土方与基坑工程.docx

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土方与基坑工程

6土方与基坑工程

6-1土方工程

6-1-1土的大体性质

土的大体性质与工程施工有关，在施工之前应详细了解，幸免造成工程事故。

6-1-1-1土的大体物理性质指标

土的大体物理性质指标见表6-1。

土的大体物理性质指标表6-1

指标名称

符号

单位

物理意义

表达式

附注

密度

ρ

t/m3

单位体积土的质量，又称质量密度

由试验方法（一般用环刀法）直接测定

重度

γ

kN/m3

单位体积土所受的重力，又称重力密度

由试验方法测定后计算求得

相对密度

ds

土粒单位体积的质量与4℃时蒸馏水的密度之比

由试验方法（用比重瓶法）测定

干密度

ρd

t/m3

土的单位体积内颗粒的重量

由试验方法测定后计算求得

干重度

γd

kN/m3

土的单位体积内颗粒的重力

由试验方法直接测定

含水量

w

%

土中水的质量与颗粒质量之比

由试验方法（烘干法）测定

饱和密度

ρsat

t/m3

土中孔隙完全被水充满时土的密度

由计算求得

饱和重度

γsat

kN/m3

土中孔隙完全被水充满时土的重度

由计算求得

有效重度

γ'

kN/m3

在地下水位以下，土体受到水的浮力作用时土的重度，又称浮重度

由计算求得

孔隙比

e

土中孔隙体积与土粒体积之比

由计算求得

孔隙率

n

%

土中孔隙体积与土的体积之比

由计算求得

饱和度

Sr

%

土中水的体积与孔隙体积之比

由计算求得

注：

表中：

W——土的总重力（量）；Ws——土的固体颗粒的重力（量）；ρw——蒸馏水的密度，一样取ρw=1t/m3；γw——水的重度，近似取γw=10kN/m3；g——重力加速度，取g=10m/s2，其余符号意义见表6-1。

6-1-1-2粘性土、砂土的性质指标

粘性土、砂土的性质指标见表6-二、表6-3。

粘性土的可塑性指标表6-2

指标名称

符号

单位

物理意义

表达式

附注

塑限

wP

%

土由固态变到塑性状态时的分界含水量

由试验直接测定（通常用“搓条法”进行测定）

液限

wL

%

土由塑性状态变到流动状态时的分界含水量

由试验直接测定（通常由锥式液限仪来测定）

塑性指数

IP

液限与塑限之差

IP＝wL-wP

由计算求得。

是进行粘土分类的重要指标

液性指标

IL

土的天然含水量与塑限之差对塑性指数之比

由计算求得。

是判别粘性土软硬程度的指标

含水比

a

土的天然含水量与液限的比值

a＝w/wL

由计算求得

注：

塑限现场简易测定方式：

在土中慢慢加水，至能用手在毛玻璃上搓成土条，当土条搓到直径3mm时，恰好断裂，现在土条的含水量，即为塑限。

砂土的密实度指标表6-3

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

ρdmax

t/m3

土在最紧密状态下的干质量

击实法

扰动土

最小干密度

ρdmin

t/m3

土在最松散状态下的干质量

注入法、量筒法

扰动土

6-1-1-3土的力学性质指标

1．紧缩系数

土的紧缩性通经常使用紧缩系数（或紧缩模量）来表示，其值由原状土的紧缩实验确信。

紧缩系数按下式计算：

（6-1）

式中1000——单位换算系数；

a——土的紧缩系数（MPa-1）；

p1、p2——固结压力（kPa）：

e1、e2——相对应于p1、p2时的孔隙比。

评判地基紧缩性时，按p1为100kPa，p2为200kPa，相应的紧缩系数值以a1-2划分为低、中、高紧缩性，并应按以下规定进行评判：

（1）当a1-2＜时，为低紧缩性土；

（2）当≤a1-2＜时，为中紧缩性土；

（3）当a1-2≥时，为高紧缩性土。

2．紧缩模量

工程上也经常使用室内实验求紧缩模量Es作为土的紧缩性指标。

紧缩模量按下式计算：

（6-2）

式中Es——土的紧缩模量（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紧缩系数（MPa-1）。

用紧缩模量划分紧缩性品级和评判土的紧缩性可按表6-4规定。

地基土按Es值划分紧缩性品级的规定表6-4

室内压缩模量Es（MPa）

压缩等级

＜2

特高压缩性

2~4

高压缩性

~

中高压缩性

~11

中压缩性

~15

中低压缩性

＞15

低压缩性

3．抗剪强度

土在外力作用下抗击剪切滑动的极限强度，一样用室内直剪、原位直剪、三轴剪切实验、十字板剪切实验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等实验方式进行测定。

