土石方工程與地基處理

土石方工程與地基處理第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、土石方工程重要性：

土石方工程是工程施工中的主要項目之一，土方開挖、填筑、運輸?shù)裙ぷ魉璧膭趧恿亢蜋C械動力消耗均很大，往往是影響施工進度、成本及工程質(zhì)量的因素。第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土石方工程施工特點：

（1）影響因素多且施工條件復雜

土壤是天然物質(zhì)，種類多且成分較為復雜，性質(zhì)各異又常遭遇地下水的干擾。組織施工直接受到所在地區(qū)的地形、地物、水文、地質(zhì)以及氣候諸多條件的影響極大。施工必須具有針對性。

第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）量大面廣且勞動繁重

如給排水管道施工屬線型工程，長度常達數(shù)公里，甚至數(shù)十公里，而某些大型污水處理工程，在場地平整和大型基坑開挖中，土石方施工工程量可達數(shù)十萬到百萬立方米。對于量大面廣的土石方工程，為了減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，加快工程進度，降低工程成本，應盡可能采用機械化施工來完成。

第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月

（3）質(zhì)量要求高，與相關施工過程緊密配合

土石方施工，不僅要求標高和斷面準確，也要土體有足夠強度和穩(wěn)定性。常需與相關的施工排水、溝槽支撐和基坑護壁、堅硬巖土的爆破開挖等施工過程密切配合第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月施工前要作好調(diào)查研究，搜集足夠的資料，充分了解施工區(qū)域地形地物、水文地質(zhì)和氣象資料；掌握土壤的各類和工程性質(zhì)；明確土石方施工質(zhì)量要求、工程性質(zhì)、施工工期等施工條件，并據(jù)此作為擬定施工方案、計算土石方工程量、選擇土壁邊坡和支撐、進行排水或降水設計、選擇土方機械、運輸工具及施工方法等的依據(jù)。第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月

在給水排水管道和構(gòu)筑物工程中，常會遇到一此軟弱土層，當天然地基的承功力不能滿足要求時，就需要針對當?shù)氐鼗鶙l件，采用合理、有效和經(jīng)濟的施工方案，對地基進行加固或處理。

第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月三、本章內(nèi)容：土的工程性質(zhì)及分類；施工場地平整；溝槽與基坑開挖、支撐設置；土方回填與夯實；地基加固處理；土石方爆破施工。第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)土的工程性質(zhì)及分類一、土的組成

土是由巖石風化生成的松散沉積物，其組成復雜、作用機理復雜。是由顆粒（固相）、水（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）土的固體顆粒

1、土的顆粒級配

粒組：通常是把大小相近的土粒合并為一組，稱為粒組。粒組分類：不同的粒組具有不同的性質(zhì)，工程上以尺度為參照，采用的粒組為六大粒組，即漂石、卵石、圓礫、砂粒、粉粒及粘粒。第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒粒組的劃分表1-1

①砂粒和粉粒的界限粒徑，規(guī)范GBJ7-89采用0.075mm。粒

組

名

稱粒徑范圍（mm）一

般

特

征漂石或塊石顆粒>200透水性大，無粘性，無毛細水卵石或碎石顆粒200~20透水性大，無粘性，無毛細水圓礫或角礫顆粒20~2透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超過粒徑大小砂

粒2~0.05易透水，當混入云母等雜物時透水性減小，而壓縮性增加；無粘性遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大粉

粒0.05①~0.005透水性??；濕時有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象粘

粒<0.005透水性很??；濕時有粘性，可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，且速度較慢第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒級配：

土中某粒組的土粒含量為該粒組中土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比，常以百分數(shù)表示。而土中各粒組相對含量百分比稱為顆粒級配。確定級配方法：用篩分法和比重計法測定。前者適用于粒徑大于0.075mm的土，后者適于粒徑小于0.075mm的土。

第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒級配的表示:

根據(jù)土粒分析試驗結(jié)果，在半對數(shù)座標紙上，以縱座標表示小于某粒徑的土粒含量百分比，橫座標表示粒徑（用對數(shù)座標），繪出顆粒級配曲線。第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒級配曲線的使用：根據(jù)土粒級配曲線陡度可判定土的均勻程度。若顆粒級配曲線陡降，說明該土粒的粒徑大小相差不懸殊，土粒較均勻，級配不好；若顆粒級配曲線平緩，說明該土粒的粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級配良好。第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月不均勻系數(shù)Ku：評價土的均勻程度的指標用其表達式為：

