陈智勇1  陈晓东2 柴建峰2  

（1，中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032；2中交公路规划设计院有限公司，北京 100010)

摘  要：通过分析某涉外跨海大桥工程地质勘察中的SPT差异问题，发现钻孔直径、钻探工艺、标贯头刃口尺寸和泥浆浓度的差异等显著影响砂性地层中的SPT击数。特别是小口径套管下到钻孔底部限制了土体的变形，进而影响了SPT测试结果；泥浆浓度过低将不足以将孔底残渣特别是颗粒较大的砂砾携带出钻孔等等，这些因素的累计导致了两家勘察公司N值出现了较大的差异。最后对跨海大桥的勘察管理提出一些建议。希望本文能起到抛砖引玉的作用，引起越来越多的人重视勘察手段、技术研究，进而加强勘察资料的可信度和实用性。

关键词：标准贯入试验；影响因素；套管效应；钻孔直径；钻探工艺；刃口厚度；泥浆浓度

0  引  言

目前国内有关SPT的论文和文献更多热衷于探索SPT和土体物理力学参数的关系式或经验公式，特别是通过SPT确定不同类型基础的设计参数，而较少研究影响SPT的贯入击数因素，尤其是对于深部钻孔中的SPT[1～5]。希望本文能起到抛砖引玉的作用，引起越来越多的人重视勘察手段、技术研究，进而加强勘察资料的可信度和可用性。

标准贯入试验（Standard Penetration Test, SPT）在国内外均有广泛的应用，一般适用于砂性土层中，也可在粘性土层中使用，主要用于土体的密实度判别和获取基础设计参数。目前在跨海、跨河长大桥梁通道的工程地质勘察中有关SPT研究鲜有报道，存在的问题和挑战主要体现在：

（1）跨海大桥的覆盖层一般较厚，可达100m以上，且砂性地层较多。在实际勘察中砂性土地层原状土样不易取，且扰动较大，即使取了大量的土样，室内试验所得值和实际情况也有较大的差别，这样以来实验室获得岩土体物理力学参数和实际情况存在较大的差异。

（2）国内越来越多的跨海、跨河特大桥的引桥基础采用打入桩（施工快、成本低），一般为桩径大于1m、深度大于50m的PHC或钢管桩。由于SPT贯入和打入桩的打入具有一定的可比性，所以SPT能直接反映出打入桩施工时候的难易程度。

可见，深入分析影响SPT因素，进而获得合理可靠的SPT击数及贯入度有利于合理准确的确定深层砂性土地层的物理力学性质、有利于优化桩基础设计，也有利于指导后期打入桩的施工。基于以上认识，以下通过工作中遇到的问题来分析影响SPT因素。

1  工程概况及问题提出

1.1  工程概况

工程为中国境外一长度约20公里跨海大桥，水深2～20m，勘察方案和技术要求均执行英标（BS5930:1999）。勘察工作由2家公司承担（甲公司为中国、乙公司为该国当地公司）。考虑到工程的重要性，为了减少和杜绝后期可能遇见两家公司结论不一致的问题，在勘察正式开工前，布置2家公司沿桥轴线每间隔5km在同一位置各钻一个钻孔，共4个位置，编号zk1～zk4。由于英标中基础设计一般更多直接采用SPT值，所以本次勘察技术要求，如钻孔中未碰到基岩，SPT应按1.5～2.0m间距执行，且SPT 不做杆长修正。

工可地质勘察表明，拟建桥位地层相对单一，由第四纪地层和花岗岩地层组成，基岩埋深大于100m。花岗岩是中生代时期侵入形成的；第四纪地层是全新世和更新世时代沉积形成的，主要由淤泥、淤泥质粘土、砂性粘土、淤泥质细到粗砂等构成。

大体上，0～25m深度范围内为淤泥质层，该层含有海洋贝壳碎片和粉细砂，为典型的海相沉积。淤泥质层以下，25～50m深度范围主要为灰色、灰褐色的中密实到密实粉质细到粗砂层和砂性粘土层。深度大于60m地层为硬塑的粘性土混砂、密实的中粗砂和砾砂。基岩为坚硬的花岗岩，强风化层的厚度在10m左右。从前期钻孔来看，标准贯入值随着钻孔深度的增加呈现较明显的增长趋势，但总体上在0-30m深度范围内SPT值偏小，钻孔深度一般大于50m时，SPT值才有可能等于或大于50。

1.2 问题的发现

图1a-d为两家勘察公司四个对比钻孔的SPT值统计图，可见N值相差之明显。由于同一位置两个对比钻孔之间距离不超过2m，在几乎相同的地质条件下。差异主要呈现以下特征：①乙公司的SPT值明显高于甲公司；②深度小于25m地层中两家公司的SPT差别不大；③深度大于30m地层差异显著，最大可达30击；④乙公司多次连续出现N>50，且最厚的坚硬地层达25m，以上存在的差异将严重影响打入桩桩长、桩径等其他设计参数的选择。