它是评判地基承载力、边坡稳固性、计算土压力的重要指标。

（1）抗剪强度计算

土的抗剪强度一样按下式计算：

τf＝σ·tgφ＋c（6-3）

式中τf——土的抗剪强度（kPa）；

σ——作用于剪切面上的法向应力（kPa）；

φ——土的内摩擦角（°），剪切实验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角；

c——土的粘聚力（kPa），剪切实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φ和粘聚力c的求法

同一土样切取很多于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力实验后，用相同的比例尺在座标纸上绘制抗剪强度τ与法向应力σ的相关直线，直线交τ值的截距却为土的粘聚力c，砂土的c=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图6-1。

图6-1抗剪强度与法向应力的关系曲线

（a）粘性土；（b）砂土

4．土的力学性质指标的体会参考数据（表6-五、表6-6）

粘性土力学性质指标的体会数据表6-5

土类

孔隙比

e

液性指数

IL

含水量

w

（%）

液限

wL

（%）

塑性指数

IP

承载力

f

（MPa）

压缩模量

Es

（MPa）

粘聚力

c

（kPa）

内摩擦角

φ

（°）

一般粘性土

~

0~

15~30

25~45

5~20

100~450

4~15

10~50

15~22

新近代粘性土

~

~

24~36

30~45

6~18

80~140

2~

10~20

7~15

淤泥或淤泥质土

沿海

1~

＞

36~70

30~65

10~25

4~10

10~50

5~15

4~10

内陆

5~11

20~50

山区

3~8

10~60

红粘土

~

0~

30~50

50~90

＞17

10~32

50~160

30~80

5~10

土的力学指标体会数据范围参考值表6-6

土类

孔隙比

e

天然含水量

w

（%）

塑限含水量

wP

（%）

重度

γ

（kN/m3）

粘聚力

c

（kPa）

内摩擦角

φ

（°）

变形模量

E0

（MPa）

砂土

粗砂

~

15~18

0

42

46

~

19~22

0

40

40

~

23~25

0

38

33

中砂

~

15~18

0

40

46

~

19~22

0

38

40

~

23~25

0

35

33

细砂

~

15~18

0

38

37

~

19~22

0

36

28

~

23~25

0

32

24

粉砂

~

15~18

5

36

14

~

19~22

3

34

12

~

23~25

2

28

10

粘性土

粉土

~

15~18

＜

6

30

18

~

19~22

5

28

14

~

23~25

2

27

11

~

15~18

~

7

25

23

~

19~22

5

24

16

~

23~25

3

23

13

粘质粘土

~

15~18

~

25

24

45

~

19~22

15

23

21

~

26~29

5

21

12

~

19~22

~

35

22

39

~

26~29

10

20

15

~

35~40

5

18

8

~

23~25

~

40

20

33

~

26~29

25

19

19

~

35~40

10

17

9

粘土

~

26~29

~

60

18

28

~

35~40

25

16

11

~

30~34

~

65

16

24

~

35~40

35

16

14

6-1-2土的大体分类

6-1-2-1岩石

岩石按坚硬程度分类见表6-7；按岩体完整程度划分见表6-8。

岩石坚硬程度的定性划分表6-7

类别

饱和单轴抗压强

度标准值frk（MPa）

定性鉴定

代表性岩石

硬质岩

坚硬岩

frk＞60

锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；

基本无吸水反应

未风化~微风化的花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、硅质砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等

较硬岩

60≥frk＞30

锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；有轻微吸水反应

1．微风化的坚硬岩；

2．未风化~微风化的大理岩、板岩、石灰岩、钙质砂岩等

软质岩

较软岩

30≥frk＞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≥frk＞5

锤击声哑，无回弹，有凹痕，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

frk≤<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．风化的软岩；

2．全风化的各种岩石；

3．各种半成岩

岩体完整程度的划分表6-8

类别

完整性指数

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

＞

1~2

＞

整状结构

较完整

~

2~3

~

块状结构

较破碎

~

＞3

~

镶嵌状结构

破碎

~

＞3

＜

碎裂状结构

极破碎

＜

无序

-

散体状结构

注：

完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的二次方。

选定岩体、岩块测定波速时应有代表性。

6-1-2-2碎石土

碎石土的分类见表6-9；碎石土的密实度分为松散、稍密、中密、密实，见表6-10。

碎石土分类表6-9

土的名称

颗粒形状

颗粒级配

漂石

圆形及亚圆形为主

粒径大于20mm的颗粒超过全重50%

块石

棱角形为主

卵石

圆形及亚圆形为主

粒径大于20mm的颗粒超过全重50%

碎石

棱角形为主

圆砾

圆形及亚圆形为主

粒径大于2mm的颗粒超过全重50%

角砾

棱角形为主

注：

分类时应依照粒组含量由大到小以最先符合者确信。

碎石土的密实度表6-10

重型圆锥动力触探锤击数

密实度

≤5

松散

5＜≤10

稍密

10＜≤20

中密

＞20

密实

注：

1．本表适用于平均粒径小于等于50mm且最大粒径不超过100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾。

