位置各鉆一個鉆孔，共4個位置，編號zk1～zk4。由于英標中基礎設計一般更多直接采用SPT值，所以本次勘察技術要求，如鉆孔中未碰到基巖，SPT應按1.5～2.0m間距執行，且SPT 不做桿長修正。

工可地質勘察表明，擬建橋位地層相對單一，由第四紀地層和花崗巖地層組成，基巖埋深大于100m。花崗巖是中生代時期侵入形成的；第四紀地層是全新世和更新世時代沉積形成的，主要由淤泥、淤泥質粘土、砂性粘土、淤泥質細到粗砂等構成。

大體上，0～25m深度范圍內為淤泥質層，該層含有海洋貝殼碎片和粉細砂，為典型的海相沉積。淤泥質層以下，25～50m深度范圍主要為灰色、灰褐色的中密實到密實粉質細到粗砂層和砂性粘土層。深度大于60m地層為硬塑的粘性土混砂、密實的中粗砂和礫砂。基巖為堅硬的花崗巖，強風化層的厚度在10m左右。從前期鉆孔來看，標準貫入值隨著鉆孔深度的增加呈現較明顯的增長趨勢，但總體上在0-30m深度范圍內SPT值偏小，鉆孔深度一般大于50m時，SPT值才有可能等于或大于50。

1.2 問題的發現

圖1a-d為兩家勘察公司四個對比鉆孔的SPT值統計圖，可見N值相差之明顯。由于同一位置兩個對比鉆孔之間距離不超過2m，在幾乎相同的地質條件下。差異主要呈現以下特征：①乙公司的SPT值明顯高于甲公司；②深度小于25m地層中兩家公司的SPT差別不大；③深度大于30m地層差異顯著，最大可達30擊；④乙公司多次連續出現N>50，且最厚的堅硬地層達25m，以上存在的差異將嚴重影響打入樁樁長、樁徑等其他設計參數的選擇。

2影響SPT擊數因素分析

為了明確差異來源，首先檢查了重錘的質量、標貫器的尺寸和鉆桿尺寸，發現兩家重錘的質量和鉆桿直徑均滿足英標要求，但標貫器刃口兩家均存在問題：甲公司標貫器刃口非常薄（圖2-a），只有0.6mm，小于英標1.6mm的要求；而乙公司為了提高標貫器擾動樣的采樣率在刃口附近增加了塑料的倒鉤（圖2-b）。經過協商和要求，甲公司換了新的標貫頭，乙公司也取掉塑料倒鉤。重新鉆孔表明換了新的標貫頭，甲公司的SPT值一般能提高2擊左右；而乙公司取掉紅色塑料倒鉤后SPT值也有一定的降低， SPT值一般能降低1～3擊。所以在勘查工作正式開始后明確要求兩家公司均采用新的標貫頭，如刃口磨損嚴重，應立即更換，且不允許乙公司在刃口放置塑料倒鉤。

(a)甲公司刃口照片

(b) 乙公司塑料倒鉤

　　圖2  SPT 標貫頭照片
Fig. 2 cutting shoes’ photo of open-tube sampler

由于甲公司為國內著名的勘察公司，信譽和質量均有較好的保證，所以排查差異主要立足于乙公司。從鉆探工藝來看，乙公司鉆探工藝和鉆具和國內有差別，如套管直徑僅為75mm，在整個鉆探工程中，采用套管跟到底的做法，即先采用水沖法將套管下到一定深度后，然后再下鉆桿（直徑42mm）清孔和SPT。由于采用水沖法使標貫處的巖土體受到了壓密擾動，且套管下到底后，在套管底部進行標貫試驗時，套管也限制了其下部土體的擠壓變形，所以SPT值會偏大，而且這是最主要的問題之一，這也是導致乙公司SPT值過大的最關鍵因素。這個可以從彈性力學中圓孔附近的應力集中現象得到很好的解釋，孔徑越大，應力釋放的越厲害，土體也就變形越大，所以SPT擊數就會相應的減少。發現這個問題后，要求乙公司在下套管時候采用回旋鉆進，杜絕沖擊鉆進，且套管下的深度要小于實施標貫的深度，且要求不少于20cm，以上鉆探工藝糾正后，乙公司的SPT值大大降低。

