土的工程分類、性質(zhì)與相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

打虎將 2020-03-11

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（一）土的工程分類及性質(zhì)

巖土的工程分類及工程性質(zhì)是地基設(shè)計與施工的基礎(chǔ)，是勘察工作及勘察報告的重要內(nèi)容。在施工中，尤其是土石方工程中，必須清楚地掌握土的工程性質(zhì)，只有這樣才能一方面確定正確的施工工藝，另一方面也能避免危險的發(fā)生。

1．不同分類標(biāo)準(zhǔn)下的土的類別

我國不同的標(biāo)準(zhǔn)對土的分類不同。

根據(jù)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，土按其不同粒組的相對含量可劃分為巨粒類土、粗粒類土、細(xì)粒類土，這是土的基本分類；根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定，按巖石堅硬程度可分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖；根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的分類方法，作為建筑地基的巖土，可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。

另外，在地質(zhì)學(xué)上，根據(jù)地質(zhì)成因，土可劃分為殘積土、坡積土、洪積土、沖擊土、淤積土、冰積土和風(fēng)積土等；而根據(jù)土的粒徑和塑性指數(shù)，土可劃分為碎石土、砂土、粉土、黏性土。

但是在施工中，更加常見并有價值的分類方式，是根據(jù)土方開挖的難易程度不同，將土石分為八類，以便在選擇施工方法和確定勞動量時，為計算勞動力、機(jī)具及工程費(fèi)用提供依據(jù)。

2．土的施工分類

第一類，松軟土，包括砂，粉土，沖積砂土層，種植土，泥炭（淤泥）等，在施工的時候，只需要人工用鍬、鋤頭挖掘即可。

第二類，普通土，包括粉質(zhì)黏土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土，填筑土和粉土。在施工的時候，需要人工用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松。

第三類，堅土，包括軟及中等密實黏土，重粉質(zhì)黏土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、粉質(zhì)黏土、壓實的填筑土等。施工時，可以采用鎬來挖掘，少許需要用鍬、鋤頭，部分要用撬棍施工。

第四類，礫砂堅土，包括重黏土及含碎石、卵石的黏土，粗卵石，密實的黃土，天然級配砂石，軟泥灰?guī)r及蛋白石。施工時需要先用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分堅硬土層需要用鍥子及大錘進(jìn)行松動開挖。

一般來說，前四類就是我們常說的土。在施工中雖有差異，但采用人工的方式均可以開挖。第五類至第八類即為石，從軟石到堅石，在施工中需要采用大型機(jī)械或爆破等施工方式開挖，如果采用人工方式則極為困難。

第五類，軟石，包括硬石炭紀(jì)黏土，中等密實的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土，膠結(jié)不緊的礫巖，軟的石灰?guī)r。施工中如果人工開挖的話，需要用鎬或撬棍、大錘，部分用爆破方法。

第六類，次堅石，即為泥巖，砂巖，礫巖，堅實的頁巖、泥灰?guī)r，密實的石灰?guī)r，風(fēng)化花崗巖、片麻巖等。施工時除了部分用風(fēng)鎬可以施工外，一般均用爆破方法。

第七類，屬于堅石，包括大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中?；◢弾r，堅實的白云巖、礫巖、砂巖、片麻巖、石灰?guī)r，風(fēng)化痕跡的安山巖、玄武巖。施工時只能用爆破的方法開挖。

第八類，特堅石，安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅實的細(xì)?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖，玢巖，除爆破的方法外，幾乎沒有更好的方式進(jìn)行開挖。

（二）地質(zhì)報告中的關(guān)鍵指標(biāo)及其對土方施工的影響

施工前，地質(zhì)勘查部門會為施工單位提供一份地質(zhì)勘察報告，用以說明施工場地內(nèi)下部土層的分布狀況，并提供相關(guān)土層巖層的基本地質(zhì)特征指標(biāo)，包括強(qiáng)度、彈性模量、變形模量、壓縮模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)性能。這些指標(biāo)均是通過鉆機(jī)取土、巖芯并采用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法經(jīng)過試驗而確定的。

