土石方工程與地基處理2土的工程性質(zhì)及分類

1、五、土的工程分類五、土的工程分類 l 在建筑工程中，常把土作為建筑物地基，因此需要對(duì)土進(jìn)行分類。l 我國(guó)建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范（JGJ79-91）規(guī)定：粗粒土按顆粒級(jí)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的顆粒超過總重50%的土。 碎石土根據(jù)顆粒級(jí)配及形狀分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫，其分類標(biāo)準(zhǔn)如表所示。碎石土的分類表土的名稱顆粒形狀粒 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的顆粒超過全重的50%卵 石碎 石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重的50%圓 礫角 礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重的50%

2、2、砂土、砂土 砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%的土。 砂土按顆粒級(jí)配分為礫砂、粗砂、中砂和粉砂。其分類標(biāo)準(zhǔn)見表1-7。砂土分類 表1-7土 的 名 稱顆 粒 級(jí) 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%l3、粉土l 粉土是指塑性指數(shù)Ip小于或等于10，而粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%的土。l 粉土含有較多粒徑為0.050.0005mm

3、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 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粒（175、人工填土由于人類活動(dòng)而形成的堆積物，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 土含有建筑垃圾，工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土沖 填 土由水力沖填泥砂形成的填土六、土的壓實(shí)性六、土的壓實(shí)性 l 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)可以認(rèn)為是由于排除空氣使土的孔隙減少。（每增加1個(gè)大氣壓，水的密度增加二萬(wàn)分之一）。l最優(yōu)含水量：l 在一定的壓實(shí)能量下使土最容易密

4、實(shí)，并能達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)的含水量，稱為最優(yōu)含水量，用wop表示。相對(duì)應(yīng)的干密度稱最大干密度，以max表示。l 繪制干密度d和含水量w的關(guān)系曲線，稱為擊實(shí)曲線。l 對(duì)同一種土，若改變擊實(shí)能量，則曲線的基本形態(tài)不變，如圖1-6所示，但位置卻發(fā)生移動(dòng)，隨著擊實(shí)能量的增大，曲線向斜上方移動(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。 l當(dāng)無擊實(shí)試驗(yàn)資料時(shí)，最大干密度可按下式計(jì)算： sopswddwd01. 01maxl式中dmax壓實(shí)填土最大干密度；l 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，粘土取0.95，粉質(zhì)粘土取0.96，粉土取0.97；l w水的密度；l ds土粒相對(duì)密度；l wop最優(yōu)含水量（%），可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)

5、或取wp+2，粉土取1418。l 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。 l壓實(shí)系數(shù)c：施工時(shí)所控制的土的干密度d與最大干密度dmax之比稱為壓實(shí)系數(shù)c。壓實(shí)系數(shù)：0.940.96以上。七、土的力學(xué)性質(zhì)七、土的力學(xué)性質(zhì) l（一）土的壓縮性l 地基土在壓力作用下體積減少的性質(zhì)，稱為土的壓縮性。l 土的壓縮性，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。研究表明：在壓力變化不大的情況（一般在1kPa之間），顆粒和水的壓縮量與土的總壓縮量之比是很微小的，可以忽略不計(jì)。所以可以說，土體的壓縮是由于其中孔隙體積的減小。 l、壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線l 室內(nèi)壓縮

6、試驗(yàn)，用側(cè)限壓縮儀來進(jìn)行。l通過壓縮試驗(yàn)，可以得到表示土的孔隙比e與壓力p關(guān)系的壓縮曲線。e-p曲線在壓力p1、p2變化不大的情況下，其對(duì)應(yīng)的曲線段，可近似看作直線，這段直線的斜率tanx，稱為土的壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)a。 單位是-1，式中的負(fù)號(hào)表示孔隙比隨壓力的增大而減小。12212121tanppeeppeepexal壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)：是評(píng)價(jià)地基土壓縮性高低的重要指標(biāo)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)踐中，通常以p1=100kPa和p2=200kPa求出的壓縮系數(shù)a1-2來評(píng)價(jià)土的壓縮性高低。當(dāng)l a1-20.1Mpa-1時(shí)，屬低壓縮性土； 0.1MPa-

7、1a1-20.5Mpa-1時(shí)，屬中壓縮性土；l a1-20.5Mpa-1時(shí)，屬高壓縮性土。2、壓縮模量Es通過壓縮曲線，還可求得土的另一壓縮性指標(biāo)壓縮模量Es。它的定義是：土在完全側(cè)限條件下，豎向附加應(yīng)力z與相應(yīng)豎向應(yīng)變z的比值。即：因 zzEs12ppz1211 eeezaeEs11除應(yīng)用壓縮系靈敏a判斷土的壓縮性外，實(shí)用上亦應(yīng)用壓縮模量Es判斷土的壓縮性，Es值越小，壓縮性越高。為便于應(yīng)用，工程上用壓力100kPa至200kPa間的壓縮模量區(qū)分土的壓縮性： 高壓縮性土 中壓縮性土 低壓縮性土MPaEsl42MPaEMPasl1542MPaEMPasl40152l（二）土的（二）土的抗剪強(qiáng)度

