土工试验讲义

简易土工试验培训（教材第三章第二节）一、与回填土试验有关的标准、规范«建筑地基基础设计规范»GB50007-2002新标准GB50007-2011于2012年8月1日实施设计根据结构类型、基础形式、填土种类给出压实系数指标«建筑地基基础工程施工质量验收规范»GB50202-2002«土工试验方法标准»GB/T50123-1999包含密度、含水率、比重、颗粒分析、液塑限、击实、回弹模量、湿陷性等基础试验«建筑地基处理技术规范»JGJ79-2002演示二、什么是压实填土？压实填土的质量以什么指标控制？•压实填土包括分层压实和分层夯实的填土，当利用压实填土作为建筑工程的地基持力层时，在平整场地前，应根据结构类型、填料性能和现场条件等，对拟压实的填土提出质量要求。•压实填土的质量以压实系数λc控制，并根据结构类型和压实填土所在部位按下表确定：结构类型填土位置压实系数λc控制含水率（%）砌体承重结构和框架类型在地基主要受力层范围内≥0.97ωop±2在地基主要受力层范围以下≥0.95排架结构在地基主要受力层范围内≥0.96在地基主要受力层范围以下≥0.94三、土的塑性指标有哪些？如何定义？塑限（ωp）：粘性土由固态或半固态状态过度到可塑状态的界限含水量称为土的塑限。（简单介绍液塑限试验方法）液限（ωL）：粘性土由可塑状态过度到流动状态的界限含水量称为土的液限。塑性指数（Ip）：是指液限和塑限的差值（Ip=ωL–ωp），即土处在可塑状态的含水量变化范围，反映土的可塑性大小。试验方法：击实试验击实试验：用标准的容器、锤击和击实方法，测定土的含水率和密实度变化曲线，求得最大干密度时的最佳含水量，是控制填土施工质量的重要的试验步骤。（在施工现场填土料进场后应送试验室做击实试验，确定好最佳含水率和最大干密度后在进行施工，通过含水率控制达到最大干密度以保证满足压实系数要求）击实试验分为轻型击实和重型击实，区别在于：1、轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土；重型击实试验适用于粒径大于20mm的土，采用三层击实时，最大粒径不大于40mm。四、压实最大干密度和最优含水率如何确定？试验如何进行？2、轻型击实试验的单位体积击实功约为592.2kJ/m3，重型击实试验的单位体积击实功约为2684.9kJ/m3。（由于锤质量和锤落高不同产生不同的击实功）3、试验所用的击实仪不同。试验方法锤击直径（mm）锤质量（Kg）落高（mm）击实筒护筒高度（mm）内径（mm）筒高（mm）容积（cm3）轻型512.5305102116947.450重型514.54571521162103.950击实试验对所用仪器设备的要求：1、击实仪的击实筒和击锤尺寸应符合上页表中的尺寸要求。2、击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒应有足够的间隙使锤能自由下落；电动操作的击锤必须有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度（轻型53.5°，重型45°）均匀分布装置（重型击实仪中心点每圈要加一击）。3、天平：称量200g,最小分度值0.01g。4、台称：称量10Kg，最小分度值5g。5、标准筛：孔径为20mm、40mm和5mm。6、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶或液压式千斤顶，如无此类装置，也可用刮刀和修土刀从击实筒中取出试样。试样的制备1、干法：制备试样应按下列步骤进行：用四分法取代表性土样20Kg（重型为50Kg），风干碾碎，过5mm（重型过20mm或40mm）筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。选择5个含水率，其中2个大于塑限含水率，2个小于塑限含水率，1个接近塑限含水率，相邻两个含水率的差值宜为2%。2、湿法：取天然含水率的代表性土样20Kg（重型为50Kg），碾碎，过5mm（重型过20mm或40mm）筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的天然含水率。根据土样的塑限预估最佳含水率，按本条一的原则至少选择5个含水率的土样，分别将天然含水率的土样风干或加水进行制备，应使制备好的土样水分均匀。