土工基本知識

土工基本知識土的概念土是地殼表層的巖石長期經(jīng)受風(fēng)化作用和水流、冰川、風(fēng)燈自然力的剝蝕、搬運及堆積作用而生成的松散沉積物。土的工程應(yīng)用1、填料：作為公路、鐵路路基填筑材料。在客運專線鐵路的施工中，提出將填料作為建筑材料對待，以控制路基施工質(zhì)量。2、地基基礎(chǔ)作為建筑物的地基。3、構(gòu)筑物的周圍介質(zhì)土的三相組成土的物理力學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，首先應(yīng)了解其三相組成概念。根據(jù)土的三相組成，了解密度、顆粒密度、含水率、孔隙比、孔隙率、飽和度等指標(biāo)的概念和計算方法。土是由固體顆粒、水分和空氣三相組成。其中每種成分的質(zhì)量、體積的相對比例變化，都會引起土的物理力學(xué)性質(zhì)的變化。土的三相示意圖mmamwmsvvavwvs土常用的物理指標(biāo)密度、顆粒密度、含水率、孔隙比、孔隙率、飽和度1、密度單位體積土的質(zhì)量稱為土的密度（g/cm3）2、顆粒密度土體內(nèi)的固體顆粒質(zhì)量與顆粒體積的比值，稱為顆粒密度（g/cm3）3、干密度單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量（g/cm3）4、含水率土中水的質(zhì)量與土固體顆粒質(zhì)量的比值稱為土的含水率，以百分數(shù)計。5、孔隙比土中的孔隙體積與土固體顆粒體積的比值稱為孔隙比。6、孔隙率土中孔隙體積與全部體積之比稱為孔隙率（%）。7、飽和度土中水分所占體積與全部孔隙所占體積之比，稱為飽和度（%）土作為填料時的分類土在作為填料時，不同行業(yè)有相應(yīng)的分類方法和定名方法，現(xiàn)就鐵路和公路的相關(guān)規(guī)定作如下介紹?！惰F路路基設(shè)計規(guī)范》（TB10001-2005）中對填料的規(guī)定5.2.1、普通填料按顆粒粒徑大小可分為三大類別：巨粒土、粗粒土和細粒土。5.2.2、巨粒土、粗粒土填料應(yīng)根據(jù)顆粒組成、顆粒形狀、細粒含量、顆粒級配、抗風(fēng)化能力等，按表5.2.2分為A、B、C、D組。5.2.3細粒土填料應(yīng)按表5.2.3分為粉土、黏性土和有機土。粉土、黏性土應(yīng)采用液限含水率WL進行填料分組：當(dāng)WL

＜40%時，為C組；當(dāng)WL

≧40%時，為D組。有機土為E組。注：1液限含水率試驗采用圓錐儀法，圓錐儀總質(zhì)量為76g，入土深度10mm。

2A線方程中的WL按去掉%符號后的數(shù)值進行計算。D線：IP=17C線：IP=10B線：WL=40A線：IP=0.63（WL-20）TB10001-20056.2.1基床表層填料的選用應(yīng)符合下列要求：1Ⅰ級鐵路應(yīng)選用A組填料（砂類土除外），當(dāng)缺乏A組填料時，經(jīng)經(jīng)濟必選后可采用級配碎石或級配砂礫石。2Ⅱ級鐵路應(yīng)優(yōu)先選用A組填料，其次為B組填料。對不符合要求的填料，應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。3填料的顆粒粒徑不得大于150mm。6.2.2基床底層填料的選用應(yīng)符合下列要求：1Ⅰ級鐵路應(yīng)選用A、B組填料，否則應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。2Ⅱ級鐵路可選用A、B、C組填料。當(dāng)采用C組填料時，在年平均降水量大于500mm地區(qū)，其塑性指數(shù)不得大于12，液限不得大于32%，否則應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。3填料的顆粒粒徑不得大于200mm，或攤鋪厚度的2/3。7.2.1路堤基床以下部位填料，宜選用A、B、C組填料。當(dāng)選用D組填料時，應(yīng)采取加固或土質(zhì)改良措施；嚴禁使用E組填料?！