砂土和粉土地基的岩土重点工程评价.docx

1、砂土和粉土地基的岩土重点工程评价第16章 砂土和粉土地基岩土工程评价16-1 砂土和粉土基本特性及岩土工程问题砂土粒径不不大于2mm颗粒质量不超过总质量50，且粒径不不大于0.075mm颗粒质量超过总质量50土定名为砂土，砂土可按颗粒级配再分为5个亚类。砂 土 分 类土名称颗 粒 级 配砾砂粒径不不大于2mm颗粒质量占总质量25%50%粗砂粒径不不大于0.5mm颗粒质量超过总质量50%中砂粒径不不大于0.25mm颗粒质量超过总质量50%细砂粒径不不大于0.075mm颗粒质量超过总质量85%粉砂粒径不不大于0.075mm颗粒质量超过总质量50%注：定名时应依照颗粒级配由大到小以最先符合者拟定。粉

2、土粒径不不大于0.075mm颗粒质量不超过总质量50，且塑性指数等于或不大于10土定名为粉土。国标岩土工程勘察规范（GB50021）和建筑地基基本设计规范(GB50007)中并未对粉土亚类划分作出规定，某些地方原则或行业原则往往将粉土再按黏粒含量分为砂质粉土和黏质粉土。砂质粉土黏粒含量不大于或等于全重10；黏质粉土黏粒台量超过全重10。粉土中黏粒含量少，粉粒含量高，在与水作用及在外力作用下，由于毛细压力和孔隙水压力增大影确，塑限P和液限L等塑性实验指标无论在测定办法与原则方面，还是形成机理方面，均不符合塑性界限含水量基本概念，故不合用于粉土。因而，塑性指数Ip和液性指数IL均不合用于评价粉土性

3、状。粉土工程性质与中档塑性黏性土比较，其渗入性和抗剪强度明显增大，压缩性则明显减少，原则贯人击数和静探比贯入阻力普通增高2倍以上(如图16-1)。在粉土中钻探、取原状土样或打桩均较困难，施工开挖时容易产生流砂涌土现象。其中，砂质粉土(旧称亚砂土)一系列工程性质更接近粉砂，原某些地方和部门规范或规程曾将其列为砂土类。砂土及砂质粉土具备与黏性土绝然不同如下某些基本特性：1、砂土矿物成分重要是大量石英，另一方面为长石、云母及少量其她矿物、砂质粉土中含很少量黏土矿物。石英是稳定矿物，长石、云母等则抗风化稳定性较差，并且不同矿物成分颗粒形状和坚硬限度不同，并由于砂土构成颗粒较粗。因此矿物成分对其物理力学

4、性质影响是很大。这里引用由不同矿物成分各种粒径构成砂土孔隙比资料阐明，见表16-1。从表16-1，可以看出如下规律性变化： (1)当颗粒大小相似时，由不同矿物成分构成同一紧密限度孔隙比变化为：云母长石棱角石英浑圆石英，先后相差10倍左右。这显然与云母呈片状关于。 (2)由云母构成砂，在同一紧密状态下，砂孔隙比随着颗粒变细而减小；而由长石、石英(棱角及浑圆)构成砂则反之，砂孔隙比随着颗粒变细而增大。因而，在自然界，云母含量对砂土孔隙比及其一系列物理力学性质影响是很大。例如，均匀棱角砂，在无云母颗粒状况下，孔隙度n47(e=0.89)；当云母含量增长时，其孔隙度与云母含量呈曲线增长关系，如图16-

5、2所示。2、砂土和砂质粉土颗粒构成砂土和砂质粉土颗粒构成中，以各种大小砂粒和粉粒占绝对优势，黏粒含量很少，因而与水结合能力小。当砂粒变细及粉粒为重要成分时，毛细作用渐明显。当含水量不大时，由于毛细水存在，使砂土和砂质粉土体现出一定毛细黏聚力，但当饱水时，毛细黏聚力就消失，则呈现很小或无黏聚力散粒体，不具备塑性或微有塑性，因而也可称之为无黏聚性土。3、砂土和砂质粉土透水性较好砂粒愈粗、愈均匀、愈浑圆时，透水性愈高。4、静荷载作用下特性普通砂土和砂质粉土在静荷载作用下，压缩性较小，其压密过程也较快。工程实践表白砂土地基变形在施工期即可完毕7080以上，甚至可以以为已所有完毕砂粒愈粗，压缩性愈低，压

