建筑施工手28 土石方及爆破工程.docx
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建筑施工手28土石方及爆破工程
8土石方及爆破工程
8.1土石的性质及分类
8.1.1土石的基本性质
8.1.1.1土的基本物理性质指标
土的物理性质就是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液两相相互作用表
现出来的性质。
它在一定程度上反映了土的力学性质,所以物理性质是土的最基本的工程特性。
土的三相结构见图8-1。
土的基本物理性质指标见表8-1。
8.1.1.2岩石的基本物理性质指标
1.密度
P为岩石的颗粒质量与所占体积之比。
一般常见岩石的密度在1400~3000kg/m:
!
之间。
2-孔隙率
孔隙率为岩土中孔隙体积(气相、液相图S-1土的三相图
所占体积)与岩土的总体积之比,也称孔隙度。
常见岩石的孔隙率一般在0.1%〜30%之间。
随着孔隙率的增加,岩石中冲击波和应力波的传播速度降低。
土的基本物理性质指标表8-1
体积
名称
定义
符号
单位
表达式
测定方法
备注
密度
土在天然状态下单位体积的质量
P
kg/ητΊ
或g/cm3
mwsH-mw+ma
ρ~ν~ν,+ν„+ν.
采用环刀法直接测定
随着土的颗粒组成、孔隙的多少和水分含量而变化
比重
土的质量(或重量)与同体积4°C吋纯水的质量之比(无因次)
r:
m-s~vsxC^),rc
__^
比重瓶法
含水率
土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示
ω
%
烘干法
对挖土的难易、土方边坡的稳定性、填土的压实等均有影响
续表
名称
定义
符号
单位
表达式
测定方法
备注
孔隙比
土中孔隙的体积与土粒的体积之比
e
Vv
计箅求得
孔隙率
土中的孔隙的体积与总体积之比
η
72=^X100%
计算求得
饱和度
土中孔隙水体积与孔隙体积之比
Sr
%
5Γ=^Χ100%
计算求得
干密度
单位体积内土粒
Pd
kg/m3
m.s
试验方法测
常用它来控制填土工
的质量
或g/cm3
定后计算
程的施工质量
饱和
密度
孔隙完全被水充满,处于饱和状态时单位体积质量
kg/m3或g/cm3
ms+VvX|Ow
I°sm—y
计算求得
3.岩石波阻抗
岩石波阻抗为岩石中纵波波速(C)与岩石密度的乘积。
这一性质与炸药爆炸后传给岩石的总能量及能量传递给岩石的效率有直接关系。
爆破要求炸药波阻抗与岩石波阻抗相匹配。
4.岩石的风化程度
指岩石在地质内力和外力的作用下发生破坏疏松的程度。
岩石的风化程度分为:
未分化、微风化、弱风化、强风化和全风化。
8.1.1.3土的力学性质指标
.1.压缩系数
土的压缩性通常用压缩系数(或压缩模量)来表示,其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算:
α=1000χΙλ~β2(8-1)
Ρλ—Ρϊ
式中1000——单位换算系数;
a——土的压缩系数(MPa-1);
夕1、Ρί固结压力(kPa);
A、e2相对应的Λ、ρ2时的孔隙比。
评价地基压缩性时,按九为lOOkPa,九为200kPa。
相应的压缩系数值以划分为低、中、高压缩性,并应按以下规定进行评价:
(1)当^^〈Ο.ΙΜΡίΓ1时,为低压缩性土;
(2)当0.1<〜〜zSO.SMPa-1时,为中压缩性土;
(3)当屮〜2>0.5MP3-1时,为高压缩性土。
2.压缩模量
工程上常用室内试验,求压缩模量£s作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算:
Es=(l+e0)/a(8-2)
式中Es——土的压缩模量(MPa);
e0—土的天然(自重压力下)孔隙比;
a——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数(MPa-1)。
用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性,可按表8-2规定。
地基土按Es值划分压缩性等级的规定表8-2
室内压缩模量Es(MPa)
压缩等级
室内压缩模量Ks(MPa)
压缩等级
<2
特高S缩性
7.6〜11
中压缩性
2〜4
易压缩性