关于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土，可按表6-19辨别其密实度。

2．表内为经综合修正后的平均值。

6-1-2-3砂土

砂土的分类见表6-11；砂土的密实度分为松散、稍密、中密、密实见表6-12。

砂土分类表表6-11

土的名称

颗粒级配

砾砂

粒径大于2mm的颗粒占全重25%~50%

粗砂

粒径大于的颗粒超过全重50%

中砂

粒径大于的颗粒超过全重50%

细砂

粒径大于的颗粒超过全重85%

粉砂

粒径大于的颗粒不超过全重50%

注：

分类时应依照粒组含量由大到小以最先符合者确信。

砂土的密实度表6-12

松散

稍密

中密

密实

N≤10

10＜N≤15

10＜N≤30

N＞30

注：

N为标准贯入实验锤击数。

6-1-2-4粘性土

粘性土按塑性指数分类见表6-13；按液性指数分类见表6-1。

粘性土按塑性指数IP分类表6-13

粘性土的分类名称

粘土

粉质粘土

塑性指数IP

IP＞17

10＜IP≤17

注：

1．塑性指数由相应76g圆锥体沉入土样中深度为10mm时测定的液限计算而得；

2．IP＜10的土，称粉土（少粘性土）；粉土又分粘质粉土（粉粒＞不到50%，IP＜10）、砂质粉土（粉粒＞占50%以上，IP＜10）。

粘性土的状态按液性指数IL分类表6-14

塑注状态

坚硬

硬塑

可塑

软塑

流塑

液性指数IL

IL≤0

0＜IL≤

＜IL≤

＜IL≤1

IL＞1

6-1-3土的工程分类与性质

6-1-3-1土的工程分类

土的工程分类见表6-15。

土的工程分类表6-15

土的分类

土的级别

土的名称

坚实系数f

密度（t/m3）

开挖方法及工具

一类土

（松软土）

I

砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥炭）

~

~

用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬

二类土

（普通土）

II

粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵（碎）石；种植土、填土

~

~

用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松

三类土

（坚土）

III

软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土

~

~

主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍

四类土

（砂砾坚土）

IV

坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩

~

整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤

五类土

（软石）

V~VI

硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白奎土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石

~

~

用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法

六类土

（次坚石）

VII~IX

泥岩、砂岩、砾岩；坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩及正长岩

~

~

用爆破方法开挖，部分用风镐

七类土

（坚石）

X~XIII

大理石；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩

~

~

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、粉岩、角闪岩

~以上

~

用爆破方法开挖

注：

1．土的级别为相当于一样16级土石分类级别；

2．坚实系数f为相当于普氏岩石强度系数。

6-1-3-2土的工程性质

1．土的可松性

土的可松性是土经挖掘以后，组织破坏，体积增加的性质，以后虽经回填压实，仍不能恢复成原先的体积。

土的可松性程度一样以可松性系数表示（表6-16），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、进行场地平整计划竖向设计、土方平稳调配的重要参数。