犊瓦\專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南》（TZ212-2005）中相關(guān)規(guī)定5.2.1基床以下路堤填料1基床以下路堤應(yīng)選用A、B組填料和C組碎石類、礫石類填料。2當(dāng)選用C組細粒土填料時，應(yīng)根據(jù)填料性質(zhì)進行改良。3當(dāng)選用硬質(zhì)巖石及不易風(fēng)化的軟質(zhì)巖的碎石時，應(yīng)級配較好，塊石類填料的粒徑不得大于15cm。5.2.2基床底層填料1基床底層應(yīng)選用A、B組填料或改良土。2塊石類作為基床底層填料時，應(yīng)級配良好，其粒徑不應(yīng)大于10cm。5.2.3基床表層填料1基床表層填料應(yīng)采用級配碎石、級配砂礫石和瀝青混凝土?！豆吠凉ぴ囼炓?guī)程》JTGE40-2007中相關(guān)規(guī)定從鐵路、公路對土的分類標(biāo)準(zhǔn)中可以得知：其主要方法是首先對土進行顆粒分析，根據(jù)顆粒分析結(jié)果進行分組，對于細粒土，再根據(jù)液塑限分析結(jié)果進行分類。各行業(yè)針對土工的質(zhì)量指標(biāo)鐵路公路建筑鐵路路基結(jié)構(gòu)形式基床以下路堤基床鐵路路基由基床和基床以下路堤組成，基床部分厚度為2.5m，其中包括了基床表層（0.6m）和基床底層（1.9m）。《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》中規(guī)定，路基基床由表層和底層組成，表層厚度為0.7m，底層厚度為2.3m，總厚度為3.0m?；惨陨蠟榈来玻槍Σ煌慕Y(jié)構(gòu)有不同的道床形式，主要分為有碴和無碴兩種。道床路塹《鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10414-2003）中的相關(guān)規(guī)定1.0.2本標(biāo)準(zhǔn)適用于旅客列車設(shè)計行車速度等于或小于160km/h的客貨列車共線運行的新建、改建標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路路基工程施工質(zhì)量的驗收。5.1.4路堤填料種類、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計要求。填筑前應(yīng)對取土場填料進行取樣檢驗；填筑時應(yīng)對運至現(xiàn)場的填料進行抽樣檢驗，當(dāng)填料土質(zhì)發(fā)生變化或更換取土場時重新進行檢驗。填料種類顆粒級配相對密度液、塑限擊實試驗大于5mm顆粒的單位體積重大于20mm顆粒的單位體積重大于40mm顆粒的單位體積重細粒土及粉砂、黏砂————每5000~10000m3每5000~10000m3每5000m3——每5000m3粗粒土（除粉砂、黏砂外）每10000m3每10000m3————每10000m3——每10000m3碎石類土每10000m3每10000m3——每5000~10000m3——每10000m3——塊石類土每10000m3————————————表5.1.4填料的檢驗項目、檢驗數(shù)量TB10414-2003注：1、表列數(shù)字為進行一次試驗的填料體積（m3）；2、大于5、20、40mm顆粒的單位體積重系進行密度校正計算時應(yīng)做的試驗；3、當(dāng)細粒土中含粗顆粒的最大粒徑大于重型擊實試驗試筒所規(guī)定的最大粒徑時，超過尺寸的粗顆粒應(yīng)做顆粒密度試驗。5.1.6路堤每一填筑層全寬應(yīng)采用同一種填料，壓實質(zhì)量應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄c的規(guī)定；不同種類填料（除塊石類混合料外）應(yīng)采用雙指標(biāo)控制，并符合下列規(guī)定：1細粒土和砂類土中的黏砂土、粉砂土，應(yīng)采用壓實系數(shù)和地基系數(shù)；2砂類土（黏砂土、粉砂土除外），應(yīng)采用相對密度和地基系數(shù)；3礫石類土和碎石類土，應(yīng)采用孔隙率和地基系數(shù)；4塊石類混合料，應(yīng)采用地基系數(shù)。