11〜15
中低压缩性
4.1〜7.5
中高压缩性
>15
低压缩性
3.抗剪强度
土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度,用室内直剪、二轴剪切、十字板剪切、标准贯人、动力触探、静力触探等试验方法测定,是评价地基承载力,边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
(1)抗剪强度计算
土的抗剪强度一般按下式计算:
τ{=σ·tg
式中rf——土的抗剪强度(kPa);
σ^作用于剪切面上的法向应力(kPa);
Ψ土的内摩擦角(°),剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角;c——土的黏聚力(kPa),剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度,砂类土c=0。
(2)土的内摩擦角p和黏聚力c的求法
同一土样,切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后,绘制抗剪强度r与法向应力σ的相关直线,直线交r值的截距即为土的黏聚力c,砂土的c=0,直线的倾斜角即为土的内摩擦角A见图8-2。
W(b)
图8-2抗剪强度与法向应力的关系曲线(a)黏性土;(W砂土
8.1.1.4岩石的力学性质指标
岩石的力学性质可视为其在一定力场作用下性态的反映。
岩石在外力作用下将发生变形,这种变形因外力的大小、岩石物理力学性质的不同会呈现弹性、塑性、脆性性质。
当外力继续增大至某一值时,岩石便开始破坏,岩石开始破坏时的强度称为岩石的极限强度。
因受力方式的不同而有抗拉、抗剪、抗压等强度极限。
与我们工程爆破施工相关的力学性质,如表8-3。
岩石的主要力学性质表8-3
名称
定义
变
弹性
岩石受力后发生变形,当外力解除后恢复原状的性能
形
特
塑性
当岩石所受外力解除后,岩石没能恢复原状而留有一定残余变形的性能
征
脆性
在外力作用下,不经显著的残余变形就发生破坏的性能
单轴抗压强度
岩石试件在单轴压力下发生破坏时的极限强度
强
度
特
单轴抗拉强度
岩石试件在单轴拉力下发生破坏时的极限强度
岩石抵抗剪切破坏的最大能力
扯
抗剪强度r
用发生剪断时剪切面上的极限应力表示,它与对试件施加的压应力1岩石的内聚力r和内摩擦角P有关.即r=cnanp+r
弹性模显E
岩石在弹性变形范围内.应力与应变之比
泊松比/』
岩石试件单向受E时.横向应变与竖向应变之比
8.1.1.5黏性土、砂土的性质指标
黏性土、砂土的性质指标见表8-4、表8-5。
黏性土的可塑性指标表8-4
指标名称
符号
单位
物理意义
表达式
附注
塑限
ωρ
%
土凼固态变到塑性状态时分界含水量
由试验直接测定(通常用“搓条法”进行测定)
液限
ω\.
%
土由塑性状态变到流动状态时的分界含水世
由试验直接测定(通常由锥式液限仪来测定)
塑性指数
h
液限和塑限之差
由计算求得。
是进行黏土分类的重要指标
液性指数
Ιι.
土的天然含水量与塑限之差对塑性指数之比
1\,^(ω,—ωρ)/J,,
由计算求得。
是判别黏性土软硬程度的指标
含水比
a
土的天然含水蛩与液限的比值
<χ=ω!
由计算求得
砂土的密实度指标表8-5
指标名称
符号
单位
物理意义
试验方法
取土要求
最大干密度
t/m1
土在最紧密状态下的干质撤
击实法
扰动土
最小干密度
i^dniin
t/
土在最松散状态下的干质量
注入法、蛩筒法
扰动土
8.1.2土石的基本分类
8.1.2.1黏性土
黏性土按塑性指数分类见表8-6;按液性指数分类见表8-7。
黏性土按塑性指数Jp分类
表8-6
黏性土的分类名称
黏土
粉质黏土
塑性指数
ίΡ>17
10<Κ17
注:
1.塑性指数由相应76g圆锥体沉人土样中深度为10_时测定的液限计算而得;
.2.7,,<10的土,称粉土(少黏性土);粉土又分黏质粉土(粉粒>0.05mm不到50%,/,,<10)、砂质粉土(粉粒>0.5mm占50%以上,7,,<10)0
黏性土的状态按液性指数匙分类表8-7
塑性状态
坚硬
硬塑
可塑
软塑
流塑
液态指数II
Il<0
0
0.25
0.75,.<1
/|>1
8.1.2.2砂土
砂土的密实度分为松散、稍密、中密、密实见表8-8;砂土的分类,见表8-9。