式中d10——小于某粒徑土粒質(zhì)量累計百分數(shù)為10%時對應的粒徑，稱為有效粒徑；d60——小于某粒徑土粒質(zhì)量累計百分數(shù)為60%時對應的粒徑，稱為限定粒徑。在工程上Ku<5的土是均勻的，級配不好；當Ku>5時土是不均勻的，但級配良好。

第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、土粒的礦物成分

土的固體顆粒構(gòu)成土的骨架，是由礦物所組成的。組成固體顆粒的礦物有原生礦物、次生礦物和有機化合物。第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月碎石土和砂土顆粒組成：

由原生礦物所組成，即由石英、長石和云母等組成，即大顆粒變?yōu)樾☆w粒的簡單機械破碎。第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月粉粒的礦物成分:石英和難溶的鹽類CaCO3、MgCO3等顆粒。粘粒的礦物成分:粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類。粘土礦物由于晶片結(jié)合情況不同，有蒙脫石、伊里石和高嶺石三類。第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月高嶺石的晶格結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，親水性小，故其膨脹性和可塑性較小，對于其它物質(zhì)的吸附能力也不大。蒙脫石與高嶺石比較起來，具有截然不同的性質(zhì)。蒙脫石的晶格結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，水容易滲入，親水性就大，它與水結(jié)合的能力遠高于高嶺石當它與水作用時，具有極大的膨脹性、可塑性。我國湖北、安徽和西南地區(qū)有一種膨脹土，它不僅具有浸水后能嚴重膨脹，而且具有水分蒸發(fā)后又會嚴懲收縮的性質(zhì)，這是因為這種土含有大量蒙脫石所致。第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月伊里石的性質(zhì)介于高嶺石與蒙脫石之間，但比較接近于蒙脫石。粘粒組除上述礦物外，還有腐殖質(zhì)等膠態(tài)物質(zhì)它的顆粒很微小，能吸附大量水分子。第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）土中水和氣體1、土中水土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)。當土中溫度在0℃以下時，土中水凍結(jié)成冰，形成凍土，其強度增大。但凍土融化后，強度急劇降低,土中氣態(tài)水，對土的性質(zhì)影響不大.第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月土中液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水：（1）結(jié)合水結(jié)合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。由于粘粒表面一般帶有負電荷，使土粒周圍形成電場，在電場范圍內(nèi)的水分子和水溶液中的陽離子一起被吸附在土粒表面。第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)合水分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水。強結(jié)合水：緊靠土粒表面的結(jié)合水。它沒有溶解能力，不能傳遞靜水壓力，只有在105℃溫度時才蒸發(fā)。這種水性質(zhì)接近固體,具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度。第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月弱結(jié)合水:存在于強結(jié)合水外圍的一層結(jié)合水。它仍不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近較薄水膜緩慢轉(zhuǎn)移。粘性土中含有較多的弱結(jié)合水時，土具有一定的可塑性。

第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）自由水自由水是存在于土粒表面電場范圍以外的水。它的性質(zhì)與普通水一樣，服從重力定律，能傳遞靜水壓力，冰點為0℃，有溶解能力。自由水分為:重力水和毛細水。

第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月重力水：指受重力作用而移動的自由水。它存在于地下水位以下的透水層中。毛細水：毛細水受到它與空氣交界面處表面張力的作用，它存在于潛水位以上的透水土層中。第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、土中氣體

土中氣體有與大氣相連通的和封閉的。在粗粒土中常見到與大氣相聯(lián)通的空氣，它對土的力學性質(zhì)影響不大。在細粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，它在外力作用下具有彈性，并使土的透水性減小。第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土的三相比例指標

