岩土的工程分类及工程性质是地基设计与施工的基础,是勘察工作及勘察报告的重要内容。在施工中,尤其是土石方工程中,必须清楚地掌握土的工程性质,只有这样才能一方面确定正确的施工工艺,另一方面也能避免危险的发生。
我国不同的标准对土的分类不同。
根据《土的工程分类标准》规定,土按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒类土、粗粒类土、细粒类土,这是土的基本分类;根据《岩土工程勘察规范》规定,按岩石坚硬程度可分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩;根据《建筑地基基础设计规范》的分类方法,作为建筑地基的岩土,可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。
另外,在地质学上,根据地质成因,土可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲击土、淤积土、冰积土和风积土等;而根据土的粒径和塑性指数,土可划分为碎石土、砂土、粉土、黏性土。
但是在施工中,更加常见并有价值的分类方式,是根据土方开挖的难易程度不同,将土石分为八类,以便在选择施工方法和确定劳动量时,为计算劳动力、机具及工程费用提供依据。
第一类,松软土,包括砂,粉土,冲积砂土层,种植土,泥炭(淤泥)等,在施工的时候,只需要人工用锹、锄头挖掘即可。
第二类,普通土,包括粉质黏土,潮湿的黄土,夹有碎石、卵石的砂,种植土,填筑土和粉土。在施工的时候,需要人工用锹、锄头挖掘,少许用镐翻松。
第三类,坚土,包括软及中等密实黏土,重粉质黏土,粗砾石,干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质黏土、压实的填筑土等。施工时,可以采用镐来挖掘,少许需要用锹、锄头,部分要用撬棍施工。
第四类,砾砂坚土,包括重黏土及含碎石、卵石的黏土,粗卵石,密实的黄土,天然级配砂石,软泥灰岩及蛋白石。施工时需要先用镐、撬棍,然后用锹挖掘,部分坚硬土层需要用锲子及大锤进行松动开挖。
一般来说,前四类就是我们常说的土。在施工中虽有差异,但采用人工的方式均可以开挖。第五类至第八类即为石,从软石到坚石,在施工中需要采用大型机械或爆破等施工方式开挖,如果采用人工方式则极为困难。
第五类,软石,包括硬石炭纪黏土,中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土,胶结不紧的砾岩,软的石灰岩。施工中如果人工开挖的话,需要用镐或撬棍、大锤,部分用爆破方法。
第六类,次坚石,即为泥岩,砂岩,砾岩,坚实的页岩、泥灰岩,密实的石灰岩,风化花岗岩、片麻岩等。施工时除了部分用风镐可以施工外,一般均用爆破方法。
第七类,属于坚石,包括大理岩,辉绿岩,玢岩,粗、中粒花岗岩,坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、石灰岩,风化痕迹的安山岩、玄武岩。施工时只能用爆破的方法开挖。
第八类,特坚石,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,玢岩,除爆破的方法外,几乎没有更好的方式进行开挖。
施工前,地质勘查部门会为施工单位提供一份地质勘察报告,用以说明施工场地内下部土层的分布状况,并提供相关土层岩层的基本地质特征指标,包括强度、弹性模量、变形模量、压缩模量、黏聚力、内摩擦角等物理力学性能。这些指标均是通过钻机取土、岩芯并采用标准试验方法经过试验而确定的。
内摩擦角,是土的抗剪强度指标,是土力学上很重要的一个概念,是工程设计的重要参数,是土体中颗粒间相互移动和胶合作用形成的摩擦特性。在力学上,该概念可以理解为块体在斜面上的临界自稳角,在这个角度内,块体是稳定的;大于这个角度,块体就会滑动。
土抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度,包括内摩擦力和内聚力。抗剪强度可通过剪切试验测定。当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度、发生了土体的一部分相对于另一部分的移动时,便认为该点发生了剪切破坏。工程实践和室内试验都验证了土最终是受剪产生破坏的。剪切破坏是强度破坏的重要特点,强度问题也是土力学中最重要的基本内容之一。
黏聚力是在同种物质内部相临各部分之间的相互吸引力,这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。黏聚力能使物质聚集成液体或固体,特别是在与固体接触的液体附着层中,由于黏聚力与附着力相对大小的不同,致使液体浸润固体或不浸润固体。
土中所含水的质量与土的固体颗粒质量之比的百分率,称为土的天然含水率。土的天然含水率对挖土的难易、土方边坡的稳定、填土的压实等均有影响。
土在天然状态下单位体积的质量,称为土的天然密度。土的天然密度随着土的颗粒组成、孔隙的多少和水分含量而变化,不同的土密度不同。
土的内摩擦角、土抗剪强度、土的黏聚力、土的天然含水率和天然密度等指标是计算土坡稳定性的重要指标。另外,土的天然含水率还对挖土的难易、填土的压实等有影响。
土的干密度是指单位体积内土的固体颗粒质量与总体积的比值,称为土的干密度。干密度越大,表明土越坚实。在土方填筑时,常以土的干密度控制土的夯实标准。由于在工程中土中会含有水分,因此干密度一般为实验室提供的数据。
7.土的密实度
土的密实度,是指土被固体颗粒所充实的程度,反映了土的紧密程度。土的密实度也可以成为土的夯实标准,但由于该指标没有排除水的影响,因此不作为工程检测标准。
天然土经开挖后,其体积因松散而增加;在土体回填时,虽经振动夯实,仍不能完全恢复到自然状态时的体积,这种性质称为土的可松性。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。
土的可松性用可松性系数表示,包括:
Ks,开挖之后松散状土的体积V1与同量的土在自然密实状态的体积V0比,,称为最初可松性系数;
Ks’ ,回填夯实后土的体积V2与同量的土在自然密实状态的体积V0比, ,称为最终可松性系数。
【例1-1】某工程需要填筑一低洼地带,经测算该地需要填筑的几何体积为500m3,土石方施工企业的运输车辆每次能运输10 m3。已知取原料土的成本为10元/ m3,开挖成本为30元/ m3,夯填成本为20元/ m3,运输成本为2元/ m3/km,运输距离为10km,Ks=1.1,Ks’=1.05。
试计算该填筑工程的综合单价(相关价格已包括间接费、利润和税金)。。
【解】该地需要填筑的几何体积为V2=500m3,则需要原状土量为:
V0= V2/Ks’=500÷1.05=476.19m3
该土在运输过程中的散料V1体积为:
V1= Ks V0=1.1×476.19=523.81 m3
原土取土与开挖成本为:
C1= V0×(10+30)=1.90万元
土料运输成本为:
C2=V1×2×10=1.05万元
土料填筑成本为:
C3= V2× 20= 1.00万元
总成本为:
C=C1+C2+C3=3.95万元
综合单价为:
P=C/V2=79元/ m3
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