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土的分类与鉴别

第一节概述

土方工程是建筑工程施工中主要分部工程之一,在场地平整、基础施工以及排水、降水和土壁支撑等施工中都要涉及。

一、土方工程的施工特点

土方工程的工程量大,施工工期长,劳动强度大。应尽量采用机械化施工。

土方施工条件复杂,多为露天作业,受气候、水文、地质的影响较大,地上、地下难以确定的因素较多。因此,在土方工程施工前,必须做好施工组织设计,选择好施工方法和机械设备,制订合理的调配方案,实行科学管理,以确保工程质量,取得良好的经济收益。

二、土的基本性质

(一)土的组成

土由颗粒、水和空气三部分组成,日常所见到的土有干燥的、潮湿的、密实的或松散的,它们之所以呈现出不同的物理状态,都是由于颗粒、水和空气三部分所占比例不同,而这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化。

土的三相物质是混合分布的,为研宄阐述方便,一般用三相图(见图1)表示。

(二)土的物理性质

1.土的天然含水量。土的干湿程度用天然含水量《表示,即在天然条件下,土中水的质量与颗粒质量之比的百分率,即

ω=mw/ms╳100%(1)

式中:mw:土中水的质量(kg);

ms:土中固体颗粒的质量kg)



图1土的三相图

m—土的总质量m=ms+mw(kg)

ms—土中颗粒的质量kg)

mw--土中水的质量kg)

v—土的总体积V=va+vw+vs(m3)

va一土中空气体积(m3)

vs—土中颗粒体积(m3)

vw一土中水的体积(m3)

vv—土中孔隙体积vv=va+vw(m3)

2.土的天然密度和干密度。土在天然状态下单位体积的质量,叫土的天然密度,用ρ表示,即

ρ=m/v(2)

式中:m——土的总质量kg);v——土的总体积(m3)。

土的干密度是土的固体颗粒质量与土的总体积的比值,用ρd表示,即

ρd=ms/v(3)

3.土的孔隙比和孔隙率。土的孔隙比e是孔隙的体积与颗粒体积的比值,即

e=vv/vs(4)

土的孔隙率n是孔隙的体积与总体积的比值,用百分率表示

n=vv/v╳100%(5)

(三)土的工程性质

1.土的可松性与可松性系数。土体经过挖掘后,组织被破坏,体积增加,即便夯实后也不能完全恢复的性质,称为土的可松性。用可松性系数表示,即

Ks=V2/V1(6)

K’S=V3/V1(7)

式中:Ks,K'--士的最初,最后可松性系数;

V1—土在天然状态下的体积m3

V2—土在挖出后松散状态下的体积(m3);

V3—土经压(夯)实后的体积m3)。

可松性系数对于土方的调配及运输都有影响。各类土的可松性系数见表1。

2.土的渗透系数。土的渗透系数指单位时间内水穿透土体的能力,用m/d(米/天)表示。由于土的渗透系数不同,将土分为透水性土(如砂土)和不透水性土(如粘土)。施工中降水和排水的速度将受其影响。一般土的渗透系数见表1。

表1土的渗透系数

土的名称

渗透系数(m/d)

土的名称

渗透系数m/d)

粘土

<0.005

中砂

5.00—20.00

亚粘土

0.005-0.10

匀质中砂

35-50

轻亚粘土

0.10-0.50

粗砂

20-50

黄土

0.25-0.50

圆砾石

50〜100

粉砂

0.50〜1.00

卵石

100-500

细砂

1.000-5.00

第二节土的工程分类、按土的开挖难易分类

土方工程施工和工程预算定额中,土是按其开挖难易程度(即土的硬度系数大小)分类的。工程上常把土分为轻、普、坚土和砂砾坚土类(见表2)。再硬则称为岩石。

表2岩土的工程分类

土石分类

土石级别

土石名称

坚实系数(f)

密度kg/m3)

开挖方法及工具

一类土凇软土)