8、抗剪強(qiáng)度l土的抗剪強(qiáng)度是指土抵抗剪切破壞的能力。l1、直接剪切試驗(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和水平力T的作用，此時(shí)在土樣內(nèi)產(chǎn)生法向應(yīng)力： 而在剪切面上產(chǎn)生剪應(yīng)力： ANAT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，這是因?yàn)樵诩羟忻嫔袭a(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增加到T時(shí)，土樣破壞。土樣開始破壞時(shí)，剪切面上的剪應(yīng)力稱為土的抗剪強(qiáng)度f(wàn)。 T隨N的增大而增大。 ATfl以不同的N和T進(jìn)行34次試驗(yàn)，得出不同的、f值，在直角坐標(biāo)紙上將各個(gè)、f點(diǎn)連接成一直線，該線 稱土的抗剪強(qiáng)度曲線。見圖1-10、1

9、-11。 2、庫(kù)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(kù)倫定律。其中為直線與水平軸的夾角，c為直線在縱軸上的截距。在一定試驗(yàn)條件下得出的、c值，一般能反映土的抗剪強(qiáng)度的大小，故與c稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 tanfcftanl從庫(kù)倫定律可以看出兩點(diǎn)，l（1）土的抗剪強(qiáng)度與金屬等材料一般所指的抗剪強(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。l（2）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。l內(nèi)摩擦力tan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

10、。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形成的，土顆粒越細(xì)，塑性愈大，其粘聚力也愈大。l從理論上確定地基承載力，評(píng)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，都需要研究土的抗剪強(qiáng)度。lp17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(chǎng)地平整施工第二節(jié)場(chǎng)地平整施工 l一、組織場(chǎng)地平整施工包括一、組織場(chǎng)地平整施工包括：l1、計(jì)算場(chǎng)區(qū)挖填土方工程量；l2、確定挖填土方的調(diào)配；l3、選擇施工機(jī)械及擬定施工方案等。 l二、場(chǎng)地平整的考慮因素：二、場(chǎng)地平整的考慮因素：l1 1、建設(shè)工程的規(guī)模和性質(zhì)；l2、場(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)的標(biāo)高；l3、現(xiàn)場(chǎng)地形地貌；l4、施工

11、期限和技術(shù)力量等條件。l 給排水工程的場(chǎng)地標(biāo)高是場(chǎng)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)劃和生產(chǎn)工藝的要求下，也要盡量考慮填挖平衡，使總的土方量最小。 l三、場(chǎng)地平整的施工順序三、場(chǎng)地平整的施工順序：l 按照工程建設(shè)的分期分批布署，結(jié)合基坑、溝槽開挖的要求加以選擇。一般可有三種情況：l（1）先進(jìn)行整個(gè)場(chǎng)地平整，而后開挖構(gòu)筑物及地下管線基坑和管溝等。l 這種方案，可為土方機(jī)械施工提供較大的工作面，能充分發(fā)揮其工作效率，但工期較長(zhǎng)。一般多適用于場(chǎng)區(qū)高低不平，填挖土方最較大的施工現(xiàn)場(chǎng)。l（2）先開挖建筑物、構(gòu)筑物等的基坑（槽），后進(jìn)行場(chǎng)地平整。l 這種方案多適用于地形平坦

12、的施工現(xiàn)場(chǎng)，可以加快土建工程的施工進(jìn)度及減少重復(fù)填挖土方數(shù)量。l（3）劃分施工區(qū)（段），平整與開挖結(jié)合。l 這種方案是根據(jù)工程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)具體條件將場(chǎng)地劃分若干施工區(qū)，分別進(jìn)行平整和開挖基坑（槽）。對(duì)于管道（溝），則劃分若干施工段，組織倒段施工挖填綜合平衡。 l四、場(chǎng)地平整施工前的準(zhǔn)備工作四、場(chǎng)地平整施工前的準(zhǔn)備工作：l（1）清理場(chǎng)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)行拆除、疏通或改建，對(duì)耕植土及淤泥等進(jìn)行清理。l（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(chǎng)地保持干燥，以利土方施工。l（3）修筑臨時(shí)道路以供機(jī)械進(jìn)場(chǎng)和土方運(yùn)輸?shù)?。（?/p>

13、通） l五、場(chǎng)地土方量計(jì)算五、場(chǎng)地土方量計(jì)算l 場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算，是為了制訂施工方案，對(duì)填挖方進(jìn)行合理調(diào)配，同時(shí)也是檢查及驗(yàn)收實(shí)際土方數(shù)量的依據(jù)。土方量的計(jì)算方法，通常有方格網(wǎng)法和斷面法。l（一）方格網(wǎng)法（一）方格網(wǎng)法l 方格網(wǎng)法是根據(jù)地形圖（一般用1/500）將整個(gè)場(chǎng)地劃分成若干方格網(wǎng)，方格常采用20m20m或40m40m，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(chǎng)地邊坡土方量，即可得出整個(gè)場(chǎng)地挖、填土方總量。 這種方法適用于場(chǎng)地平緩或臺(tái)階寬度較大的場(chǎng)地采用。計(jì)算時(shí)可使用專門的土方工程量計(jì)算表。在大規(guī)模場(chǎng)地土方量計(jì)算時(shí)，則需應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。l劃分的方格網(wǎng)中，一般可有三種類型，應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。l1、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(zhǎng)（m）； h1、h2、h3、h4方格角點(diǎn)填挖高度（m）432124hhhhaVl2、方格的相鄰兩角點(diǎn)為挖方，另兩角點(diǎn)為填方l其挖方部分的土方量為： 322241212214hhhhhhaV 填方部分的土方量為： 412432232434hhhhhhaV3、方格的三個(gè)角點(diǎn)為挖（