6、密愈快。5、砂土和砂质粉土抗剪强度砂土和砂质粉土抗剪强度由内摩擦角来决定、由石英构成内摩擦角最大，云母则最小。矿物成分对于较粗粒组内摩擦角影响较明显，这种影响随着粒度变小而递减。砂土和砂质粉土紧密限度增大时，内摩擦角也增长，这与在剪切带，不但发生颗粒间位移，并且还由于颗粒间咬合伙用，发生某些颗粒被破碎关于。在剪切过程中，砂土体积会发生变化，普通松砂变密，密砂则变松。砂粒形状及级配对其内摩擦角也有影响，普通浑圆、均匀砂粒内摩擦角较小。因此砂类土抗剪强度依然是一种比较复杂问题。6、地基承载力除了疏松砂土和砂质粉土之外，普通均可作为各种房屋建筑物和构筑物良好地基，此类土地基承载力与土紧密状态，基本大

7、小、埋深和地下水位关于。但对于饱和粉、细砂和砂质粉土地基，由于地下水渗流，易于发生流砂现象，在遭受振动作用时(如地展、机器振动等)，其强度会突然减少，发生液化现象。由于砂土和砂质粉土具备以上这些特性，故在地基勘察与设计中，要特别注意如下问题：1、砂土和砂质粉土紧密状态评估问题砂土和砂质粉紧密状态是鉴定其工程性质重要指标。它综合地反映了此类土矿物构成、粒度构成、颗粒形状等对其工程性质影响。但由于此类土很小或无黏聚力，因而要采用保持天然构造试样是相称因难，在工程勘察中，除了采用专门设备和办法来采用保证一定质量试样外，还发展了现场测定砂土紧密状态某些特殊测试手段。2、砂土和砂质粉土地基承载力评估问题

8、由于此类土勘探取样有较多问题，故在评估其地基承载力时，除了运用规范查表、或用强度公式进行计算外，对于重要工程，重要还要通过现场实验来研究解决。3、砂土和砂质粉土在动荷载作用下发生液化也许性评估问题由于砂土和砂质粉土在静荷载下压密较小，但在动荷载作用下，易于发生液化，往往使建筑物发生灾害性破坏，故在工程勘察中，如何来鉴定砂类土地基发生液化也许性，往往是对建筑场地评价核心问题。4、流砂问题在砂土和砂质粉土层中，由于施工不当，在地下水作用下，往往易于发生流动现象，使地基强度减少并失去稳定性，甚至危及邻近建筑，但如果预先预计到也许发生流砂，在施工中采用恰当施工办法，流砂危害是完全可以避免。因而，在工程

9、勘察中，对于什么样砂土，在何种条件下易于发生流砂分析研究也是一种重要问题。在本章内，咱们将对上述四个问题，分别进行讨论。16-2 砂土和粉土紧密状态评估问题砂土和粉土紧密状态是鉴定其工程性质重要指标。在静荷载作用下，密砂具备较高强度，构造稳定，压缩性小；而疏松砂则强度低，稳定性差，压缩性大。粉土，特别是砂质粉土也有如上相应变化。因而在工程勘察时，一方面要对砂土和粉土紧密限度作出判断。原地基规范(TJ7-74)依照北京、江苏、黑龙江、山东等地砂土实际资料记录，以为砂土容许承载力，无论其颗粒构成粗细，均随着天然孔隙比e减少而明显地增大。因而提出采用天然孔隙比体为砂土紧密状态分类批示，详细划分原则见

10、表16-2。岩土工程勘察规范规定，粉土密实度按天然孔隙比e可由如下原则拟定： 密实 e0.75 中密 0.9e0.75稍密 e0.9依照天然孔隙比鉴定砂土和粉土紧密状态看起来似乎简便，但事实上为要测定其天然孔隙比，则要采用原状土样，这在工程勘察中是比较困难，特别是对于地下水位如下砂层和砂质粉土层困难更多。国内有些单位在这方面做过不少工作，井已获得比较成功经验。对于位于地下水位以上砂土和砂质粉土，可用环刀法、或灌砂法(或注水法)测定其天然容重，即可求出天然孔隙比。环刀法合用于地下水以上湿砂和砂质粉土。这个办法是先挖一坑至欲取样标高处，在坑底切一种直径较环刀内径略大土柱，然后将环刀压入；或先将环刀

11、压人土中，边压边仔细切削环刀试样。对环刀规格，依照河北冶金勘察公司经验，以采用2500cm3容量环刀较好。例如，用2500 cm3环刀测定密实度为中密或密实状态，而用1000 cm3环刀测定为疏松。足见用1000 cm3环刀对砂土和砂质粉土构造扰动较大。本地下水位以上砂为干砂时，环刀法也不合用，则可用灌砂法（或注水法）。这个办法（见图16-3）是先在选定取样位置整平地面，在整平地面上铺置灌砂器底盘，于底盘中部为始终径1215cm圆孔，在圆孔内向下挖一小圆坑，将挖出砂所有称重得g1，在灌砂器先盛以足够数量原则砂，称重得g2。使灌砂器漏斗对准底盘因孔边沿。打开开关，即可向小圆坑内灌砂，待灌砂停止流

