土石方工程與地基處理2土的工程性質(zhì)及分類

第一章土石方工程與地基處置五、土的工程分類在建筑工程中，常把土作為建筑物地基，因此需求對土進(jìn)展分類。我國<建筑地基根底規(guī)范>〔JGJ79-91〕規(guī)定：粗粒土按顆粒級配分類，細(xì)粒土按塑性指數(shù)分類。1、碎石土是粒徑大于2mm的顆粒超越總重50%的土。碎石土根據(jù)顆粒級配及外形分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫，其分類規(guī)范如表所示。碎石土的分類表土的稱號顆粒外形粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超越全重的50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超越全重的50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超越全重的50%2、砂土砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超越全重50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超越全重50%的土。砂土按顆粒級配分為礫砂、粗砂、中砂和粉砂。其分類規(guī)范見表1-7。砂土分類表1-7土的名稱顆粒級配礫砂粒徑大于2mm的顆粒占全重25%～50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒占全重50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒占全重50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒占全重85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒占全重50%3、粉土粉土是指塑性指數(shù)Ip小于或等于10，而粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超越全重50%的土。粉土含有較多粒徑為0.05～0.0005mm的粉粒，其工程性質(zhì)介乎粘性土和砂土之間。4、粘性土粘性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土。這種土含有大量的粘?！?lt;0.005mm顆?！?。其工程性質(zhì)不僅與粒度成分和粘土礦物的親水性等有關(guān)，而且與成因類型及堆積環(huán)境等要素有關(guān)。粘性土按塑性指數(shù)Ip分為粉質(zhì)粘土和粘土，其分類規(guī)范見表1-8。粘性土按塑性指數(shù)分類表1-8土的稱號粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù)10-17>17

5、人工填土由于人類活動(dòng)而構(gòu)成的堆積物，分為素填土、雜填土、沖填土。土的名稱組成物質(zhì)素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等組成的填土雜填土含有建筑渣滓，工業(yè)廢料、生活渣滓等雜物的填土沖填土由水力沖填泥砂構(gòu)成的填土六、土的壓實(shí)性壓實(shí)是指用機(jī)械的方法，如靜力的、振動(dòng)的、沖擊的設(shè)備使土密實(shí)的，壓實(shí)可以以為是由于排除空氣使土的孔隙減少?！裁刻砑?個(gè)大氣壓，水的密度添加二萬分之一〕。最優(yōu)含水量：在一定的壓實(shí)能量下使土最容易密實(shí)，并能到達(dá)最大密實(shí)度時(shí)的含水量，稱為最優(yōu)含水量，用wop表示。相對應(yīng)的干密度稱最大干密度，以ρmax表示。繪制干密度ρd和含水量w的關(guān)系曲線，稱為擊實(shí)曲線。對同一種土，假設(shè)改動(dòng)擊實(shí)能量，那么曲線的根本形狀不變，如圖1-6所示，但位置卻發(fā)生挪動(dòng)，隨著擊實(shí)能量的增大，曲線向斜上方挪動(dòng)，也即加大擊實(shí)能量，最大干密度增大，最優(yōu)含水量卻減小。當(dāng)無擊實(shí)實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，最大干密度可按下式計(jì)算：式中ρdmax——壓實(shí)填土最大干密度；η——閱歷系數(shù)，粘土取0.95，粉質(zhì)粘土取0.96，粉土取0.97；ρw——水的密度；ds——土粒相對密度；wop——最優(yōu)含水量〔%〕，可按當(dāng)?shù)亻啔v或取wp+2，粉土取14～18。當(dāng)壓實(shí)填土為碎石或卵石時(shí)，基最大干密度可取2.0～2.2t/m3。壓實(shí)系數(shù)λc：施工時(shí)所控制的土的干密度ρd與最大干密度ρdmax之比稱為壓實(shí)系數(shù)λc。壓實(shí)系數(shù)：0.94～0.96以上。七、土的力學(xué)性質(zhì)〔一〕土的緊縮性地基土在壓力作用下體積減少的性質(zhì)，稱為土的緊縮性。土的緊縮性，從土的組成來說，不外乎是孔隙中水和氣體體積的減小和固體顆粒的變形。研討闡明：在壓力變化不大的情況〔普通在1００～６００kPa之間〕，顆粒和水的緊縮量與土的總緊縮量之比是很微小的，可以忽略不計(jì)。所以可以說，土體的緊縮是由于其中孔隙體積的減小。１、緊縮實(shí)驗(yàn)和緊縮曲線室內(nèi)緊縮實(shí)驗(yàn)，用側(cè)限緊縮儀來進(jìn)展。經(jīng)過緊縮實(shí)驗(yàn)，可以得到表示土的孔隙比e與壓力p關(guān)系的緊縮曲線。e-p曲線在壓力p1、p2變化不大的情況下，其對應(yīng)的曲線段，可近似看作直線，這段直線的斜率tanx，稱為土的緊縮系數(shù)a。

