[整理版]土石方工地基處理1土的工程性質(zhì)及分類

1、l第一章 土石方工程與地基處理一、土石方工程重要性：l 土石方工程是工程施工中的主要項(xiàng)目之一，土方開挖、填筑、運(yùn)輸?shù)裙ぷ魉璧膭趧?dòng)量和機(jī)械動(dòng)力消耗均很大，往往是影響施工進(jìn)度、成本及工程質(zhì)量的因素。二、土石方工程施工特點(diǎn)： l（1）影響因素多且施工條件復(fù)雜 l 土壤是天然物質(zhì)，種類多且成分較為復(fù)雜，性質(zhì)各異又常遭遇地下水的干擾。組織施工直接受到所在地區(qū)的地形、地物、水文、地質(zhì)以及氣候諸多條件的影響極大。施工必須具有針對(duì)性。 l（2）量大面廣且勞動(dòng)繁重l 如給排水管道施工屬線型工程，長度常達(dá)數(shù)公里，甚至數(shù)十公里，而某些大型污水處理工程，在場地平整和大型基坑開挖中，土石方施工工程量可達(dá)數(shù)十萬到百萬立

2、方米。對(duì)于量大面廣的土石方工程，為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快工程進(jìn)度，降低工程成本，應(yīng)盡可能采用機(jī)械化施工來完成。 l l（3）質(zhì)量要求高，與相關(guān)施工過程緊密配合l 土石方施工，不僅要求標(biāo)高和斷面準(zhǔn)確，也要土體有足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性。常需與相關(guān)的施工排水、溝槽支撐和基坑護(hù)壁、堅(jiān)硬巖土的爆破開挖等施工過程密切配合l 施工前要作好調(diào)查研究，搜集足夠的資料，充分了解施工區(qū)域地形地物、水文地質(zhì)和氣象資料；掌握土壤的各類和工程性質(zhì)；明確土石方施工質(zhì)量要求、工程性質(zhì)、施工工期等施工條件，并據(jù)此作為擬定施工方案、計(jì)算土石方工程量、選擇土壁邊坡和支撐、進(jìn)行排水或降水設(shè)計(jì)、選擇土方機(jī)械、運(yùn)輸工具及施工方法

3、等的依據(jù)。l l 在給水排水管道和構(gòu)筑物工程中，常會(huì)遇到一此軟弱土層，當(dāng)天然地基的承功力不能滿足要求時(shí)，就需要針對(duì)當(dāng)?shù)氐鼗鶙l件，采用合理、有效和經(jīng)濟(jì)的施工方案，對(duì)地基進(jìn)行加固或處理。 三、本章內(nèi)容：l 土的工程性質(zhì)及分類；l 施工場地平整；l 溝槽與基坑開挖、支撐設(shè)置；l 土方回填與夯實(shí)；l 地基加固處理；l 土石方爆破施工。第一節(jié) 土的工程性質(zhì)及分類l一、土的組成l 土是由巖石風(fēng)化生成的松散沉積物，其組成復(fù)雜、作用機(jī)理復(fù)雜。l 是由顆粒（固相）、水（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。（一）土的固體顆粒l 1、土的顆粒級(jí)配l 粒組：通常是把大小相近的土粒合并為一組，稱為粒組。l 粒組分類：不

4、同的粒組具有不同的性質(zhì)，工程上以尺度為參照，采用的粒組為六大粒組，即漂石、卵石、圓礫、砂粒、粉粒及粘粒。土粒粒組的劃分 表1-1 l砂粒和粉粒的界限粒徑，規(guī)范gbj7-89采用0.075mm。粒 組 名 稱粒徑范圍（mm）一 般 特 征漂石或塊石顆粒200透水性大，無粘性，無毛細(xì)水卵石或碎石顆粒20020透水性大，無粘性，無毛細(xì)水圓礫或角礫顆粒202透水性大，無粘性，毛細(xì)水上升高度不超過粒徑大小砂 粒20.05易透水，當(dāng)混入云母等雜物時(shí)透水性減小，而壓縮性增加；無粘性遇水不膨脹，干燥時(shí)松散；毛細(xì)水上升高度不大，隨粒徑變小而增大粉 粒0.050.005透水性??；濕時(shí)有粘性，遇水膨脹小，干時(shí)稍有收

5、縮；毛細(xì)水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象粘 粒0.005透水性很??；濕時(shí)有粘性，可塑性，遇水膨脹大，干時(shí)收縮顯著；毛細(xì)水上升高度大，且速度較慢l顆粒級(jí)配：l 土中某粒組的土粒含量為該粒組中土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比，常以百分?jǐn)?shù)表示。而土中各粒組相對(duì)含量百分比稱為顆粒級(jí)配。l確定級(jí)配方法：l 用篩分法和比重計(jì)法測定。前者適用于粒徑大于0.075mm的土，后者適于粒徑小于0.075mm的土。 l顆粒級(jí)配的表示:l 根據(jù)土粒分析試驗(yàn)結(jié)果，在半對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上，以縱座標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比，橫座標(biāo)表示粒徑（用對(duì)數(shù)座標(biāo)），繪出顆粒級(jí)配曲線。l土粒級(jí)配曲線的使用：根據(jù)土粒級(jí)配曲線陡度可判定土的均勻