各类土的可松性参考数值表6-16

土的类别

体积增加百分比（%）

可松性系数

最初

最终

KP

K'P

一类（种植土除外）

8~17

1~

~

~

一类（植物性土、泥炭）

20~30

3~4

~

~

二类

14~28

~5

~

~

三类

24~30

4~7

~

~

四类（泥灰岩、蛋白石除外）

26~32

6~9

~

~

四类（泥灰岩、蛋白石）

33~37

11~15

~

~

五~七类

30~45

10~20

~

~

八类

45~50

20~30

~

~

注：

最初体积增加百分比

；最后体积增加百分比

KP——为最初可松性系数，KP＝V2/V1；

K'P——为最终可松性系数，K'P＝V3/V1；

V1——开挖前土的自然体积；

V2——开挖后土的松散体积；

V3——运至填方处压实后之体积。

2．土的紧缩性

取土回填或移挖作填，松土经运输、填压以后，均会紧缩，一样土的紧缩性以土的紧缩率表示，见表6-17。

土的紧缩率P的参考值表6-17

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）

一~二类土

种植土

20%

一般土

10%

砂土

5%

三类土

天然湿度黄土

12%~17%

一般土

5%

干燥坚实黄士

5%~7%

一样可按填方截面增加10%~20%方数考虑。

3．土的停止角

土的停止角（安息角）是指在某一状态下的土体能够稳固的坡度，一样土的坡度值如表6-18所示。

土的停止角表6-18

土的名称

干土

湿润土

潮湿土

角度（°）

高度与底宽比

角度（°）

高度与底宽比

角度（°）

高度与底宽比

砾石

40

1：

40

1：

35

1：

卵石

35

1：

45

1：

25

1：

粗砂

30

1：

35

1：

27

1：

中砂

28

1：

35

1：

25

1：

细砂

25

1：

30

1：

20

1：

重粘土

45

1：

35

1：

15

1：

粉质粘土、轻粘土

50

1：

40

1：

30

1：

粉土

40

1：

30

1：

20

1：

腐殖土

40

1：

35

1：

25

1：

填方的土

35

1：

45

1：

27

1：

6-1-4土的现场辨别方式

6-1-4-1碎石土的现场辨别

碎石土的现场辨别见表6-19。

碎石土密实度现场辨别方式表6-19

密实度

骨架颗粒含量和排列

可挖性

可钻性

密实

骨架颗粒含量大于总重的70%，呈交错排列，连续接触

锹镐挖掘困难，用撬棍方能松动，井壁一般较稳定

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的60%~70%，呈交错排列，大部分接触

锹镐可挖掘，井壁有掉块现象，从井壁取出大颗粒处，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的55%~60%，排列混乱大部分不接触

锹可以挖掘，井壁易坍塌，从井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的55%，排列十分混乱绝大部分不接触

锹易挖掘，井壁极易坍塌

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6-9相对应粒径的颗粒。

2．碎石土的密实度应按表列各项要求综合确信。

6-1-4-2粘性土等的现场辨别

粘性土的现场辨别见表6-20。

粘性土的现场辨别方式表6-20

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

粘土

切面光滑，有粘刀阻力

有滑腻感，感觉不到有砂粒，水分较大，很粘手

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，能搓成直径小于的长条（长度不短于手掌），手持一端不易断裂

粉质粘土

稍有光滑面，切面平整

稍有滑腻感，有粘滞感，感觉到有少量砂粘

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2~3mm的土条

粉土

无光滑面，切面稍粗糙

有轻微粘滞感或无粘滞感，感觉到有砂粒较多、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

无粘滞感，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

人工填土、淤泥、黄土、泥炭的现场辨别见表6-21。

人工填土、淤泥、黄土、泥炭的现场辨别方式表6-21

土的名称

观察颜色

夹杂物质

形状（构造）

浸入水中的现象

湿土搓条情况

干燥后强度

人工填土

无固定颜色

砖瓦碎块、垃圾、炉灰等

夹杂物显露于外，构造无规律

大部分变为稀软淤泥，其余部分为碎瓦、炉渣，在水中单独出现

一般能搓成3mm土条，但易断，遇有杂质甚多时，就不能搓条

干燥后部分杂质脱落，故无定形，稍微施加压力即行破碎

淤泥

灰黑色有臭味

池沼中有半腐朽的细小动植物遗体，如草根、小螺壳等

夹杂物经仔细观察可以发觉，构造常呈层状，但有时不明显

外观无显著变化，在水面出现气泡

一般淤泥质土接近于粉土，故能搓成3mm土条（长至少30mm），容易断裂

干燥后体积显著收缩，强度不大，锤击时呈粉末状，用手指能捻碎

黄土

黄褐两色的混合色

有白色粉末出现在纹理之中

夹杂物质常清晰显见，构造上有垂直大孔（肉眼可见）

即行崩散而分成散的颗粒集团，在水面上出现很多白色液体

搓条情况与正常的粉质粘土类似

一般黄土相当于粉质粘土，干燥后的强度很高，手指不易捻碎

泥炭

（腐殖土）

深灰或黑色

有半腐朽的动植物遗体，其含量超过60%

夹杂物有时可见，构造无规律

极易崩碎，变为稀软淤泥，其余部分为植物根、动物残体渣滓悬浮于水中

一般能搓成1~3mm土条，但残渣甚多时，仅能搓成3mm以上土条

干燥后大量收缩，部分杂质脱落，故有时无定形

6-1-5特殊土

6-1-5-1湿陷性黄土

凡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一起作用下，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。

湿陷性黄土普遍散布于我国甘肃、陕西、黑龙江、吉林、内蒙、山东、河北、河南、山西、宁夏、青海和新疆等地。

1．湿陷性黄土的特点

湿陷性黄土，又称大孔土，与其他黄土同属于粘性土，它具有以下特点：

（1）在天然状态下，具有肉眼能看见的大孔隙，孔隙比一样大于1，并常有由于生物作用所形成的管状孔隙，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、高岭石成份，含盐量大于%，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，专门快崩解，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紧缩性，土质垂直方向散布的小管道几乎能维持竖立的边坡，但在遇水后，土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉（这种下沉通常叫湿陷），产生严峻湿陷。

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，应按室内紧缩实验，在必然压力下测定的湿陷系数δs来判定。

依照黄土的湿陷系数的大小，可按表6-22确信湿陷性黄土地基的类别。

黄土的湿陷性判别表6-22