表5.1.6基床以下路堤填筑層壓實質(zhì)量的檢驗數(shù)量、檢驗方法填料種類檢驗數(shù)量檢驗方法各種土類每填高0.9m，縱向每100m檢查2個斷面4點，距路基邊緣2m處2點、中間2點，不足0.9m也檢查2個斷面4點K30平板載荷儀細粒土和黏砂土每層沿縱向每100m等間距檢查2個斷面6點，每斷面左、中、右各1點，左、右點距路基邊緣1m處環(huán)刀法、核子密度儀粗粒土、細粒土灌砂法、氣囊法粗粒土、細粒土、碎石類、最大粒徑小于60mm的塊石類土灌水法TB10414-20036.1.6路堤基床底層全寬應(yīng)采用同一種填料填筑，其壓實質(zhì)量應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄B的規(guī)定；不同種類填料（除塊石類混合料外）應(yīng)采用雙指標(biāo)控制，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1細粒土和黏砂土，應(yīng)采用壓實系數(shù)和地基系數(shù)；2砂類土（黏砂土除外），應(yīng)采用相對密度和地基系數(shù)；3礫石類土和碎石類土，應(yīng)采用孔隙率和地基系數(shù)；4塊石類混合料，應(yīng)采用地基系數(shù)。表6.1.6基床填筑層壓實質(zhì)量的檢驗數(shù)量、檢驗方法填料種類檢驗數(shù)量檢驗方法各種土類每填高0.9m，縱向每100m檢查2個斷面4點，距路基邊緣2m處2點、中間2點，不足0.9m也檢查2個斷面4點K30平板載荷儀細粒土和黏砂土每層沿縱向每100m等間距檢查2個斷面6點，每斷面左、中、右各1點，左、右點距路基邊緣1m處環(huán)刀法、核子密度儀粗粒土、細粒土灌砂法、氣囊法粗粒土、細粒土、碎石類、最大粒徑小于60mm的塊石類土灌水法擋土墻墻后填料的種類、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計要求；壓實質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計要求。《客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)[2005]160號）中的相關(guān)規(guī)定基床以下路堤的壓實標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)填料類別按下表采用雙指標(biāo)控制。項目壓實標(biāo)準(zhǔn)改良細粒土砂類土及細礫土碎石類及粗礫土地基系數(shù)K30（MPa/m）≥90≥110≥130孔隙率n（%）——＜31＜31壓實系數(shù)K≥0.90————基床底層普通填料、物理改良土壓實標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)填料類別按下表采用地基系數(shù)、動態(tài)變形模量和孔隙率（或壓實系數(shù)）三項指標(biāo)控制?；驳讓訅簩嵸|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)填料壓實標(biāo)準(zhǔn)改良細粒土砂類土及細礫土碎石類及粗礫土A、B組填料及改良土地基系數(shù)K30(MPa/m)≥110≥130≥150動態(tài)變形模量Evd（MPa）≥40≥40≥40壓實系數(shù)K≥0.95————孔隙率n——＜28%＜28%基床表層壓實質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)填料壓實標(biāo)準(zhǔn)地基系數(shù)K30(MPa/m)動態(tài)變形模量Evd（MPa）孔隙率n級配碎石或級配砂礫石≥190≥55＜18%主要指標(biāo)的概念1、壓實系數(shù)填料壓實后的干密度與擊實試驗得出的最大干密度的比值。