在海上鉆探平臺檢查還發現乙公司的鉆工均為該國的外勞，且公司設備較為落后，鉆工體力消耗較大，所以鉆工為了省體力上下鉆桿時，鉆桿均沒有完全擰緊。在進行SPT時，如果鉆桿沒有完全擰緊，在錘擊時每根鉆桿連接處的微小錯動會消耗錘擊能量，所以發現這個問題后，要求乙公司在操作SPT時必須鉆桿擰緊，且鉆桿垂直，經過整改后SPT值也能有所降低。

雖然以上因素如刃口、倒鉤、鉆桿是否擰緊等影響SPT值，但經過糾正后發現乙公司的SPT仍不能很好的甲公司一致。由于影響擊數最根本的原因是巖土體顆粒的級配、顆粒的均勻性、含水量、密實度、顆粒的成分、顆粒之間的膠結等。經過仔細分析鉆孔柱狀圖，發現SPT顯著差別的一般出現在砂性地層中，或夾砂層特別是夾中粗砂的堅硬粘土層。

現場檢查時發現，砂性土層中，乙公司通過標貫器取的擾動土樣往往是上部樣品和下部差別明顯，即上部存在部分中粗砂甚至礫砂顆粒，這表明清孔不干凈，孔底殘留粗粒物質。經過詢問得知當地粘土粉需進口，價格和當地大米價格幾乎一樣，約合人民幣每公斤2元。而乙公司為了追求最大利潤，泥漿的濃度比較稀薄，回收使用，且清孔時間較短。

由于泥漿太稀薄，所以在清孔的時候，可能不足于將孔底殘留的中粗砂、砂礫等粗顆粒物質攜帶出鉆孔，導致SPT值嚴重失真。事實也如所料，當加大泥漿濃度后，即濃度以手伸入泥漿能掛手以標準，且鉆探機具和工藝等均按上述要求改進后，乙公司的SPT值顯著降低。通過以上對比工作，減小后續正式勘察工作中可能遇見隱患和風險。

3 結論和建議

通過以上分析可知，鉆孔直徑、套管效應、鉆探工藝、標貫頭尺寸及倒鉤、鉆桿是否擰緊等影響SPT值的大小，且鉆孔直徑、鉆探工藝、泥漿濃度和清孔時間的影響尤為顯著，所以在實際工程中應重點關注以上因素。

工程地質勘察時，在深部砂性地層中合理的布置SPT測試，可以大量較少采樣數量，減少室內土工試驗工作量，并可用于指導后期打入樁施工，降低施工風險。同時可減少勘察的外業作業時間，降低在大風大浪中勘察鉆探的施工風險，如本次勘察中，由于在深部砂性地層布置大量的SPT，減少原狀樣的數量，縮短了工期，節省租船等費用，具有明顯的經濟效益。更深層次的意義在于優化勘察手段，倡導新的勘察理念。

對于勘察范圍比較廣的線狀工程，如跨海跨江大橋勘察中注意以下幾點：

（1）對于重大工程，如不得已需要劃分幾個標段由不同的承包商來承擔勘察工作時，應選用質量有保障信譽好的勘察公司，為了后續資料的一致和統一，應委托實力最強的勘察承包商為主體單位，負責最后勘察成果的統一、匯總和編寫。且應實行勘察監理制度。

（2）在正式勘察前，應確保各家勘察承包商鉆探和原位測試等設備一致，如標貫器等機具是否一致，且滿足國標或者行業標準的要求。

（3）正式勘察前，應在工程地質條件相同的地點，各家布置適量的鉆孔相互驗證和校核，特別是對比SPT值，并規范土體的現場定名和地層劃分。

參考文獻：

[1]，Code of practice for site investigations   BS5930:1999

[2]，British Standard Methods of test for Soils for civil engineering purposes  BS1377：1999

[3]，《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）

[4]，《公路工程地質勘察規范》（JTJ064-98）

[5]，袁鐘，李思源，申伯熙，標準貫入試驗的應用及貫入擊數的影響因素，港工技術[J]，2002年12月，第4期，50～52