I

砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭)

0.5-0.6

600〜1500

能用锹、锄头挖掘

二类土(普通土)

II

粉质粘土、潮湿的黄土、夹有碎石或卵石的砂、粉土混卵石种植土、填土

0.6-0.8

1100〜1600

用锹、锄头、少许用镐翻松

三类土(坚土)

III

软及中等密实粘土、重粉质粘土、砾石土干黄土、含有碎石及卵石的黄土、粉质粘土、压实填土

0.8〜1.0

1750〜1900

主要用镐、少许用锹、锄头挖掘,部分用撬棍

四类土(砂砾坚土)

IV

坚硬密实的粘性土或黄土、含碎石及卵石的中等密实帖性土或黄土、粗卵石、天然级配碎石、软泥灰岩

1.0〜1.5

1800〜1950

整个用镐、撬棍,然后用锹挖掘,部分用楔子及大锤

五类土(软石)

V〜VI

硬质粘土、中密页岩、泥灰岩、白垩土、胶质不坚密砾岩、软石灰岩、贝壳石灰岩

1.5〜4.0

1200〜2700

用镐或撬棍、大锤挖掘,部分使用爆破方法

六类土(次坚石)

VII〜IX

泥岩、砂岩、砾岩、坚实页岩、泥灰岩、密实石灰岩、风化花岗岩、片麻岩、正常岩

4.4〜10.0

2200〜2900

用爆破方法开挖,部分用风镐

七类土(坚石)

X〜XII

大理岩、辉绿岩、玢岩、粗及中粒花岗岩、坚实白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩、微风化安山岩、玄武岩

10.0〜18.0

2500〜2900

用爆破方法开挖

八类土

(特坚石)

XIV〜XVI

安山岩、玄武岩、花岗片麻岩、坚实细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩、角闪岩

18.0〜25.0

2700〜3300

用爆破方法开挖

注:1.土石级别是按16级土石分类法2.坚实系数f为普氏岩石强度系数。 

二、按土的粒径分类

表3土的粒径分类



表4碎石土

土的名称

颗粒形状

土的颗粒在干燥时占全部重量的%

漂石

圆形及亚圆形为主

粒径大于200mm的颗粒超过全重50%

块石

棱角形为主

卵石

圆形及亚圆形为主

粒径大于20mm的颗粒超过全重50%

碎石

棱角形为主

圆砾

圆形及亚圆形为主

粒径大于20mm的颗粒超过全重50%

角砾

棱角形为主

注:定名时应根据表中粒径分组由大到小以最先符合者确定。

表5砂土

土的名称

土的颗粒在干燥时占全部重量的%

砾砂

粒径大于2mm的颗粒占全重25%-50%

粗砂

粒径大于0.5mm的颗粒超过全重50%

中砂

粒径大于0.25mm的颗粒超过全重50%

细砂

粒径大于0.10mm的颗粒超过全重75%

粉砂

粒径大于0.10mm的颗粒不超过全重75%

注:定名时应根据表中粒径分组由大到小以最先符合者确定。

三、按粒组的含量分类

这是国际制分类法。以粘粒(<0.002mm)、粉粒0.00202mm)和砂粒0.02〜2.00mm)三种粒级的质量百分比为基础进行的分类,共有四类十二级,见表6。

表6国际制土壤质地分类

土类名称

质地名称

Ip

各粒组的质量(%)

粘粒

(<0.002mm)

粉砂0.002〜0.02mm)

砂粒

0.02〜2.Omm)