砂土的密实度表8-8
松散
稍密
中密
密实
jV<10
10 10 N>30 砂土的分类表表8-9 土的名称 颗粒级配 砾砂 粒径大于2mm的颗粒占全重的25%〜50% 粗砂 粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的50% 中砂 粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50% 细砂 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的85% 粉砂 粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重的50% 8.1.2.3碎石土 碎石类土分类见表8-10;碎石土的密实度分为松散、稍密、中密、密实,见表8-11。 碎石土分类表8-10 土的名称 颗粒形状 颗粒级配 漂石 圆形及亚圆形为主 块石 棱形为主 粒径大于200mm的颗粒超过全重的50% 卵石 圆形及亚圆形为主 粒径大于20mm的颗粒超过全重的50% 碎石 棱形为主 圆砸 圆形及亚圆形为主 粒径大于2mm的颗粒超过全重的50% 角砾 棱形为主 碎石土的密实度表8-11 重型圆锥动力触探锤击数Να5 密实度 重型圆锥动力触探锤击数ν63·5 密实度 Nfi3.5^5 松散 10<Ν63.5<20 中密 5 稍密 Ν63.5>20 密实 8.1.2.4岩石 岩石按坚硬程度分类见表8-12;按岩体完整程度划分见表8-13。 岩石坚硬程度的定性划分表8-12 类另IJ 饱和单轴抗压强度标准值/rk(MPa) 定性鉴定 代表性岩石 硬 质 山 石 坚硬岩 /rk>60 锤击声清脆,有回弹,震手,难击碎; 基本无吸水反映 未风化〜微风化的花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、石英岩、娃质碌岩、石英砂岩、桂质石灰 山A/r 石寺 软硬岩 60^/rk>30 锤击声较清脆,有轻微回弹,稍震手,较难击碎; 有轻微吸水反映 1.微风化的坚硬岩; 2.未风化〜微风化的大理岩、板岩、石灰岩、韩质砂岩等 软 质 山 石 较软岩 30彡/rk>15 锤击声不清脆,无回弹,较易击碎; 指甲可刻出印痕 1.中风化的坚硬岩和较硬岩; 2-未风化〜微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩等 软岩 15^/rk>5 锤击声哑,无回弹,易击碎;浸水后,可捏成团 1.强风化的坚硬岩和较硬岩; 2.中风化的较软岩; 3.未风化〜微风化的泥质砂岩、泥岩等 极软岩 /rk<5 锤击声哑,无回弹,有较深凹痕,手可捏碎; 浸水后,可捏成团 1.风化软岩; 2.全风化的各类岩石; 3.各种半成岩 岩体完整程度的划分表8-13 类别 完整指数 结构面组数 控制性结构面平均间距(m) 代表性结构类型 完整 >0.75 1〜2 >1.0 整体结构 较完整 0.75〜0.55 2〜3 0.4〜1.0 块状结构 较破碎 0.55〜0.35 >3 0.2〜0.4 镶嵌状结构 破碎 0.35〜0.15 >3 <0.2 碎裂状结构 极破碎 <0.15 无序 散体状结构 注: 完整性指数为岩体纵波波速与同一岩体的岩石纵波波速之比的二次方。 选定岩体、岩石测定波速时应有代 表性。 8.1.3土石的工程分类与性质 8.1.3.1土石的工程分类 土石的工程分类见表8-14。 土石的工程分类表8-14 土的分类 土的级别 土的名称 坚实系数/ 密度 (t/m3) 开挖方法及工具 —类土(松软土) I 砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭) 0.5〜0.6 0.6〜1.5 用锹、锄头开挖,少许用脚蹬 二类土(普通土) Π 粉质黏土;潮湿的黄土;夹有碎石、卵石的砂;粉土混卵(碎)石;种植土、填土 0.6〜0.8 1.1〜1.6 用锹、锄头开挖,少许用镐翻松 三类土(坚土) m 软及中等密实黏土;重粉质黏土、烁石土;干黄土、粉质黏土;压实的填土 0.8〜1.〇 1.75〜1.9 主要用镐,少许用锹、锄头挖掘,部分撬棍 四类土(砂砾坚土) IV 坚硬密实的黏性土或黄土;含碎石卵石的中等密实的黏性土或黄土;粗卵石;天然级配砂石;软泥灰岩 1.0〜1.5 1.9 整个先用镐、撬棍,后用锹挖掘,部分使用风镐 五类土(软石) V〜VI 硬质黏土;中密的页岩、泥灰岩、白垩土;胶结不紧的砾岩;软石灰岩及贝壳石灰岩 1.5〜4.