2影响SPT击数因素分析

为了明确差异来源，首先检查了重锤的质量、标贯器的尺寸和钻杆尺寸，发现两家重锤的质量和钻杆直径均满足英标要求，但标贯器刃口两家均存在问题：甲公司标贯器刃口非常薄（图2-a），只有0.6mm，小于英标1.6mm的要求；而乙公司为了提高标贯器扰动样的采样率在刃口附近增加了塑料的倒钩（图2-b）。经过协商和要求，甲公司换了新的标贯头，乙公司也取掉塑料倒钩。重新钻孔表明换了新的标贯头，甲公司的SPT值一般能提高2击左右；而乙公司取掉红色塑料倒钩后SPT值也有一定的降低， SPT值一般能降低1～3击。所以在勘查工作正式开始后明确要求两家公司均采用新的标贯头，如刃口磨损严重，应立即更换，且不允许乙公司在刃口放置塑料倒钩。

(a)甲公司刃口照片

(b) 乙公司塑料倒钩

　　图2  SPT 标贯头照片
Fig. 2 cutting shoes’ photo of open-tube sampler

由于甲公司为国内著名的勘察公司，信誉和质量均有较好的保证，所以排查差异主要立足于乙公司。从钻探工艺来看，乙公司钻探工艺和钻具和国内有差别，如套管直径仅为75mm，在整个钻探工程中，采用套管跟到底的做法，即先采用水冲法将套管下到一定深度后，然后再下钻杆（直径42mm）清孔和SPT。由于采用水冲法使标贯处的岩土体受到了压密扰动，且套管下到底后，在套管底部进行标贯试验时，套管也限制了其下部土体的挤压变形，所以SPT值会偏大，而且这是最主要的问题之一，这也是导致乙公司SPT值过大的最关键因素。这个可以从弹性力学中圆孔附近的应力集中现象得到很好的解释，孔径越大，应力释放的越厉害，土体也就变形越大，所以SPT击数就会相应的减少。发现这个问题后，要求乙公司在下套管时候采用回旋钻进，杜绝冲击钻进，且套管下的深度要小于实施标贯的深度，且要求不少于20cm，以上钻探工艺纠正后，乙公司的SPT值大大降低。

在海上钻探平台检查还发现乙公司的钻工均为该国的外劳，且公司设备较为落后，钻工体力消耗较大，所以钻工为了省体力上下钻杆时，钻杆均没有完全拧紧。在进行SPT时，如果钻杆没有完全拧紧，在锤击时每根钻杆连接处的微小错动会消耗锤击能量，所以发现这个问题后，要求乙公司在操作SPT时必须钻杆拧紧，且钻杆垂直，经过整改后SPT值也能有所降低。

虽然以上因素如刃口、倒钩、钻杆是否拧紧等影响SPT值，但经过纠正后发现乙公司的SPT仍不能很好的甲公司一致。由于影响击数最根本的原因是岩土体颗粒的级配、颗粒的均匀性、含水量、密实度、颗粒的成分、颗粒之间的胶结等。经过仔细分析钻孔柱状图，发现SPT显著差别的一般出现在砂性地层中，或夹砂层特别是夹中粗砂的坚硬粘土层。

现场检查时发现，砂性土层中，乙公司通过标贯器取的扰动土样往往是上部样品和下部差别明显，即上部存在部分中粗砂甚至砾砂颗粒，这表明清孔不干净，孔底残留粗粒物质。经过询问得知当地粘土粉需进口，价格和当地大米价格几乎一样，约合人民币每公斤2元。而乙公司为了追求最大利润，泥浆的浓度比较稀薄，回收使用，且清孔时间较短。

由于泥浆太稀薄，所以在清孔的时候，可能不足于将孔底残留的中粗砂、砂砾等粗颗粒物质携带出钻孔，导致SPT值严重失真。事实也如所料，当加大泥浆浓度后，即浓度以手伸入泥浆能挂手以标准，且钻探机具和工艺等均按上述要求改进后，乙公司的SPT值显著降低。通过以上对比工作，减小后续正式勘察工作中可能遇见隐患和风险。

3 结论和建议

通过以上分析可知，钻孔直径、套管效应、钻探工艺、标贯头尺寸及倒钩、钻杆是否拧紧等影响SPT值的大小，且钻孔直径、钻探工艺、泥浆浓度和清孔时间的影响尤为显著，所以在实际工程中应重点关注以上因素。

工程地质勘察时，在深部砂性地层中合理的布置SPT测试，可以大量较少采样数量，减少室内土工试验工作量，并可用于指导后期打入桩施工，降低施工风险。同时可减少勘察的外业作业时间，降低在大风大浪中勘察钻探的施工风险，如本次勘察中，由于在深部砂性地层布置大量的SPT，减少原状样的数量，缩短了工期，节省租船等费用，具有明显的经济效益。更深层次的意义在于优化勘察手段，倡导新的勘察理念。

对于勘察范围比较广的线状工程，如跨海跨江大桥勘察中注意以下几点：

（1）对于重大工程，如不得已需要划分几个标段由不同的承包商来承担勘察工作时，应选用质量有保障信誉好的勘察公司，为了后续资料的一致和统一，应委托实力最强的勘察承包商为主体单位，负责最后勘察成果的统一、汇总和编写。且应实行勘察监理制度。

（2）在正式勘察前，应确保各家勘察承包商钻探和原位测试等设备一致，如标贯器等机具是否一致，且满足国标或者行业标准的要求。

（3）正式勘察前，应在工程地质条件相同的地点，各家布置适量的钻孔相互验证和校核，特别是对比SPT值，并规范土体的现场定名和地层划分。

参考文献：

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

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

[3]，《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）

[4]，《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）

[5]，袁钟，李思源，申伯熙，标准贯入试验的应用及贯入击数的影响因素，港工技术[J]，2002年12月，第4期，50～52