6-1 土方工程施工作业指导书.doc
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1、6 土方与基坑工程土方与基坑工程6-1 土方工程土方工程6-1-1 土的基本性质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t/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kN/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wss sVmd由试验方法(用比 重瓶法)测定干密度dt/
2、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dkN/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100sw mm由试验方法(烘干 法)测定饱和密度satt/m3土中孔隙完全被水充满时 土的密度VVmwvs sat由计算求得饱和重度satkN/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kN/m3在地下水位以下,土体受 到水的浮力作用时土的重wsat由计算求得度,又称浮重度孔隙比e土中孔隙体积与土粒体积 之比sv VVe 由计算求得孔隙率n%土中孔隙体积与土的体积 之比100VVnv由计算求得饱
3、和度Sr%土中水的体积与孔隙体积 之比100vw rVVS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) ;w蒸馏水的密度,一般取 w=1t/m3;w水的重度,近似取w=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
4、(通 常由锥式液限仪来测 定)塑性指数IP液限与塑限之差IPwL-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PP LIwwI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aw/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dmaxt/m3土在最紧密状态下的干质量击实法扰动土最小干密度dmint/m3土在最松散状态下的干质量注入法、量
5、筒 法扰动土6-1-1-3 土的力学性质指标土的力学性质指标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:(6-1)21211000ppeea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 a1-20.1MPa-1时,为低压缩性土;(2)当 0.1a1-20.5MPa-1时,为中压缩性土;(3)当 a1-2
6、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:(6-2)aeEs01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24高压缩性4.17.5中高压缩性7.611中压缩性11.115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
7、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:ftgc (6-3)式中 f土的抗剪强度(kPa ) ;作用于剪切面上的法向应力(kPa) ;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 c0。(2)土的内摩擦角 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 与法向应力 的相关直线,直线交 值的截距却
8、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 ()一般粘性土0.551.001.01530254552010045041510501522 新近代粘性土0.71.20.251.2243630456188014027.51020715沿 海4
9、101050内 陆5112050淤泥或 淤泥质 土山 区12.01.0367030651025381060515410红粘土1.01.900.430505090171032501603080510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 (kN/m3)粘聚力 c (kPa)内摩擦角 ()变形模量 E0 (MPa)0.40.5151820.504246 0.50.6192219.504040粗砂 0.60.7232519.0038330.40.5151820.504046 0.50.6192219.503840中砂 0.60.
10、7232519.0035330.40.5151820.503837 0.50.6192219.503628细砂 0.60.7232519.0032240.40.5151820.553614 0.50.6192219.533412砂 土粉砂 0.60.7232519.0228100.40.5151821.063018 0.50.6192220.052814 0.60.723259.4 19.5227110.40.5151821.072523 0.50.6192220.052416粉土0.60.723259.512.4 19.532313粘 性 土粘质0.40.5151812.515.421.02
11、524450.50.6192220.0152321 0.70.8262919.0521120.50.6192220.0352239 0.70.8262919.0102015 0.91.0354015.518.4 18.051880.60.7232519.5402033 0.70.8262919.0251919粘土0.91.0354018.522.4 18.0101790.70.8262919.0601828 0.91.1354022.526.417.52516110.80.9303418.5651624粘土0.91.1354026.530.417.53516146-1-2 土的基本分类土的基本
12、分类6-1-2-1 岩石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坚硬岩frk60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 灰岩等硬 质 岩较硬岩60frk30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、钙质砂岩等较软岩30frk15锤击声不清脆,无回弹, 较易击碎; 指甲可刻出印痕