〇 1.卜2.7 用镐或撬棍,大锤挖掘,部分使用爆破方法 六类土(次坚石) VE〜IX 泥岩、砂岩、砾岩;坚硬的页岩、泥灰岩、密实的石灰岩;风化花岗岩、片麻岩及正常岩 4.0〜10.0 2.2〜2·9 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土(坚石) 大理石;辉绿岩;玢岩;粗、中粒花岗岩;坚实的白云岩、砂岩、烁岩、片麻岩、石灰岩;微风化安山岩;玄武岩 10.0〜18.0 2.5〜3.1 用爆破方法开挖 八类土(特坚石) XIV〜XVI 安山岩;玄武岩;花岗片麻岩;坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、扮岩、角闪岩 18.0〜25.0以上 2.7〜3·3 用爆破方法开挖 注: 1.土的级别为相当于一般16级土石级别; 2.坚实系数/为相当于普氏强度系数。 8.1.3.2土石的工程性质 1.土石的可松性 土石的可松性是经挖掘以后,组织破坏,体积增加的性质,以后虽经回填压实,仍不能恢复成原来的体积。 岩土的可松性程度一般以可松性系数表示(见表8-15),它是挖填土方时,计算土方机械生产率、回填土方量、运输机具数量、进行场地平整规划竖向设计、土方平衡调配的重要参数。 各种岩土的可松性参考值表8-15 土的类别 体积增加百分比(%) 可松性系数 最初 最终 一类(种植土除外) 8〜7 1〜2.5 1.08〜1.17 1.01〜1.03 一类(植物性土、泥炭) 20〜30 3〜4 1.20〜1.30 1.03〜1.04 二类 14〜28 1.5〜5 1.14〜1.28 1.02〜1.05 三类 24〜30 4〜7 1.24〜1.30 1.04〜1.07 四类(泥灰岩、蛋白石除外) 26〜32 69 1.26〜1.32 1.06〜1.09 四类(泥灰岩、蛋白石) 33〜37 11〜15 1.33〜1.37 1.11〜1.15 五〜七类 30〜45 10〜20 1.30〜1.45 1.10〜1.20 八类 45〜50 20〜30 1.45〜1.50 1.2〇〜1.30 注: 最初体积增加百分比=^^X100%;最后体积增加百分比=100%; Kp—最初可松性系数,; 最终可松性系数,iTp=V3/V1; W—开挖前土的自然体积; —开挖后土的松散体积; V3—运至填方处压实后之体积。 2.土的压缩性 取土回填,经运输、填压以后,均会压缩,一般土的压缩性以土的压缩率表示,见表8-16。 土的压缩率Ρ的参考值表8-16 土的类别 土的名称 土的压缩率 (%) 每m3松散土压实后的体积 (m3) 土的类别 土的名称 土的压缩率 (%) 每m3松散土压实后的体积Cm3) 种植土 20 0.80 天然湿度黄_ 12〜17 0.85 一〜二类土 一般土 10 0.90 三类土 —般土 5 0.95 砂土 5 0.95 干燥坚实黄土 5〜7 0.94 一般可按填方截面增加10%〜20%方数考虑。 3.土石的休止角 '土石的休止角,是指在某一状态下的岩土体可以稳定的坡度,一般岩土的坡度如表8-17所示。 土石的休止角表8-17 土的名称 干土 湿润土 潮湿土 角度(°) 髙度与底宽比 角度(°) 髙度与底宽比 角度(°) 髙度与底宽比 砾石 40 1: 1.25 40 1: 1.25 35 1: 1.50 卵石 35 1: 1.50 45 1: 1.00 25 1: 2.75 粗砂 30 1: 1.75 35 1·■1.50 27 1_·2.00 中砂 28 1: 2·00 35 1: 1.50 25 1: 2.25 细砂 25 1: 2.25 30 1: 1.75 20 1: 2.75 重黏土 45 1: 1.00 35 1: 1.50 15 1: 3.75 粉质黏土、轻黏土 50 1: 1.75 40 1: 1.25 80 1-1.75 粉土 40 1: 1.25 30 1: 1.75 20 1: 2.75 腐殖土 40 1: 1.25 35 1: 1.50 25 1: 2·25 填方的土 35 1: 1.50 45 1: 1.00 27 1: 2·00 8.1.4岩土的现场鉴别方法 8.1.4.1碎石土的现场鉴别 碎石土的现场鉴别,见表8-18。 