地基承载力检测：标准贯入试验方法与应用

地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力，常用单位为kPa，是评价地基稳定性的综合性用词。应该指出，地基承载力是针对地基基础设计提出的为方便评价地基强度和稳定的实用性专业术语，不是土的基本性质指标。土的抗剪强度理论是研究和确定地基承载力的理论基础。

在荷载作用下，地基要产生变形。随着荷载的增大，地基变形逐渐增大，初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态，具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度极限时，该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态，土中应力将发生重分布。这种小范围的剪切破坏区，称为塑性区。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态，地基尚能趋于稳定，仍具有安全的承载能力。但此时地基变形稍大，必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大，地基出现较大范围的塑性区时，将显示地基承载力不足而失去稳定。此时地基达到极限承载力。

根据土质的差异，地基土的破坏形式一般分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种，如图1所示。

图1 地基破坏形式

由地基破坏过程中的荷载沉降p-s曲线可知，地基无论以哪种形式失稳破坏，破环的过程一般应经历3个阶段，即压密阶段（弹性变形阶段）、剪切阶段（弹塑混合变形阶段）和破坏阶段（完全塑性变形阶段）。

地基承载力指标一般通过原位测试的方法获得，其主要检测方法包括平板荷载试验、螺旋板荷载试验、标准贯入试验、动力触探试验、静力触探试验、岩体直剪试验、旁压试验、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验等，部分检测方法原理图见图2所示。

图2 部分地基承载力原位测试方法原理图

标准贯入试验(Standard Penetration Test，简称SPT)是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打人土中，记录打入30cm的锤击数(即标准贯入击数N)，并以此评价土的工程性质的原位试验，试验装置见图3所示。

图3 标准贯入试验设备（单位：mm）

标准贯入试验实际上仍属于动力触探范畴，标准贯入试验并不能直接测定地基土的物理力学性质，而是通过与其他原位测试手段或室内试验成果进行对比，建立关系式，积累地区经验，才能用于评定地基土的物理力学性质。

利用标准贯入试验指标N，结合地区经验，可用于评价地基土的物理状态，评价地基土的力学性能参数，计算天然地基的承载力，计算单桩的极限承载力及对场地成桩的可能性作出评价，评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。

标准贯入试验 操作简单，地层适应性广 ，对不易钻探取样的砂土和砂质粉土尤为适用，当土中含有较大碎石时使用受限制。标准贯入试验的缺点是 离散性比较大 ，故 只能粗略地评定土的工程性质 。

1.钻进方法：为保证贯入试验用的钻孔的质量，宜采用回转钻进，当钻进至试验标高以上15cm外，应停止钻进。为保持孔壁稳定，必要时可用泥浆或套管护壁。如使用水冲钻进，应使用侧向水冲钻头，不能用向下水冲钻头，以使孔底土尽可能少扰动。扰动直径在63.5cm～150cm之间，钻进时应注意以下几点：

2.标准贯入试验所用的钻杆应定期检查，钻杆相对弯曲<1/1000，接头应牢固，否则锤击后钻杆会晃动。

3.标准贯入试验应采用自动脱钩的自由落锤法，并减少导向杆与锤间的摩阻力，以保持锤击能量恒定，它对N值影响极大。

4.标准贯入试验时，先将整个杆件系统连同静置于钻杆顶端的锤击系统一起下到孔底，在静重下贯入器的初始贯入度需作记录。如初始贯入试验，N值记为零。

5、标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等距进行。间距为1.0m或2.0m，也可仅在砂土，粉土等欲试验的土层范围内等间距进行。

利用标准贯入试验成果，可用于下列指标的评定或估算：

（1）评定砂土的密实度；

（2）评定砂土抗剪强度指标；

（3）评定黏性土的状态；

（4）评定黏性土的不排水抗剪强度；

（5）评定地基土承载力；

（6）地基土的液化判别；

（7）评定土的变形模量和压缩模量；

（8）估算单桩承载力。

6.1  评价地基土的承载力

与利用动力触探试验成果评价地基土的承载力一样，我国原《建筑地基基础设计规范》曾规定，可利用N值确定砂土与黏性土的承载力标准值，见下表1和表2。但在GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》中，这些经验表格并未纳入。这并不是否认这些经验的使用价值，而是这些经验在全国范围内不具有普遍意义，在实际工作中参考这些表格时应结合当地实践经验。

表 1  N 值与砂土承载力标准值 f _k 的关系

表 2  N 值与黏性土承载力标准值 f _k 的关系

国内一些勘察设计单位基于当地实践提出的经验公式汇总于表3。

表 3   国内 N 值与地基承载力标准值 f _k 的关系

6.2  评定砂土的密实状态

根据标准贯入试验锤击数N，可按表4评价砂土的密实度。

表4  砂土的密实度与N值的关系