击实试验步骤1、将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座连接好，安装好护筒，在击实筒内壁均匀涂刷一层润滑油。称取一定量的试样，倒入击实筒内，分层击实，轻型击实试样为2-5Kg，分三层，每层25击；重型击实试样4-10Kg，分五层，每层56击，若分三层，每层94击。每层试样高度宜相等，两层交界处的土样要刨毛。击实完成时，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。2、卸下护筒，用直刮刀修平击实筒顶部的试样，拆除底板，试样底部若超出筒外也应修平，擦净筒外壁，称筒与试样的总质量，准确至1g，并计算试样的湿密度。修平的情况下，筒体积为一定值，还有试样低于筒顶的情况应计算筒的实测体积。3、用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水率（含水率的试验方法见第五标题），2个含水率的差值应不大于1%。4、对不同含水率的试样依次击实。试样干密度（ρd）的计算公式：ρd=ρ0／（1+0.01ωi）其中：ωi：某点试样的含水率（%）ρ0：试样的湿密度（g/cm3),准确到0.01g/cm3（干密度和含水率的关系曲线，应在直角坐标纸上绘制，应取曲线峰值点相应的纵坐标为击实试样的最大干密度，相应的横坐标为击实试样的最优含水率，当关系曲线不能绘出峰值点时，应进行补点，土样不宜重复使用。轻型击实试验中，当试样中粒径大于5mm的土质量小于或等于试样总质量的30%时，应对最大干密度和最优含水率进行校正：ρ’dmax=1/[(1-P5）／ρdmax＋P5／Ρｗ＊Ｇｓ２］其中：ρ’dmax：校正后试样的最大干密度（g/cm3）P5:粒径大于5mm土的质量百分数(%)Ｇｓ２:粒径大于5mm土粒的饱和面干相对密度（是指当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量相当于土粒总体积的纯水4℃时质量的比值）ω’opt=ωopt(1-P5）+P5＊ωab其中：ω’opt：校正后试样的最优含水率（%）ωopt：击实试验的最优含水率（%）ωab：粒径大于5mm土粒的吸着含水率（%）五、如何进行土的含水率试验：标准：«土工试验方法标准»GB/T50123-1999适用范围：粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。仪器设备应符合以下规定：1、电热烘箱：应能控制温度在105-110℃。2、天平：称量200g，最小分度值0.01g；称量1000g，最小分度值0.1g。3、称量盒（质量为一个定值）试验步骤：1、取具有代表性的试样15-30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。2、打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105-110℃的恒温下烘至恒量，烘干时间为粘土、粉土不少于8h，对沙土不少于6h，对含有有机质土超过土质量5%的土，应将温度控制在65-70℃的恒温下烘至恒量。3、将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，准确至0.01g。4、试样含水率的计算，准确至0.1%ω0=（m0/md-1）*100%其中：md：干土质量（g）m0：湿土质量（g）5、本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水率小于40%时为1%；当含水率等于或大于40%时为2%，对层状和网状构造的冻土不大于3%。取两个测值的平均值，以百分数表示。六、地基处理工程中回（压实）填土的取样数量如何规定？在压实填土的过程中，垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上一层土。1、对大基坑每50-100m2不应少于1个检验点；2、对基槽每10-20m2不应少于1个检验点；3、每个独立柱基础不应少于1个检验点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。