碎石土密实度现场鉴别方法表8-18 密实度 骨架颗粒含i和排列 可挖性 可钻性 密实 骨架颗粒含跫大于总重量的70%,呈交错排列.连续接触 锹镐挖掘困难,用撬棍方能松动,坑壁一般稳定 钻进极困难,冲击钻探时,钻杆、吊锤跳动剧烈,孔壁较稳定 中密 骨架颗粒含量等于总重堡的60%〜70%,呈交错排列,大部分接触 锹镐可挖掘,坑壁有掉块现象.从坑壁取出大颗粒处,能保持颗粒凹面形状 钻进较困难.冲击钻探时,钻杆、吊锤跳动不剧烈,孔壁有坍塌现象 稍密 骨架颗粒含量等于总重量的50%〜60%’排列混乱,大部分不接触 锹可以挖掘,坑壁易坍塌,从坑壁取出大颗粒后砂土立即坍落 钻进较容易,冲击钻探时,钻杆稍有跳动,孔壁易坍塌 松散 骨架颗粒含量小于总重量的55%,排列十分混乱,绝大部分不接触 锹易挖掘,坑壁极易坍塌 钻进很容易,冲击钻探时,钻杆无跳动,孔壁极易坍塌 注: 1.骨架颗粒系指与表8-10相对应粒径的颗粒; 2.碎石土的密度应按表列各项要求综合确定。 8.1.4.2黏性土的现场鉴别 黏性土的现场鉴别见表8-19。 黏性土的现场鉴别方法表8-19 土的名称 湿润时用刀切 湿土用手捻摸时的感觉 土的状态 湿土搓条情况 干土 湿土 黏土 切面光滑,有黏刀阻力 有滑腻感,感觉不到有砂粒》水分较大,很黏手 土块坚硬,用锤才能打碎 易粘着物体,干燥后不易剥去 塑性大,能搓成直径小于0.5mm的长条,手持一端不易断裂 续表 土的名称 湿润时用刀切 湿土用手捻摸时的感觉 土的状态 湿土搓条情况 干土 湿土 粉质黏土 稍有光滑面,切面平整 稍有滑腻感,有黏滞感,感觉到有少量砂黏 土块用力可压碎 能粘着物体,干燥后较易剥去 有塑性,能搓成直径为0.5〜2mm的土条 粉土 无光滑面,切面稍粗糙 有轻微黏滞感或无黏滞感,感觉有砂粒较多、粗糙 土块用手捏或抛扔时易碎 不易粘着物体干燥后一碰就掉 塑性小,能搓成直径为2〜3mm的短条 砂土 无光滑面,切面粗糙 无黏滞感,感觉到全是砂粒、粗糙 松散 不能粘着物体 无塑性,不能搓成土条 8.1.5特殊土 8.1.5.1湿陷性黄土 天然黄土在上覆土的自重应力作用下,或在上覆土自重应力和附加应力共同作用下,受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土,称湿陷性黄土。 1.湿陷性黄土的特征 (1)在天然状态下,具有肉眼能看见的大孔隙,孔隙比一般大于1,并常有由于生物作用形成的管状孔隙,天然剖面呈竖直节理。 (2)颜色在干燥时呈淡黄色,稍湿时呈黄色,湿润时呈褐黄色。 (3)土中含有石英、高岭土成分,含盐量大于0_3%,有时含有石灰质结核(通常称为“礓石”)。 (4)透水性较强,土样浸入水中后,很快崩解,同时有气泡冒出水面。 (5)土在干燥状态下,有较高的强度和较小的压缩性,土质垂直方向分布的小管道几乎能保持竖立的边坡,但在遇水后,土的结构迅速破坏,发生显著的附加下沉,产生严重湿陷。 湿陷性黄土按湿陷性质的不同又分非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土两种。 2.黄土湿陷性的判定 黄土的湿陷性,应按室内压缩试验,在一定压力下测定的湿陷系数式来判定。 根据黄土的湿陷系数的大小,可按表8-20确定湿陷性黄土地基的类别。 黄土的湿陷性判别 表8-20 类另IJ 非湿陷性黄土 湿陷性黄土 湿陷系数 δ,<0.015 015 3.湿陷性黄土场地的自重湿陷性判定 根据计算的自重湿陷量值,按表8-21结合场地地质条件确定黄土场地的湿陷性类别。 ' 黄土的自重湿陷性场地判别 表8-21 类另 非自重湿陷性场地 自重湿陷性场地 计算自重湿陷量 Azii^7cm 4zs>7cm 4.湿陷性等级的划分 湿陷性黄土地基的湿陷等级,可根据基底下各土层累计的总湿陷量八,(cm)和计算自重湿陷量(cm)的大小等因素,按表8-22判定。 湿陷性黄土地基的湿陷等级表8-22 湿陷类型 计算 总湿陷 非自重湿陷性场地 自重湿陷性场地 m 7CK35 ^>35 厶<30 I(轻微) Π(中等) 30<Δ,<60 π(中等) ii或m Πί(严重) As>60 — m(严重) W(很严重) 注: 1·当总湿陷量30cm
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