砂土类

1砂土及壤质砂土

<1

0〜15

0〜15

85—100



壤土类

2砂质壤土

1〜7

0〜15

0〜45

55〜85



3壤 土

0〜15

35〜45

40〜55



4粉砂质壤土

0〜15

45〜100

0〜55



粘壤土类

5砂质粘壤土

7〜10

15〜25

0〜30

55〜85



6粘壤土

15〜25

20〜45

30〜55



7粉砂质粘壤土

15〜25

45〜85

0〜40

粘土类

8砂质粘土

9壤质粘土

10粉砂质粘土

11粘土

12重粘土

10〜17

17〜27

>27

25〜45

25〜45

25〜45

45〜65

65〜100

0〜20

0〜45

45〜75

0〜35

0〜35

55〜75

10〜55

0〜30

0〜55

0〜35

第三节土的鉴别

土的野外鉴别方法,主要靠观察和手指触摸进行野外鉴别时,可参照表7表12中所列的指标和方法进行。

表7土的现场鉴别方法

项次

土壤名称

现场鉴别方法



在手掌中搓捻时感觉

用放大镜看和用眼看的情况

土的情况

搓条试验



干的时候

湿的时候



1

砂土

感到是砂粒

看到绝大部分是砂粒

松散

无塑性

搓不成土条



2

亚砂土

感觉有砂粒也有粘性

砂粒比粘土多

土块用手捏或抛扔时易碎

无塑性

几乎不能搓成土条,滚成的土球容易开裂和散落



3

细亚砂土

细砂粒较多也有些粘性

砂粒比粘土多

土块结合,比亚砂土坚固

无塑性

可搓成直径为5mm左右的短土条

4

粉土

大部分是干粉末

砂粒少,绝大部分是粉砂土

土块结合比亚砂土坚固

有流动性,土球经振动可成饼,在手中可成团

搓成条时表面有水渗出



5

亚粘土

没有均质的感觉,感到有砂粒,土块容易被压碎

细土末中有砂粒

用锤击和手压土块容易被碎开

能搓成比粘土较粗的短土条,能滚成小球

不易搓成长条

6

粉质亚粘土

砂粒少,小土粒易于用手捻碎

有一部分细粉砂土颗粒

土块不坚硬,锤可打成细土粒

有塑性,粘结力较大

不易搓成直径为3mm的长条

7

重亚粘土

粘土中感觉有砂粒

砂土多于粉砂土

土块不太坚硬,用锤可打成细块

有塑性,粘结力大很容易搓成

能搓成直径为1〜2mm的长条



8

粘土

极细的均匀土块很难用手搓碎不感觉有砂粒

大多是很细的粉末,一般没有砂粒

坚硬,用锤能打碎,碎块不会散落

细于0.5mm

的长条,易滚成小球,压成饼时边不起裂缝

能搓成直径为1mm的长条

表8粘性土潮湿程度的野外鉴别

试验指标

潮湿程度

名称又

IL<O

0≤IL<1

IL≥1

半干硬状态

可塑状态

流塑状态

粘砂土

搅动后不易捏成团,一摇即散

搅动后能捏成团,手拍时土表稍出水,手中有湿印,用手捏之水即吸回

手拍有水流出,土体塌流成扁圆形

砂粘土

搅动后一般不能捏成饼,易成细块和粉末

搅动后能捏成饼,手拍数次不见水,但有时可稍见光泽

搅动后手拍表层出水,手上有明显湿印

粘土

搅动后能捏成饼,边上多裂口

搅动后两手相压土成饼状,粘于手掌,揭掉后掌中有湿痕

搅动后手捏有明显湿痕,并有土粘于手上

表9碎石土密实度野外鉴别

密实度

骨架颗粒含量和排列

天然坡和开挖情况

可粘性

密实

骨架颗粒含量大于总重的70%,呈交错排列,连续接触

天然陡坡较稳定,面形状

钻进极困难

冲击钻探时,钻杆吊锤跳动剧烈孔壁较稳定

中密