1．土的內(nèi)摩擦角

內(nèi)摩擦角，是土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，是土力學(xué)上很重要的一個概念，是工程設(shè)計的重要參數(shù)，是土體中顆粒間相互移動和膠合作用形成的摩擦特性。在力學(xué)上，該概念可以理解為塊體在斜面上的臨界自穩(wěn)角，在這個角度內(nèi)，塊體是穩(wěn)定的；大于這個角度，塊體就會滑動。

2．土抗剪強(qiáng)度

土抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限強(qiáng)度，包括內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力?？辜魪?qiáng)度可通過剪切試驗測定。當(dāng)土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度、發(fā)生了土體的一部分相對于另一部分的移動時，便認(rèn)為該點發(fā)生了剪切破壞。工程實踐和室內(nèi)試驗都驗證了土最終是受剪產(chǎn)生破壞的。剪切破壞是強(qiáng)度破壞的重要特點，強(qiáng)度問題也是土力學(xué)中最重要的基本內(nèi)容之一。

3．土的黏聚力

黏聚力是在同種物質(zhì)內(nèi)部相臨各部分之間的相互吸引力，這種相互吸引力是同種物質(zhì)分子之間存在分子力的表現(xiàn)。黏聚力能使物質(zhì)聚集成液體或固體，特別是在與固體接觸的液體附著層中，由于黏聚力與附著力相對大小的不同，致使液體浸潤固體或不浸潤固體。

4．土的天然含水率

土中所含水的質(zhì)量與土的固體顆粒質(zhì)量之比的百分率，稱為土的天然含水率。土的天然含水率對挖土的難易、土方邊坡的穩(wěn)定、填土的壓實等均有影響。

5．土的天然密度

土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為土的天然密度。土的天然密度隨著土的顆粒組成、孔隙的多少和水分含量而變化，不同的土密度不同。

土的內(nèi)摩擦角、土抗剪強(qiáng)度、土的黏聚力、土的天然含水率和天然密度等指標(biāo)是計算土坡穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。另外，土的天然含水率還對挖土的難易、填土的壓實等有影響。

6．土的干密度

土的干密度是指單位體積內(nèi)土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值，稱為土的干密度。干密度越大，表明土越堅實。在土方填筑時，常以土的干密度控制土的夯實標(biāo)準(zhǔn)。由于在工程中土中會含有水分，因此干密度一般為實驗室提供的數(shù)據(jù)。

7．土的密實度

土的密實度，是指土被固體顆粒所充實的程度，反映了土的緊密程度。土的密實度也可以成為土的夯實標(biāo)準(zhǔn)，但由于該指標(biāo)沒有排除水的影響，因此不作為工程檢測標(biāo)準(zhǔn)。

8．土的可松性

天然土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加；在土體回填時，雖經(jīng)振動夯實，仍不能完全恢復(fù)到自然狀態(tài)時的體積，這種性質(zhì)稱為土的可松性。它是挖填土方時，計算土方機(jī)械生產(chǎn)率、回填土方量、運(yùn)輸機(jī)具數(shù)量、進(jìn)行場地平整規(guī)劃豎向設(shè)計、土方平衡調(diào)配的重要參數(shù)。

土的可松性用可松性系數(shù)表示，包括：

Ks，開挖之后松散狀土的體積V₁與同量的土在自然密實狀態(tài)的體積V₀比，，稱為最初可松性系數(shù)；

Ks’ ，回填夯實后土的體積V₂與同量的土在自然密實狀態(tài)的體積V₀比，，稱為最終可松性系數(shù)。

【例1-1】某工程需要填筑一低洼地帶，經(jīng)測算該地需要填筑的幾何體積為500m³，土石方施工企業(yè)的運(yùn)輸車輛每次能運(yùn)輸10 m³。已知取原料土的成本為10元/ m³，開挖成本為30元/ m³，夯填成本為20元/ m³，運(yùn)輸成本為2元/ m³/km，運(yùn)輸距離為10km，Ks=1.1，Ks’=1.05。