單位是ＭＰａ-1，式中的負(fù)號表示孔隙比隨壓力的增大而減小。緊縮系數(shù)：是評價(jià)地基土緊縮性高低的重要目的之一。從曲線上看它不是一個(gè)常量，而與所取的p1、p2大小有關(guān)。在工程實(shí)際中，通常以p1=100kPa和p2=200kPa求出的緊縮系數(shù)a1-2來評價(jià)土的緊縮性高低。當(dāng)a1-2<0.1Mpa-1時(shí)，屬低緊縮性土；0.1MPa-1≤a1-2<0.5Mpa-1時(shí)，屬中緊縮性土；a1-2≥0.5Mpa-1時(shí)，屬高緊縮性土。2、緊縮模量Es經(jīng)過緊縮曲線，還可求得土的另一緊縮性目的——緊縮模量Es。它的定義是：土在完全側(cè)限條件下，豎向附加應(yīng)力σz與相應(yīng)豎向應(yīng)變?chǔ)舲的比值。即：因∴除運(yùn)用緊縮系靈敏a判別土的緊縮性外，適用上亦運(yùn)用緊縮模量Es判別土的緊縮性，Es值越小，緊縮性越高。為便于運(yùn)用，工程上用壓力100kPa至200kPa間的緊縮模量區(qū)分土的緊縮性：高緊縮性土

中緊縮性土

低緊縮性土〔二〕土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土抵抗剪切破壞的才干。1、直接剪切實(shí)驗(yàn)利用直接剪切儀確定土的抗剪強(qiáng)度，如圖1-9所示，土樣放在面積為A的剪力盒內(nèi)，受垂直壓力N和程度力T的作用，此時(shí)在土樣內(nèi)產(chǎn)生法向應(yīng)力σ：

而在剪切面上產(chǎn)生剪應(yīng)力τ：

τ隨T的增大而增大。但T在一定限值內(nèi)并不會(huì)導(dǎo)致土樣剪切破壞，這是由于在剪切面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力小于土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土樣就不會(huì)被剪壞。當(dāng)T添加到Tˊ時(shí)，土樣破壞。土樣開場破壞時(shí)，剪切面上的剪應(yīng)力稱為土的抗剪強(qiáng)度τf。