13、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 质 岩软岩15frk5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frk5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0.75121.0整状结构 较完整0.750.55230.41.0块状结构 较破碎0.550.3530.20.4镶嵌状结构 破碎0.350
14、.1530.2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 块石棱角形为主粒径大于 20mm 的颗粒超过全重 50%卵石圆形及亚圆形为主 碎石棱角形为主粒径大于 20mm 的颗粒超过全重 50%圆砾圆形及亚圆形为主 角砾棱角形为主粒径大于 2mm 的颗粒超过全重 50%注:分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定。碎石土的密实
15、度 表 6-10重型圆锥动力触探锤击数 N63.5密实度N63.55松散5N63.510稍密10N63.520中密N63.520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
16、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N1010N1510N30N30注:N 为标准贯入试验锤击数。6-1-2-4 粘性土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 IPIP1710IP17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
17、;2IP10 的土,称粉土(少粘性土) ;粉土又分粘质粉土(粉粒0.05mm 不到50%,IP10) 、砂质粉土(粉粒0.5mm 占 50%以上,IP10) 。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 ILIL00IL0.250.25IL10.750.75IL1IL16-1-3 土的工程分类与性质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)0.5
18、0.60.61.5用锹、锄头挖掘, 少许用脚蹬二类土II粉质粘土;潮湿的黄0.60.81.11.6用锹、锄头挖掘,(普通土)土;夹有碎石、卵石 的砂;粉土混卵(碎) 石;种植土、填土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0.81.01.751.9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1.01.51.9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)VVI硬质粘
19、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1.54.01.12.7用镐或撬棍、大 锤挖掘,部分使 用爆破方法六类土 (次坚石)VIIIX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4.010.02.22.9用爆破方法开挖, 部分用风镐七类土 (坚石)XXIII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10.018.02.53.1用爆破方法开挖八类土 (特坚石)XIVXVI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、
20、粉岩、角闪岩18.025.0 以上2.73.3用爆破方法开挖注:1土的级别为相当于一般 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,仍不能恢复成原来的体积。土的可松性程度一般以可松性系数表示(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、进行场地平整规划竖向设计、土方平衡调配的重要参数。各种土的可松性参考数值 表 6-16体积增加百分比(%)可松性系数土的类别最初最终KPKP一类(种植土除外)81712.51.081.17
21、1.011.03 一类(植物性土、泥炭)2030341.201.301.031.04 二类14281.551.141.281.021.05 三类2430471.241.301.041.07 四类(泥灰岩、蛋白石除外)2632691.261.321.061.09 四类(泥灰岩、蛋白石)333711151.331.371.111.15 五七类304510201.301.451.101.20 八类455020301.451.501.201.30注:最初体积增加百分比;最后体积增加百分比%100112 VVV%100113 VVVKP为最初可松性系数,KPV2/V1;KP为最终可松性系数,KPV3/V
22、1;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土的压缩性取土回填或移挖作填,松土经运输、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 6-17。土的压缩率 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)种植土20%0.80一般土10%0.90一二类土砂土5%0.95天然湿度黄土12%17%0.85一般土5%0.95三类土干燥坚实黄士5%7%0.94一般可按填方截面增加 10%20%方数考虑。3土的休止角土的休止角(安息角)是指在某一状态下的土体可以稳定的坡度,一般土的坡度值如表 6-18 所示。土的休止角
23、表 6-18干土湿润土潮湿土土的名称角度()高度与底宽比角度()高度与 底宽比角度()高度与 底宽比砾石401:1.25401:1.25351:1.50 卵石351:1.50451:1.00251:2.75 粗砂301:1.75351:1.50271:2.00 中砂281:2.00351:1.50251:2.25 细砂251:2.25301:1.75201:2.75 重粘土451:1.00351:1.50151:3.75 粉质粘土、轻粘土501:1.75401:1.25301:1.75 粉土401:1.25301:1.75201:2.75 腐殖土401:1.25351:1.50251:2.25
24、 填方的土351:1.50451:1.00271:2.006-1-4 土的现场鉴别方法土的现场鉴别方法6-1-4-1 碎石土的现场鉴别碎石土的现场鉴别碎石土的现场鉴别见表 6-19。碎石土密实度现场鉴别方法 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
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