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作為土石方工程中的土壤在深基礎(chǔ)工程中的重要性不言而喻。土壤的性質(zhì)和類型直接關(guān)系到工程如何設(shè)計(jì)、如何施工以及建筑物后期的質(zhì)量與安全。所以深基礎(chǔ)工程方案都必須從科學(xué)地勘測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的土壤條件開(kāi)始。
按照土壤與地下水位的關(guān)系,可簡(jiǎn)單地把土壤分為干土與濕土。地下常水位以上為干土,以下為濕土。當(dāng)采用人工(集水坑)降低地下水位時(shí),干、濕土的劃分仍然是以常水位為標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)采用井點(diǎn)降水后,常水位以下的土就不能按濕土計(jì)算,均按照干土計(jì)算。
對(duì)于施工而言,根據(jù)不同的土質(zhì),可選用不同的機(jī)械設(shè)備,比如旋挖鉆機(jī)一般適用粘土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、回填土和一些卵石、碎石的地層,但必須要配置不同的鉆具,以分別適應(yīng)于干式(短螺旋)、濕式(回轉(zhuǎn)斗)及巖層(巖心鉆)的成孔作業(yè)。
現(xiàn)行的土壤細(xì)劃為八類:
(1)砂土:粒徑不大于2mm的砂類土,包括淤泥、輕粘土。
?。?)粘土:亞粘土、粘土、黃土、包括土狀風(fēng)化。
?。?)砂礫:粒徑2mm~20mm的角礫、圓礫含量(指重量比,下同)小于或等于50%,包括礓石、粘土及粒狀風(fēng)化。
?。?)礫石:粒徑2mm~20mm的角礫、圓礫含量大于50%,有時(shí)還包括粒徑20mm~200mm的碎石、卵石,其含量在10%以內(nèi),包括塊狀風(fēng)化。
?。?)卵石:粒徑20mm~20mm的碎石、卵石含量大于10%,有時(shí)還包括塊石、漂石、其含量在10%以內(nèi),包括塊狀風(fēng)化。
?。?)軟石:各種松軟、膠結(jié)不緊、節(jié)理較多的巖石及較堅(jiān)硬的塊石土、漂石土。
?。?)次堅(jiān)石:硬的各類巖石,包括粒徑大于500mm、含量大于10%的較堅(jiān)硬的塊石、漂石。
?。?)堅(jiān)石:堅(jiān)硬的各類巖石,包括粒徑大于1000mm、含量大于10%的堅(jiān)硬塊石、漂石。
以土壤特征為依據(jù),還有一個(gè)簡(jiǎn)單的類別劃分:
一類:土指砂、腐殖土等;
二類:土指黃土類、弱軟鹽漬土和堿土、松散而軟的礫石、摻有碎石的砂土(粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂)、腐殖土粉土、砂粉質(zhì)黏土、軟土(淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土)、軟塑紅黏土、沖填土等。
一類和二類土的堅(jiān)固系數(shù)低(0.5--0.8),用尖鍬、個(gè)別用鎬和條鋤即可開(kāi)挖,使用機(jī)械可全部直接鏟挖。
三類:土指粘土或冰粘土、重壤土、粗礫石、干黃土或摻有碎石的自然含水量黃土、碎石(圓礫、角礫)混合土、可塑紅黏土、硬塑紅黏土、強(qiáng)鹽漬土、素填土、壓實(shí)填土等。
土的堅(jiān)固系數(shù)為0.81--1.0,須用尖鍬、鎬和條鋤開(kāi)挖,機(jī)械需部分刨松后方能鏟挖。
四類土指硬粘上、含碎石的重壤土、含巨礫的冰磧粘土、泥板巖、碎石土(卵石、碎石、漂石、塊石)、堅(jiān)硬紅黏土、超鹽漬土、雜填土等。
土的堅(jiān)固系數(shù)達(dá)1.0~1.5,開(kāi)挖須用尖鍬、鎬和撬棍同時(shí)進(jìn)行,機(jī)械需普遍刨松方能鏟挖。
另外還有一種根據(jù)土壤的不同屬性來(lái)制定施工方案的方法:
1、根據(jù)土壤的容重:?jiǎn)挝惑w積內(nèi)天然狀況下的土壤重量,單位為kg/m3,土壤容重的大小直接影響著施工的難易程度,容重越大挖掘越難,在土方施工中把土壤分為松土、半堅(jiān)土、堅(jiān)土等類,所以施工中施工技術(shù)和定額應(yīng)根據(jù)具體的土壤類別來(lái)制定。
2、土壤的自然傾斜角(安息角):土壤自然堆積,經(jīng)沉落穩(wěn)定后的表面與地平面所形成的夾角,就是士壤的自然傾斜角,以α表示。在工程設(shè)計(jì)時(shí),為了使工程穩(wěn)定,其邊坡坡度數(shù)值應(yīng)參考相應(yīng)土壤的自然傾斜角的數(shù)值,土壤自然傾斜角還受到其含水量的影響。
