SPT là gì?
SPT (Standard Penetration Test — thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn) là phương pháp thử nghiệm địa chất phổ biến nhất thế giới, đo khả năng kháng xuyên của đất bằng cách đóng ống mẫu tách (split-spoon sampler) xuống đất bằng búa rơi tự do. Kết quả SPT là giá trị N (số nhát búa), cho biết mức độ chặt của đất và dùng trong thiết kế móng, cọc và đánh giá nguy cơ hóa lỏng.
Thiết bị và quy trình thử nghiệm SPT
Thiết bị
- Ống mẫu tách (split-spoon sampler): đường kính ngoài 51 mm, đường kính trong 35 mm, dài 457 mm
- Búa SPT: trọng lượng 63.5 kg (140 lb)
- Chiều cao rơi: 762 mm (30 inch)
- Năng lượng lý thuyết mỗi nhát: 473 J
Quy trình
- Khoan lỗ đến độ sâu thử nghiệm, làm sạch đáy lỗ khoan.
- Hạ ống mẫu tách xuống đáy hố khoan.
- Đóng ống mẫu tách xuống tổng 450 mm (18 inch): 150 mm đầu tiên bỏ qua (đất xáo trộn do khoan).
- Đếm số nhát búa N cho 300 mm tiếp theo (3 đoạn 150 mm, mỗi đoạn ghi riêng).
- Lấy mẫu đất bên trong ống để mô tả địa tầng.
Phân loại đất theo giá trị N-SPT
| N (nhát búa/300mm) | Mức độ chặt (cát) | Mức độ cứng (sét) |
|---|---|---|
| < 4 | Rất rời (Very loose) | Rất mềm (Very soft) |
| 4 – 10 | Rời (Loose) | Mềm (Soft) |
| 10 – 30 | Chặt vừa (Medium dense) | Cứng vừa (Medium stiff) |
| 30 – 50 | Chặt (Dense) | Cứng (Stiff) |
| > 50 | Rất chặt (Very dense) | Rất cứng/đá (Very stiff/Rock) |
Hiệu chỉnh N-SPT
Giá trị N đo thực tế cần hiệu chỉnh do nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng búa thực tế:
- N60: hiệu chỉnh về hiệu suất búa 60% năng lượng lý thuyết (tiêu chuẩn quốc tế)
- (N1)60: hiệu chỉnh thêm về áp lực tầng đất (overburden correction) về áp lực 100 kPa; dùng trong đánh giá hóa lỏng
- Hệ số hiệu chỉnh: loại búa (donut/safety/automatic), phương pháp thả, chiều dài cần khoan, đường kính lỗ khoan
Tiêu chuẩn áp dụng
- ASTM D1586 — Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT)
- TCVN 9351:2012 — Đất xây dựng — Phương pháp thí nghiệm hiện trường — Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)
- ISO 22476-3 — Standard Penetration Test (phiên bản quốc tế)
Ứng dụng giá trị N-SPT
- Thiết kế cọc: ước tính sức kháng đầu mũi cọc và ma sát thành cọc từ N-SPT (công thức Meyerhof, Reese)
- Đánh giá hóa lỏng: phương pháp Seed & Idriss dùng (N1)60 và PGA động đất
- Tương quan cường độ đất: su (kPa) ≈ 5 × N cho sét; Dr (%) ≈ 21√(N/σv’) cho cát
- Phân loại địa tầng: mô tả loại đất tại từng độ sâu từ mẫu ống tách
Ưu điểm và hạn chế
- Ưu điểm: thiết bị đơn giản, phổ biến toàn cầu, lấy mẫu được đất, chi phí thấp, có cơ sở dữ liệu tương quan rộng lớn.
- Hạn chế: kết quả gián đoạn (chỉ tại vị trí thử, không liên tục theo chiều sâu); không hiệu quả với đất sét rất dẻo (N thấp nhưng không phân biệt được mức độ mềm); kết quả phụ thuộc nhiều vào thiết bị và người thực hiện; cần hiệu chỉnh phức tạp.
Câu hỏi thường gặp
- SPT N = 10 có nghĩa là gì?
- N = 10 nhát búa/300 mm tương ứng đất cát ở mức chặt vừa (medium dense) hoặc đất sét ở mức cứng vừa (medium stiff); phù hợp móng nông cho công trình nhỏ, cần tính toán kiểm tra thêm.
- Tại sao 150 mm đầu tiên bị bỏ qua?
- Đất 150 mm đầu bị xáo trộn do quá trình khoan và hạ ống mẫu; bỏ qua để lấy giá trị N của đất nguyên trạng phía dưới.
- SPT có dùng được trong đất sét không?
- Được nhưng kém hiệu quả hơn; với đất sét dẻo mềm N<4, kết quả không phân biệt chính xác mức độ mềm; nên kết hợp thử sức kháng cắt không thoát nước (Su) bằng cắt cánh (vane shear) hoặc thí nghiệm nén ba trục.