2、地基系數(shù)以某一下沉量除與其相對應(yīng)的荷載強度所得到的值，以標(biāo)準(zhǔn)值k30表示。3、相對密度填料最大孔隙比與填筑壓實后實測孔隙比之差和最大孔隙比與最小孔隙比之差的比值。4、孔隙率土的孔隙體積與總體積的比值，以百分率表示?！豆仿坊┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》（JTGF10-2006）中的相關(guān)規(guī)定路床路面結(jié)構(gòu)層底面以下0.80m范圍內(nèi)的路基部分，在結(jié)構(gòu)上分為上路床（0～0.30m）和下路床（0.30～0.80m）。路堤高于原地面的填方路基。路堤在結(jié)構(gòu)上分為上路堤和下路堤，上路堤是指路面底面以下0.80～1.50m范圍內(nèi)的填方部分；下路堤是指上路堤以下的填方部分。公路施工路基施工規(guī)范對路基填料的規(guī)定4.1.2路基填料應(yīng)符合下列規(guī)定1含草皮、生活垃圾、樹根、腐殖質(zhì)的土嚴禁作為路基填料。2泥炭、淤泥、凍土、強膨脹土、有機質(zhì)土及易溶鹽超過允許含量的土，不得直接用于填筑路基；確需使用時，必須采取技術(shù)措施進行處理，經(jīng)檢驗滿足設(shè)計要求后方可使用。3液限大于50%、塑性指數(shù)大于26、含水量不適宜直接壓實的細粒土，不得直接作為路堤填料；需要使用時，必須采取技術(shù)措施進行處理，經(jīng)檢驗滿足設(shè)計要求后方可使用。4粉質(zhì)土不宜直接填筑于路床，不得直接填筑于浸水部分的路堤及冰凍地區(qū)的路床。5填料強度和粒徑，應(yīng)符合表4.1.2的規(guī)定。CBR（加州承載比）：表征路基土、粒料、穩(wěn)定土強度的一種指標(biāo)，即標(biāo)準(zhǔn)試件在貫入量為2.5mm時所施加的試驗荷載與標(biāo)準(zhǔn)碎石材料在相同貫入量時所施加的荷載之比值，以百分率表示。4.2.2中規(guī)定，土質(zhì)路堤在填筑至設(shè)計標(biāo)高并整修完成后，其施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括了壓實度、彎沉等指標(biāo)。施工過程中，每一壓實層均應(yīng)檢驗壓實度，檢測方法采用灌砂法、灌水法、環(huán)刀法、核子密度儀法等。4.2.3條中規(guī)定，填石路堤施工質(zhì)量采用孔隙率控制比較合適。但由于其在檢測過程中需要挖大坑（最大粒徑的1.5~2倍）采用水袋法進行，用于施工過程控制難度較大。故規(guī)定在試驗路修筑時采用孔隙率指標(biāo)進行檢驗，確定相應(yīng)的施工工藝參數(shù)與壓實沉降差作為路堤施工時的壓實質(zhì)量檢測控制指標(biāo)。填筑至設(shè)計標(biāo)高后進行彎沉檢測。填石路堤概念用粒徑大于37.5mm且含量超過總質(zhì)量70%的石料填筑的路堤。4.2.4條中規(guī)定，對于土石路堤，施工過程中的每一壓實層，可用試驗路段確定的工藝流程和工藝參數(shù)，控制壓實過程；用實驗路段確定的沉降差指標(biāo)，檢測壓實質(zhì)量。土石路堤：石料含量占總質(zhì)量30~70%的土石混合材料修筑的路堤。土石路堤應(yīng)先修筑試驗路，在已選用的壓實機械類型、功率及組合、壓實速度條件下，確定填料的最大粒徑、最適宜的填筑厚度、壓實到最大干密度時的壓實遍數(shù)，同時也測出相對應(yīng)的沉降差。以最大干密度作為檢測土石路堤試驗路的壓實度標(biāo)準(zhǔn)，同時也應(yīng)確定沉降差和工藝參數(shù)，作為大規(guī)模施工時壓實質(zhì)量的檢查控制標(biāo)準(zhǔn)。土石路堤填料壓實質(zhì)量控制，應(yīng)根據(jù)實際填料的來源配制不同含石量（20~70%）的試樣進行室內(nèi)大筒重型擊實試驗，通過試驗確定不同含石量（以擊實后試樣含石量為準(zhǔn)）填料的最大干密度和最佳含水量，給出同一種料的不同含石量最大干密度曲線。在采用細料壓實度進行質(zhì)量控制時，應(yīng)由試驗確定細料的最大干密度和最佳含水量。對于