6、程度。若顆粒級(jí)配曲線陡降，說明該土粒的粒徑大小相差不懸殊，土粒較均勻，級(jí)配不好；若顆粒級(jí)配曲線平緩，說明該土粒的粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級(jí)配良好。l不均勻系數(shù)ku：評(píng)價(jià)土的均勻程度的指標(biāo)用其表達(dá)式為：l l式中 d10小于某粒徑土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 l 10%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑，稱為有效粒徑；l d60小于某粒徑土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 l 60%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑，稱為限定粒徑。l 在工程上ku5時(shí)土是不均勻的，但級(jí)配良好。1060uddk2、土粒的礦物成分 l土的固體顆粒構(gòu)成土的骨架，是由礦物所組成的。l組成固體顆粒的礦物有原生礦物、次生礦物和有機(jī)化合物。碎石土和砂土顆粒組成： l由原生礦物所組成，

7、即由石英、長石和云母等組成，即大顆粒變?yōu)樾☆w粒的簡單機(jī)械破碎。 l粉粒的礦物成分:石英和難溶的鹽類caco3、mgco3等顆粒。l粘粒的礦物成分:粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類。粘土礦物由于晶片結(jié)合情況不同，有蒙脫石、伊里石和高嶺石三類。 l高嶺石的晶格結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，親水性小，故其膨脹性和可塑性較小，對(duì)于其它物質(zhì)的吸附能力也不大。l蒙脫石與高嶺石比較起來，具有截然不同的性質(zhì)。蒙脫石的晶格結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，水容易滲入，親水性就大，它與水結(jié)合的能力遠(yuǎn)高于高嶺石當(dāng)它與水作用時(shí)，具有極大的膨脹性、可塑性。我國湖北、安徽和西南地區(qū)有一種膨脹土，它不僅具有浸水后能嚴(yán)重膨脹，而且具有水分蒸發(fā)后又會(huì)嚴(yán)懲收

8、縮的性質(zhì)，這是因?yàn)檫@種土含有大量蒙脫石所致。l伊里石的性質(zhì)介于高嶺石與蒙脫石之間，但比較接近于蒙脫石。l粘粒組除上述礦物外，還有腐殖質(zhì)等膠態(tài)物質(zhì)它的顆粒很微小，能吸附大量水分子。（二）土中水和氣體l1、土中水l土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)。l當(dāng)土中溫度在0以下時(shí)，土中水凍結(jié)成冰，形成凍土，其強(qiáng)度增大。但凍土融化后，強(qiáng)度急劇降低, 土中氣態(tài)水，對(duì)土的性質(zhì)影響不大.l土中液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水：l（1）結(jié)合水l 結(jié)合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。由于粘粒表面一般帶有負(fù)電荷，使土粒周圍形成電場，在電場范圍內(nèi)的水分子和水溶液中的陽離子一起被吸附在土粒表面。l結(jié)合水分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)

9、合水。l強(qiáng)結(jié)合水：緊靠土粒表面的結(jié)合水。它沒有溶解能力，不能傳遞靜水壓力，只有在105溫度時(shí)才蒸發(fā)。這種水性質(zhì)接近固體,具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度。 l弱結(jié)合水:存在于強(qiáng)結(jié)合水外圍的一層結(jié)合水。它仍不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近較薄水膜緩慢轉(zhuǎn)移。粘性土中含有較多的弱結(jié)合水時(shí)，土具有一定的可塑性。 l（2）自由水l自由水是存在于土粒表面電場范圍以外的水。它的性質(zhì)與普通水一樣，服從重力定律，能傳遞靜水壓力，冰點(diǎn)為0，有溶解能力。l自由水分為:重力水和毛細(xì)水。 l重力水：指受重力作用而移動(dòng)的自由水。它存在于地下水位以下的透水層中。l毛細(xì)水：毛細(xì)水受到它與空氣交界面處表面張力的作

10、用，它存在于潛水位以上的透水土層中。l2、土中氣體l 土中氣體有與大氣相連通的和封閉的。在粗粒土中常見到與大氣相聯(lián)通的空氣，它對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)影響不大。在細(xì)粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，它在外力作用下具有彈性，并使土的透水性減小。二、土的三相比例指標(biāo)l 土中的土粒、水和氣三部分的質(zhì)量（或重力）與體積之間的比例關(guān)系，隨著各種條件的改變而變化，土的疏密、輕重、軟硬、干濕等性質(zhì)，可通過某些表示其三相組成比例關(guān)系的指標(biāo)反映出來。 l用指標(biāo)、圖表示土的三相組成，見下圖。l指標(biāo)含義：lms土粒的質(zhì)量；lmw土中水的質(zhì)量；lma土中氣的質(zhì)量（ma0）；lm土的質(zhì)量：m= ms+ mwlvs土粒的體積；l

11、vw土中水的體積；lva土中氣的體積；lv土的體積：v= vs+vw+val土粒的重力：gs=msgl土中水的重力：gw=mwgl土的重力：g=mgl1、土的密度l l l l通常砂土，=1.62.0t/m3；l粘性土和粉土，1.82.0t/m3。vml2、土的重力密度l 單位體積土所受的重力稱為土的重力密度，簡稱土的重度，并以表示 l l 砂土=1620kn/m3，粘性土和粉土，=1820kn/m3。ggvmvgl3、土粒相對(duì)密度（比重）dsl l l l 11wsssvmdl土粒比重參考值土的類別砂土粉土粘性土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.652.692.702.712.722.732.732.