土中的土粒、水和氣三部分的質(zhì)量（或重力）與體積之間的比例關系，隨著各種條件的改變而變化，土的疏密、輕重、軟硬、干濕等性質(zhì)，可通過某些表示其三相組成比例關系的指標反映出來。第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月用指標、圖表示土的三相組成，見下圖。第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月指標含義：ms—土粒的質(zhì)量；mw—土中水的質(zhì)量；ma—土中氣的質(zhì)量（ma≈0）；m—土的質(zhì)量：m=ms+mwVs—土粒的體積；Vw—土中水的體積；Va—土中氣的體積；V—土的體積：V=Vs+Vw+Va土粒的重力：Gs=msg土中水的重力：Gw=mwg土的重力：G=mg第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1、土的密度ρ

通常砂土，ρ=1.6～2.0t/m3；粘性土和粉土，ρ＝1.8～2.0t/m3。第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、土的重力密度γ單位體積土所受的重力稱為土的重力密度，簡稱土的重度，并以γ表示

砂土γ=16～20KN/m3，粘性土和粉土，γ=18～20KN/m3。第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3、土粒相對密度（比重）ds

第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒比重參考值土的類別砂土粉土粘性土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.65～2.692.70～2.712.72～2.732.73～2.74第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月4、土的含水量ω土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比（用百分數(shù)表示）稱為土的含水量，并以ω表示：

含水量的數(shù)值和土中水的重力與土粒重力之比（用百分數(shù)表示）相同，即：

第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5、土的干密度ρd單位體積土中土粒的質(zhì)量稱為土的干密度，并以ρd表示：

土的干密度值一般為1.3～1.8t/m3。

第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6、土的干重度γd

土的單位體積內(nèi)土粒所受的重力稱為土的干重度，并以γd表示：

第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月7、土的飽和重度γsat土中孔隙完全被水充滿時土的重度稱為飽和重度，并以γsat表示：

第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月8、土的有效重度γ′

地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除水的浮力的單位體積上所受的重力稱為土的有效重度，并以γ′表示：

第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月9、土的孔隙比土中孔隙體積與土粒體積之比稱為土的孔隙比，并以e表示：

e<0.6的土是密實的，土的壓縮性?。籩>1.0的土是疏松的，壓縮性高。第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月10、土的孔隙率n

土中孔隙體積與總體積之比（用百分數(shù)表示）稱為土的孔隙率，并以n表示：

第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月11、土的飽和度Sr

土中水的何種與體積之比（用百分數(shù)表示）稱為土的飽和度，并以Sr表示：（1-14）根據(jù)飽和度Sr的數(shù)值可把細砂、粉砂等土分為稍濕、很濕和飽和三種濕度狀態(tài)，見表。第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月三、無粘性土的密實度無粘性土定義：砂土、碎石土統(tǒng)稱為無粘性土，它的密實度對其工程性質(zhì)有重要的影響。第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月判別砂土的密實度的方法：1、采用天然孔隙比的大小來判別砂土的密實度，是一種較簡捷的方法。但不足之處是不能反映砂土的級配和形狀的影響。第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、用砂土相對密度Dr作為砂土密實度分類指標。相對密度Dr為：

式中：emax——砂土最松散狀態(tài)時的孔隙比；emin——砂土最密實狀態(tài)時的孔隙比；e——砂土的天然孔隙比。若砂土天然孔隙比接近最小孔隙比emin時相對密度Dr較大，砂土處于較密實狀態(tài)；若e接近emax，Dr較小，砂土處于疏松狀態(tài)。第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3、判定界限：根據(jù)Dr值可將砂土密實度劃分為下列幾種：1≥Dr>0.67密實的0.67≥Dr>0.33中密的0.33≥Dr>0松散的第49頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月用相對密度表示砂土密實度，要在現(xiàn)場采取原狀砂樣以求得土的天然孔隙比，而取原狀砂樣常較困難。故規(guī)范推薦用現(xiàn)場標準貫入試驗錘擊數(shù)N確定砂土密實度，標準如表。砂土的密實度密實度松散稍密中密密實標準貫入試驗錘擊數(shù)NN≤1010<N≤1515<N≤3030<N碎石土可以根據(jù)野外鑒別方法分為密實、中密、稍密三種第50頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月四、粘性土的物理特征

（一）界限含水量粘性土隨著含水量的增加而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑及流動狀態(tài)，如圖所示。第51頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月界限含水量：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為界限含水量。液限：土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量稱為