4、竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时，每个单位工程不宜少于3个点；对于大型工程则应按单个工程的数量或工程的面积确定检验点数。5、对灰土地基、砂和砂石地基、土工合成材料地基、粉煤灰地基、强夯地基、注浆地基、预压地基，其竣工后的结果（地基强度或承载力）必须达到设计标准。检验数量：每单位工程不应少于3点，1000m2以上工程每100m2至少应有1个点，3000m2以上工程每300m2至少应有1个点；每一独立柱基础下至少应有1个检验点，基槽每20延米应有1个检验点。注：当用环刀取样时，取样点应位于每层厚度的2/3深度处。七、回（压实）填土密度试验方法有哪些？环刀法1、适用范围：细粒土2、主要用仪器设备及要求：环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。天平：称量500g，最小分度值0.1g;称量200g,最小分度值0.01g。3、根据试验要求用环刀切取试样时，应在环刀的内壁涂一层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。4、试样的湿密度计算ρ0=m0/V其中:ρ0:试样的湿密度(g/cm3)准确到0.01g/cm3m0:湿土试样的质量(g)本试验应进行两次平行试验,两次测定的差值不得大于0.03g/cm3取两次测值的平均值.灌水法1、适用范围：测定粗粒土的密度2、主要仪器设备及要求储水筒：直径应均匀，并附有刻度及出水管台称：称量50Kg，最小分度值10g3、试验步骤根据试样最大粒径，确定试坑尺寸将选定试验处的试坑地面整平，除去表面松散的土层，按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求高度，边挖边将坑内的试样装入盛土的容器内，称试样质量，准确到10g，并测定试样的含水率。相应试坑挖好后，放上相应尺寸的套环，用水准尺找平，用大于试坑容积的塑料薄膜袋平铺于坑内，翻过套环压住薄膜四周。试样最大粒径试坑尺寸（mm）直径深度5（20）1502004020025060250300记录储水筒内初始水位的高度，拧开储水筒出水管开关，将水缓慢注入塑料薄膜袋中。当袋内水面接近套环边缘时，将水流调小，直至袋内水面与套环边缘齐平时关闭出水管，持续3-5min,记录储水桶内水位高度，当袋内出现水面下降时，应另取塑料薄膜袋重做试验。4、试坑体积的计算Vp=（H1-H2)×Aw-V0其中：Vp：试坑体积（cm3)H1：储水桶内初始水位高度（cm）H2：储水桶内注完水后水位高度（cm）Aw：储水桶横截面积（cm2)V0：套环体积（cm3)5、试样密度计算ρ0=mp/Vp其中:mp:取自试坑内湿土试样的质量(g)•灌砂法1、适用范围：粗粒土的密度测定2、试验仪器设备及要求密度测定器：由容砂瓶、灌砂漏斗和底盘组成，灌砂漏斗高135mm、直径165mm，尾部有孔径为13mm的圆柱形阀门；容砂瓶容积为4L，容砂瓶和灌砂漏斗之间用螺纹接口连接。底盘承托容砂瓶和灌砂漏斗。天平：称量10Kg，最小分度值5g；称量500g，最小分度值0.1g。3、标准砂密度测定步骤a、标准砂应清洗洁净，粒径宜选用0.25-0.50mm，密度宜在1.47-1.61g/cm3。b、组装容砂瓶和灌砂漏斗，螺纹连接处应拧紧，称其质量。c、将密度测定器竖立，灌砂漏斗口向上，关阀门，向灌砂漏斗中注满标准砂，打开阀门使灌砂漏斗内的标准砂漏入容砂瓶内，继续向漏斗内注砂漏入瓶内，当砂停止流动时迅速关闭阀门，倒掉漏斗内多余的砂，称容量瓶、灌砂漏斗和标准砂的总质量，准确到5g，试验中应避免振动。d、倒出容砂瓶中的标准砂，通过漏斗向容砂瓶内注水至水面高出阀门，关阀门，倒掉漏斗中多余的水，称容量瓶、漏斗和水的总质量，准确到5g，并测定水温，准确到0.5℃，重复测定3次，3次测值之间的差值不得大于3mL，取3次测值的平均值。e、容砂瓶的容积计算Vr=(mr1-mr2)/ρwr其中：Vr：容砂瓶容积（mL)mr1：容砂瓶、漏斗和水的总质量（g)mr2：容砂瓶和漏斗的总量（g)ρwr：不同水温时水的密度（g/cm3）f、标准砂的密度计算ρs=（mrs-mrl)/Vr其中：ρs：标准砂的密度（g/cm3）mrs：容砂瓶、漏斗和标准砂的总质量（g）3、灌砂法的试验步骤a、按灌水法试验中挖坑的步骤依据规定尺