12、74l4、土的含水量l 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比（用百分?jǐn)?shù)表示）稱為土的含水量，并以表示：l l 含水量的數(shù)值和土中水的重力與土粒重力之比（用百分?jǐn)?shù)表示）相同，即：l l %100swmm%100swgg5、土的干密度d l 單位體積土中土粒的質(zhì)量稱為土的干密度，并以d表示：l l l土的干密度值一般為1.31.8t/m3。l vmsd6、土的干重度d l土的單位體積內(nèi)土粒所受的重力稱為土的干重度，并以d表示：l ggvmvgdssd7、土的飽和重度satl 土中孔隙完全被水充滿時(shí)土的重度稱為飽和重度，并以sat表示：l l vvgvwssat8、土的有效重度 l 地下水位以下的土受到水的浮

13、力作用，扣除水的浮力的單位體積上所受的重力稱為土的有效重 度，并以表示：l l l vvgsws9、土的孔隙比l 土中孔隙體積與土粒體積之比稱為土的孔隙比，并以e表示：l le1.0的土是疏松的，壓縮性高。svvve 10、土的孔隙率nl 土中孔隙體積與總體積之比（用百分?jǐn)?shù)表示）稱為土的孔隙率，并以n表示：l l l %100vvnv11、土的飽和度sr l 土中水的何種與體積之比（用百分?jǐn)?shù)表示）稱為土的飽和度，并以sr表示：l l 根據(jù)飽和度sr的數(shù)值可把細(xì)砂、粉砂等土分為稍濕、很濕和飽和三種濕度狀態(tài)，見表。%100vwrvvs三、無粘性土的密實(shí)度l無粘性土定義：l砂土、碎石土統(tǒng)稱為無粘性土

14、，它的密實(shí)度對(duì)其工程性質(zhì)有重要的影響。判別砂土的密實(shí)度的方法：l1、采用天然孔隙比的大小來判別砂土的密實(shí)度，是一種較簡捷的方法。但不足之處是不能反映砂土的級(jí)配和形狀的影響。l2、用砂土相對(duì)密度dr作為砂土密實(shí)度分類指標(biāo)。相對(duì)密度dr為：l l式中：emax砂土最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比；l emin砂土最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比；l e砂土的天然孔隙比。l 若砂土天然孔隙比接近最小孔隙比emin時(shí)相對(duì)密度dr較大，砂土處于較密實(shí)狀態(tài)；若e接近emax，dr較小，砂土處于疏松狀態(tài)。minmaxmaxeeeedrl3、判定界限：根據(jù)dr值可將砂土密 l 實(shí)度劃分為下列幾種：l 1dr0.67 密實(shí)的l 0.6

15、7dr0.33 中密的l 0.33dr0 松散的l 用相對(duì)密度表示砂土密實(shí)度，要在現(xiàn)場采取原狀砂樣以求得土的天然孔隙比，而取原狀砂樣常較困難。故規(guī)范推薦用現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)n確定砂土密實(shí)度，標(biāo)準(zhǔn)如表。l砂土的密實(shí)度密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)nn1010n1515n3030nl碎石土可以根據(jù)野外鑒別方法分為密實(shí)、中密、稍密三種 四、粘性土的物理特征 l（一）界限含水量l粘性土隨著含水量的增加而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑及流動(dòng)狀態(tài)，如圖所示。 l界限含水量：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為界限含水量。l液限：土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量稱為液限，用符號(hào)wl表示。l塑限：由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限，用符號(hào)wp表示。l縮限：由固態(tài)轉(zhuǎn)到半固態(tài)的界限含水量稱為縮限，用符號(hào)ws 表示。l指標(biāo)都用百分?jǐn)?shù)表示。l土的界限含水量和土粒組成、礦物成分、土粒表面吸附陽離子性質(zhì)等有關(guān)，是這些因素的綜合反映，對(duì)粘性土的分類和工程性質(zhì)評(píng)價(jià)有重要意義。土的界限含水量和土粒組成、礦物成分、土粒表面吸附陽離子性質(zhì)等有關(guān)，是這些因素的綜合反映，對(duì)粘性土的分類和工程性質(zhì)評(píng)價(jià)有重要意義。 （二）塑性指數(shù)和液性指數(shù) l1、塑性指數(shù)：液限和塑限是土處于可塑狀態(tài)的上限和下限含水量。省去%符號(hào)后