6-1 土方工程

6土方与基坑工程6-1土方工程6-1-1土的基本性质土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详细了解，避免造成工程事故。6-1-1-1土的基本物理性质指标土的基本物理性质指标见表6-1。土的基本物理性质指标表6-1指标名称符号单位物理意义表达式附注密度ρt/m3单位体积土的质量，又称质量密度Vm由试验方法（一般用环刀法）直接测定重度γkN/m3单位体积土所受的重力，又称重力密度gVW或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wsssVmd由试验方法（用比重瓶法）测定干密度ρdt/m3土的单位体积内颗粒的重量Vmsd由试验方法测定后计算求得干重度γdkN/m3土的单位体积内颗粒的重力VWsd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100swmm由试验方法（烘干法）测定饱和密度ρsatt/m3土中孔隙完全被水充满时土的密度VVmwvssat由计算求得饱和重度γsatkN/m3土中孔隙完全被水充满时土的重度gsatsat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wsat'由计算求得孔隙比e土中孔隙体积与土粒体积之比svVVe由计算求得孔隙率n%土中孔隙体积与土的体积之比100VVnv由计算求得饱和度Sr%土中水的体积与孔隙体积之比100vwrVVS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，一般取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6-2、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PPLIwwI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法：在土中逐渐加水，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，此时土条的含水量，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ρdmaxt/m3土在最紧密状态下的干质量击实法扰动土最小干密度ρdmint/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．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：21211000ppeea（6-1）式中1000——单位换算系数；a——土的压缩系数（MPa-1）；p1、p2——固结压力（kPa）：e1、e2——相对应于p1、p2时的孔隙比。评价地基压缩性时，按p1为100kPa，p2为200kPa，相应的压缩系数值以a1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a1-2＜0.1MPa-1时，为低压缩性土；（2）当0.1≤a1-2＜0.5MPa-1时，为中压缩性土；（3）当a1-2≥0.5MPa-1时，为高压缩性土。2．压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量Es作为土的压缩性指标。压缩模量按下式计算：aeEs01（6-2）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6-4规定。地基土按Es值划分压缩性等级的规定表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4.1~7.5中高压缩性7.6~11中压缩性11.1~15中低压缩性＞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，一般用室内直剪、原位直剪、三轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法进行测定。它是评价地基承载力、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：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（°），剪切试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φ和粘聚力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，用相同的比例尺在坐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经验参考数据（表6-5、表6-6）粘性土力学性质指标的经验数据表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0.55~1.00~1.015~3025~455~20100~4504~1510~5015~22新近代粘性土0.7~1.20.25~1.224~3630~456~1880~1402~7.510~207~15淤泥或淤泥质土沿海1~2.0＞1.036~7030~6510~254~1010~505~154~10内陆5~1120~50山区3~810~60红粘土1.0~1.90~0.430~5050~90＞1710~3250~16030~805~10土的力学指标经验数据范围参考值表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0.4~0.515~1820.5042460.5~0.619~2219.5040400.6~0.723~2519.003833中砂0.4~0.515~1820.5040460.5~0.619~2219.5038400.6~0.723~2519.003533细砂0.4~0.515~1820.5038370.5~0.619~2219.5036280.6~0.723~2519.003224粉砂0.4~0.515~1820.5536140.5~0.619~2219.5334120.6~0.723~2519.022810粘性土粉土0.4~0.515~18＜9.421.0630180.5~0.619~2220.0528140.6~0.723~2519.5227110.4~0.515~189.5~12.421.0725230.5~0.619~2220.0524160.6~0.723~2519.532313粘质粘土0.4~0.515~1812.5~15.421.02524450.5~0.619~2220.01523210.7~0.826~2919.0521120.5~0.619~2215.5~18.420.03522390.7~0.826~2919.01020150.9~1.035~4018.051880.6~0.723~2518.5~22.419.54020330.7~0.826~2919.02519190.9~1.035~4018.010179粘土0.7~0.826~2922.5~26.419.06018280.9~1.135~4017.52516110.8~0.930~3426.5~30.418.56516240.9~1.135~4017.53516146-1-2土的基本分类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＞0.751~2＞1.0整状结构较完整0.75~0.552~30.4~1.0块状结构较破碎0.55~0.35＞30.2~0.4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：分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定。碎石土的密实度表6-10重型圆锥动力触探锤击数N63.5密实度N63.5≤5松散5＜N63.5≤10稍密10＜N63.5≤20中密N63.5＞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。对于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土，可按表6-19鉴别其密实度。2．表内N63.5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0.5mm的颗粒超过全重50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒超过全重50%细砂粒径大于0.074mm的颗粒超过全重85%粉砂粒径大于0.074mm的颗粒不超过全重50%注：分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定。砂土的密实度表6-12松散稍密中密密实N≤1010＜N≤1510＜N≤30N＞30注：N为标准贯入试验锤击数。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IPIP＞1710＜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＞0.05mm不到50%，IP＜10）、砂质粉土（粉粒＞0.5mm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ILIL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤10.750.75＜IL≤1IL＞16-1-3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