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基础工程中土壤的鉴别与划分

点击次数:146   更新时间:2022-05-15      来源:

  作为土石方工程中的土壤在深基础工程中的重要性不言而喻。土壤的性质和类型直接关系到工程如何设计、如何施工以及建筑物后期的质量与安全。所以深基础工程方案都必须从科学地勘测施工现场的土壤条件开始。

  按照土壤与地下水位的关系,可简单地把土壤分为干土与湿土。地下常水位以上为干土,以下为湿土。当采用人工(集水坑)降低地下水位时,干、湿土的划分仍然是以常水位为标准;当采用井点降水后,常水位以下的土就不能按湿土计算,均按照干土计算。

  对于施工而言,根据不同的土质,可选用不同的机械设备,比如旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、回填土和一些卵石、碎石的地层,但必须要配置不同的钻具,以分别适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业。

  现行的土壤细划为八类:

  (1)砂土:粒径不大于2mm的砂类土,包括淤泥、轻粘土。

  (2)粘土:亚粘土、粘土、黄土、包括土状风化。

  (3)砂砾:粒径2mm~20mm的角砾、圆砾含量(指重量比,下同)小于或等于50%,包括礓石、粘土及粒状风化。

  (4)砾石:粒径2mm~20mm的角砾、圆砾含量大于50%,有时还包括粒径20mm~200mm的碎石、卵石,其含量在10%以内,包括块状风化。

  (5)卵石:粒径20mm~20mm的碎石、卵石含量大于10%,有时还包括块石、漂石、其含量在10%以内,包括块状风化。

  (6)软石:各种松软、胶结不紧、节理较多的岩石及较坚硬的块石土、漂石土。

  (7)次坚石:硬的各类岩石,包括粒径大于500mm、含量大于10%的较坚硬的块石、漂石。

  (8)坚石:坚硬的各类岩石,包括粒径大于1000mm、含量大于10%的坚硬块石、漂石。

  以土壤特征为依据,还有一个简单的类别划分:

  一类:土指砂、腐殖土等;

  二类:土指黄土类、弱软盐渍土和碱土、松散而软的砾石、掺有碎石的砂土(粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂)、腐殖土粉土、砂粉质黏土、软土(淤泥质土、泥炭、泥炭质土)、软塑红黏土、冲填土等。

  一类和二类土的坚固系数低(0.5--0.8),用尖锹、个别用镐和条锄即可开挖,使用机械可全部直接铲挖。

  三类:土指粘土或冰粘土、重壤土、粗砾石、干黄土或掺有碎石的自然含水量黄土、碎石(圆砾、角砾)混合土、可塑红黏土、硬塑红黏土、强盐渍土、素填土、压实填土等。

  土的坚固系数为0.81--1.0,须用尖锹、镐和条锄开挖,机械需部分刨松后方能铲挖。

  四类土指硬粘上、含碎石的重壤土、含巨砾的冰碛粘土、泥板岩、碎石土(卵石、碎石、漂石、块石)、坚硬红黏土、超盐渍土、杂填土等。

  土的坚固系数达1.0~1.5,开挖须用尖锹、镐和撬棍同时进行,机械需普遍刨松方能铲挖。

  另外还有一种根据土壤的不同属性来制定施工方案的方法:

  1、根据土壤的容重:单位体积内天然状况下的土壤重量,单位为kg/m3,土壤容重的大小直接影响着施工的难易程度,容重越大挖掘越难,在土方施工中把土壤分为松土、半坚土、坚土等类,所以施工中施工技术和定额应根据具体的土壤类别来制定。

  2、土壤的自然倾斜角(安息角):土壤自然堆积,经沉落稳定后的表面与地平面所形成的夹角,就是士壤的自然倾斜角,以α表示。在工程设计时,为了使工程稳定,其边坡坡度数值应参考相应土壤的自然倾斜角的数值,土壤自然倾斜角还受到其含水量的影响。

  3、土壤的含水量:土壤孔隙中的水重和土壤颗粒重的比值。土壤含水量在5%内称干土,在30%以内称潮土,大于30%称湿土。土壤含水量的多少,对土方施工的难易也有直接的影响,土壤含水量过小,土质过于坚实,不易挖掘。含水量过大,土壤易泥泞,也不利施工,人力或机械施工,工效均降低。以粘土为例含水量在30%以内易挖掘,若含水量过大时,则其本身性质发生很大变化,并丧失其稳定性,此时无论是填方或挖方其坡度都显著下降,因此含水量过大的土壤不宜做回填之用。

  4、土壤的相对密实度:它是用来表示土壤在壤筑后的密实程度的,可用下列公式表达:D=(ε1-ε2)/(ε1-ε3)式中D---土壤相对密实度ε1---填土在松散状况下的孔隙比;ε2---经辗压或穷实后的土壤孔隙比;ε3---密实情况下土壤孔隙比。(注:孔隙比是指土壤空隙的体积与固体颗粒体积的比值)

  5、土壤的可松性:土壤经挖掘后,土体变得松散而使体积增加的性质。有可松性系数和可松性系数,还可将上面两式换算成土方体积增加百分比。

  下面是一则根据工程实例采集的土壤数据所做的分析:

  施工前对各土层的分析试验结果及评价如下:

  某层,系杂填土:分布全场地,大部分回填时间超过15年,局部为新近拆迁形成的杂填土,夹有大块的混凝土块,松散~稍密,工程性能很差,不可直接使用在工程中。

  某层,系粉土:分布于大部分场地,湿,稍密,层厚1.00~3.40m,厚度差异性大,标准贯入实测击数1~3击,平均值2.0击,渗透系数为6.50×10-5~9.00×10-5cm/s,建议平均值为8.00×10-5cm/s,属于弱透水层,具有中等液化潜势,工程性能差。

  某层,系粉质粘土:呈透镜体分布,层位不稳定,可塑,平均天然含水量32.5%,平均天然孔隙比0.950,平均压缩系数0.51MP,属中偏高压缩性土层,标准贯入实测击数7~12击,平均值9.80击,工程性能一般。

  某层,系中砂土:呈透镜体分布,层位不稳定,饱和,稍密~中密,渗透系数为1.80×10-3cm/s,属于强透水层,标准贯入实测击数9~22击,平均值16.00击,工程性能一般。

  某层,系粘土:层位稳定,可塑,局部硬塑,平均天然含水量35.9%,平均天然孔隙比1.021,平均压缩系数0.36MPa-1,属中等压缩性土层,标准贯入实测击数7~17击,平均值13.10击,直接快剪试验Ck=31.97kPa,φk=12.50°,均匀性、稳定性好,工程性能好。

  某层,系中砂:分布全场地,层位稳定,标准贯入实测击数19~29击,平均值23.50击,揭露厚度7.20~14.70m,厚度较大,饱和,中密,工程性能好,是良好的桩端持力层。

  某层,粉质粘土:层位稳定,厚度较大,可塑~硬塑,局部坚硬,平均天然含水量30.1%,平均天然孔隙比0.815,平均压缩系数0.28MP,属中等偏低压缩性土层,标准贯入实测击数12~29击,平均值20.30击,直接快剪试验Ck=38.90kPa,φk=16.69°,均匀性、稳定性好,工程性能很好,亦是良好的桩端持力层。