3、土壤的含水量:土壤孔隙中的水重和土壤顆粒重的比值。土壤含水量在5%內(nèi)稱干土,在30%以內(nèi)稱潮土,大于30%稱濕土。土壤含水量的多少,對(duì)土方施工的難易也有直接的影響,土壤含水量過(guò)小,土質(zhì)過(guò)于堅(jiān)實(shí),不易挖掘。含水量過(guò)大,土壤易泥濘,也不利施工,人力或機(jī)械施工,工效均降低。以粘土為例含水量在30%以內(nèi)易挖掘,若含水量過(guò)大時(shí),則其本身性質(zhì)發(fā)生很大變化,并喪失其穩(wěn)定性,此時(shí)無(wú)論是填方或挖方其坡度都顯著下降,因此含水量過(guò)大的土壤不宜做回填之用。
4、土壤的相對(duì)密實(shí)度:它是用來(lái)表示土壤在壤筑后的密實(shí)程度的,可用下列公式表達(dá):D=(ε1-ε2)/(ε1-ε3)式中D---土壤相對(duì)密實(shí)度ε1---填土在松散狀況下的孔隙比;ε2---經(jīng)輾壓或窮實(shí)后的土壤孔隙比;ε3---密實(shí)情況下土壤孔隙比。(注:孔隙比是指土壤空隙的體積與固體顆粒體積的比值)
5、土壤的可松性:土壤經(jīng)挖掘后,土體變得松散而使體積增加的性質(zhì)。有可松性系數(shù)和可松性系數(shù),還可將上面兩式換算成土方體積增加百分比。
下面是一則根據(jù)工程實(shí)例采集的土壤數(shù)據(jù)所做的分析:
施工前對(duì)各土層的分析試驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)如下:
某層,系雜填土:分布全場(chǎng)地,大部分回填時(shí)間超過(guò)15年,局部為新近拆遷形成的雜填土,夾有大塊的混凝土塊,松散~稍密,工程性能很差,不可直接使用在工程中。
某層,系粉土:分布于大部分場(chǎng)地,濕,稍密,層厚1.00~3.40m,厚度差異性大,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)擊數(shù)1~3擊,平均值2.0擊,滲透系數(shù)為6.50×10-5~9.00×10-5cm/s,建議平均值為8.00×10-5cm/s,屬于弱透水層,具有中等液化潛勢(shì),工程性能差。
某層,系粉質(zhì)粘土:呈透鏡體分布,層位不穩(wěn)定,可塑,平均天然含水量32.5%,平均天然孔隙比0.950,平均壓縮系數(shù)0.51MP,屬中偏高壓縮性土層,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)擊數(shù)7~12擊,平均值9.80擊,工程性能一般。
某層,系中砂土:呈透鏡體分布,層位不穩(wěn)定,飽和,稍密~中密,滲透系數(shù)為1.80×10-3cm/s,屬于強(qiáng)透水層,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)擊數(shù)9~22擊,平均值16.00擊,工程性能一般。
某層,系粘土:層位穩(wěn)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,平均壓縮系數(shù)0.36MPa-1,屬中等壓縮性土層,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)擊數(shù)7~17擊,平均值13.10擊,直接快剪試驗(yàn)Ck=31.97kPa,φk=12.50°,均勻性、穩(wěn)定性好,工程性能好。
某層,系中砂:分布全場(chǎng)地,層位穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)擊數(shù)19~29擊,平均值23.50擊,揭露厚度7.20~14.70m,厚度較大,飽和,中密,工程性能好,是良好的樁端持力層。
某層,粉質(zhì)粘土:層位穩(wěn)定,厚度較大,可塑~硬塑,局部堅(jiān)硬,平均天然含水量30.1%,平均天然孔隙比0.815,平均壓縮系數(shù)0.28MP,屬中等偏低壓縮性土層,標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)擊數(shù)12~29擊,平均值20.30擊,直接快剪試驗(yàn)Ck=38.90kPa,φk=16.69°,均勻性、穩(wěn)定性好,工程性能很好,亦是良好的樁端持力層。