Tˊ隨N的增大而增大。以不同的N和Tˊ進(jìn)展3～4次實(shí)驗(yàn)，得出不同的σ、τf值，在直角坐標(biāo)紙上將各個(gè)σ、τf點(diǎn)銜接成不斷線，該線稱土的抗剪強(qiáng)度曲線。見圖1-10、1-11。2、庫倫定律上述直線方程式如下：砂土類土粘土類土上述公式統(tǒng)稱為抗剪強(qiáng)度的庫倫定律。其中∮為直線與程度軸的夾角，c為直線在縱軸上的截距。在一定實(shí)驗(yàn)條件下得出的∮、c值，普通能反映土的抗剪強(qiáng)度的大小，故∮與c稱為土的抗剪強(qiáng)度目的。從庫倫定律可以看出兩點(diǎn)，〔1〕土的抗剪強(qiáng)度與金屬等資料普通所指的抗剪強(qiáng)度不同，它不是定值，而是隨著剪切面上的正應(yīng)力大小而變化?！?〕砂土的抗剪強(qiáng)度僅由內(nèi)摩擦力組成，而粘性土的抗剪強(qiáng)度包括內(nèi)摩擦力和粘聚辦兩個(gè)組成部分。內(nèi)摩擦力σtan∮來源于兩方面：一是剪切面上顆粒與顆粒粗糙面產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦阻力，二是由于顆粒之間的嵌入和聯(lián)鎖作用而產(chǎn)生的咬合力。粘聚力c是由于土粒之間的膠結(jié)作用、結(jié)合水膜以及水分子引力等作用而構(gòu)成的，土顆粒越細(xì)，塑性愈大，其粘聚力也愈大。從實(shí)際上確定地基承載力，評價(jià)地基穩(wěn)定性，分析邊坡穩(wěn)定性以及計(jì)算擋土墻的土壓力，都需求研討土的抗剪強(qiáng)度。p17表1-12所列為砂土和粘性土的內(nèi)摩擦角∮和粘聚力c的參考值。第二節(jié)場地平整施工一、組織場地平整施工包括：1、計(jì)算場區(qū)挖填土方工程量；2、確定挖填土方的調(diào)配；3、選擇施工機(jī)械及擬定施工方案等。二、場地平整的思索要素：1、建立工程的規(guī)模和性質(zhì)；2、場區(qū)設(shè)計(jì)的標(biāo)高；3、現(xiàn)場地形地貌；4、施工期限和技術(shù)力量等條件。給排水工程的場地標(biāo)高是場區(qū)豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通常由設(shè)計(jì)文件規(guī)定。確定標(biāo)高，應(yīng)在滿足建筑規(guī)劃和消費(fèi)工藝的要求下，也要盡量思索填挖平衡，使總的土方量最小。三、場地平整的施工順序：按照工程建立的分期分批布署，結(jié)合基坑、溝槽開挖的要求加以選擇。普通可有三種情況：〔1〕先進(jìn)展整個(gè)場地平整，而后開挖構(gòu)筑物及地下管線基坑和管溝等。這種方案，可為土方機(jī)械施工提供較大的任務(wù)面，能充分發(fā)揚(yáng)其任務(wù)效率，但工期較長。普通多適用于場區(qū)高低不平，填挖土方最較大的施工現(xiàn)場?！?〕先開挖建筑物、構(gòu)筑物等的基坑〔槽〕，后進(jìn)展場地平整。這種方案多適用于地形平坦的施工現(xiàn)場，可以加快土建工程的施工進(jìn)度及減少反復(fù)填挖土方數(shù)量?！?〕劃分施工區(qū)〔段〕，平整與開挖結(jié)合。這種方案是根據(jù)工程特點(diǎn)和現(xiàn)場詳細(xì)條件將場地劃分假設(shè)干施工區(qū)，分別進(jìn)展平整和開挖基坑〔槽〕。對于管道〔溝〕，那么劃分假設(shè)干施工段，組織倒段施工挖填綜合平衡。四、場地平整施工前的預(yù)備任務(wù)：〔1〕清理場地在施工區(qū)域內(nèi)，將原有地上地下房屋、構(gòu)筑物、管線、河渠等進(jìn)展撤除、疏通或改建，對耕植土及淤泥等進(jìn)展清理。〔2〕排除地面積水在排除地面積水的同時(shí)，盡量利用自然地形設(shè)置排水溝，防止水積存，使場地堅(jiān)持枯燥，以利土方施工?！?〕修筑暫時(shí)道路以供機(jī)械進(jìn)場和土方運(yùn)輸?shù)??！踩ā澄?、場地土方量?jì)算場地平整土方量的計(jì)算，是為了制定施工方案，對填挖方進(jìn)展合理調(diào)配，同時(shí)也是檢查及驗(yàn)收實(shí)踐土方數(shù)量的根據(jù)。土方量的計(jì)算方法，通常有方格網(wǎng)法和斷面法?！惨弧撤礁窬W(wǎng)法方格網(wǎng)法是根據(jù)地形圖〔普通用1/500〕將整個(gè)場地劃分成假設(shè)干方格網(wǎng)，方格常采用20m×20m或40m×40m，將設(shè)計(jì)標(biāo)高和自然地面標(biāo)高分別標(biāo)注在方格、角點(diǎn)上。設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高的差值，即為角點(diǎn)填挖施工高度，然后計(jì)算每個(gè)方格的土方量，并算出場地邊坡土方量，即可得出整個(gè)場地挖、填土方總量。這種方法適用于場地平緩或臺(tái)階寬度較大的場地采用。計(jì)算時(shí)可運(yùn)用專門的土方工程量計(jì)算表。在大規(guī)模場地土方量計(jì)算時(shí)，那么需運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)展計(jì)算。劃分的方格網(wǎng)中，普通可有三種類型，應(yīng)分別進(jìn)展計(jì)算。1、方格四個(gè)角點(diǎn)全部為填或挖時(shí)〔圖1-12〕其土方量計(jì)算式為：

式中V——挖或填方體積〔m3〕；a——方格邊長〔m〕；h1、h2、h3、h4——方格角點(diǎn)填挖高度〔m〕2、方格的相鄰兩角點(diǎn)為挖方，另兩角點(diǎn)為填方其挖方部分的土方量為：填方部分的土方量為：

3、方格的三個(gè)角點(diǎn)為挖〔填〕方，另一角點(diǎn)為填〔挖〕方。其填方部分的土方量為：