骨架颗粒含量等于总重的60%〜70%,呈交错排列,大部分接触

天然坡不易陡立,或陡坎下堆积物较多,但大于粗颗粒镐可挖掘,坑壁有掉块现象,从坑壁取出大颗粒处砂类土不保持凹面形状

钻进较困难,冲击钻探时,钻杆、吊锤跳动不剧烈孔壁有坍塌现象

稍密

骨架颗粒含量小于总重的60%,排列混乱,大部分不接触

不能形成陡坎,天然坡接近于粗颗粒的安息角锹可挖掘,坑壁易坝塌,从坑壁取出大颗粒后砂类土即塌落

钻进较容易,冲击钻探时,钻杆稍有跳动,孔壁易坍塌

注:1.骨架颗粒系指与表相对应粒径的颗粒。

2.碎石土的密实度,应按表列各项要求综合确定。

表10碎石类土及砂类土野外鉴别表

鉴别方法

大块碎石类土

砂类土

卵(碎)石土

圆(角)砾石土

砾砂

粗砂

中砂

细砂

粉砂

颗粒粗细

一半以上颗粒接近和超过蚕豆粒大小

一半以上颗粒接近和超过小高梁粒大小

约有一半以上颗粒接近和超过小高梁粒大小

约有一半以上颗粒接近和超过细小米粒大小

约有一半以上颗粒接近和超过鸡冠花籽粒大小

颗粒粗细程度较精制食盐稍粗,与粗玉米粉近似

颗粒粗细程度较精制食盐稍细,与小米粉近似

干燥时状况

颗粒完全分散

颗粒完全分散

颗粒完全分散

颗粒完全分散,有个别胶



颗粒基本分散,有局部胶结(胶结部分一碰即散)

颗粒大部分散,少量胶结(胶结部分稍加碰撞即散)

颗粒少部分分散,大部分胶结潲加压力亦可分散)

湿润时用手拍击

表面无变



表面无变



表面无变化

表面无变化

表面偶有水印

表面有水印

表面有显著水印

粘着感

无粘着感

无粘着感

无粘着感

无粘着感

无粘着感

偶有轻。微粘着感

有轻微粘着感

注:所列分类标准适用于较纯净的砂、卵石。

表11砂类土潮湿程度的野外鉴别

潮湿程度

稍湿

潮湿

饱和

试验指标

Sr≤5

0.5<Sr≤0.8

Sr>0.8

感性鉴定

呈松散状,手摸时感到潮湿

可以勉强捏成团

空隙中的水可自由渗出

表12人工填土、淤泥、黄土、泥炭的现象鉴别方法

土的名称

观察颜色

夹杂物质

形状(构造)

浸入水中的现象

湿土搓条情况

干燥后强度

人工

填土

无固定颜色

砖瓦碎块、垃圾、炉灰等

夹杂物显露于外,构造无规律

大部分变为稀软淤泥,其余部分为碎瓦、炉渣,在水中单独出现

一般能搓成3mm土条,但易断,遇有杂质甚多时即不能搓条

干燥后部分杂质脱落,故无定形,稍微施加压力即行破碎

淤泥

灰黑色,有臭味

池沼中有半腐朽的细小动植物遗体,如草根,小螺壳等

夹杂物经仔细观察可以发觉,构造常呈层状,但有时不明显

外观无显著变化,在水面出现气泡

一般淤泥质土接近轻亚粘土,故能搓成3mm土条(长至少3cm),容易断裂

干燥后体积显著收缩,强度不大,锤击时呈粉末状,用手指能捻碎

黄土

黄褐两色的混合

有白色粉末出现在纹理之中

夹杂物质常清晰显见,构造上有垂直大孔(肉眼可见

即行崩散而分成散的颗粒集团,在水面上出现很多白色液体

搓条情况与正常的亚粘土类似

一般黄土相当于亚粘土,干燥后的强度很高,手指不易捻碎



泥炭

深灰或黑色

有半腐朽的动植物遗体,其含量超过60%

夹杂物有时可见,构造无规律

极易崩碎,变为稀软淤泥,其余为植物根、动物残体,渣滓悬浮于水中

一般能搓成1〜3mm土条,但残渣甚多时仅能搓成3mm以上土条

干燥后大量收缩,部分杂质脱落,故有时无定形

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