12、动关闭开关，称灌砂器连同余下砂粒重g3，则（16-1）式中：g0灌砂器底盘圆孔和灌砂器倒漏斗中原则砂重量； s 原则砂（0.50.25mm粒径）模仿灌砂条件堆积密度(原则砂用河砂风干后过筛面得)。也可用塑性薄膜注水代替灌砂以测定小圆坑容积，但坑口水平面观测往往带来较大人为误差。对于地下水位如下砂土和砂质粉土，特别粉细砂，要采用原状试祥是存在因难，面且必要于钻孔内取样。钻探至地下水位如下，到一定深度会浮现涌砂现象，并且钻杆起拔也有问题，易发生埋钻。砂层愈厚，涌砂愈严重。此时可用对开管，采用锤击、重锤少击法取土，用取土简中间偏下部土样供土工实验用，于现场测定和，再送室内测定颗粒比重G及粒度构成比例

13、。否则，土样在送室内途中，水分就流失，变成废土。此外，把这种取土简内土样取出及制各试样时，构造扰动较大，故进行力学性质测定仍有问题。原江苏省水利工程总队勘测队通过实践摸索，发展了一种新型取土器反旋活阀分节取土器(图16-4)。该取土器外径较小，仅为92mm。使用较小管径，可充分发挥砂摩擦力，防止掉样。取土器安放八节试样环，内径73mm，高50mm。取土器上端用反丝扣，当取土器压人土中后，顺时针旋转钻杆，就可使气门密闭。取土器提高地面后，取出分节试样环，用钢丝锯切断，试样环两端盖好，就可在现场称重测定天然容重和含水量，再装入可密封简内，送室内作其她实验。也可直接用试样环内试样在现场作剪切实验和固

14、结实验；把试样环套上有刻度透明有机玻璃管，即可于现场进行渗入实验，这种分节取土器最大长处在于避免了运送、保管、切土制备试样等环节对试样扰动，对于饱和软黏土，同样构造取土器也是合用。使用这种反旋活阀分节取土器效率在95以上，普通基本上都能取上保证一定质量试样。个别状况，砂土实在太硫松，取不上样时，可把取土器压下去后，等0.51h比让土样稍胀一胀，就可取上试样。在砂土和砂质粉土中钻进，钻至地下水位如下易发生涌砂及坍孔现象，有时可突然上涌35m，影响钻进进度，发生埋钻卡钻事故。并且越清越涌，严重影响地基强度。发生涌砂因素有：钻进清孔时，土构造被破坏，局部处在流动状态；上提钻具时，孔内水位下降，孔外水

15、位高，导致水位差，由于水渗流使砂处在悬浮状态；由于上提钻具时真空活塞作用而导致涌砂。当遇涌砂时，不要急于盲目清孔，而应分别不同状况详细对待。如由于孔内外水位差导致涌砂，可将套管加长，或是提高钻具时往孔内灌注清水边轻提边加水，以减少水头差。如由于真空活塞作用成涌砂，则可改用较小直径钻头清孔，提高钻具时，可转动钻杆使钻具紧靠一侧，以便于另一侧留较大间隙，所使用取土器诽水孔必短保持畅通。如由于动水压力发生涌砂，则可在孔内注入浓泥浆，效果也较好。此外，在砂土和砂质粉土中钻进过程不能间歇，规定不断顿地持续钻进，至完毕一孔为止，这也是很重要经验。当前，不少勘察单位，广泛使用冲水法或泥浆法钻进，用分节取土器

16、采样，于现场就地制定砂土和砂质粉土天然容重和天然含水量，换算后即得天然孔隙比，效果还是比较好。国内几十年来，还进行过测定砂土天然孔隙比其她办法实验研究，例如，-射线法，即运用-射线被土吸取与土密度关于原理间接地测定出一定范畴内砂土平均天然重度(图16-5)；也可以运用-射线进入土中后，发生散射原理，土密度愈大，散射越厉害，因而依照记录下来散射-射线可以相称精确地鉴定直径为5080cm范畴内砂土平均天然重度(见图16-6)。这种办法缺陷是实验精度受仪器及探测器影响很大。特别是放射源运送、储藏都比较麻烦，须有较好安全防护办法。同步还必要再测定天然含水量，才干推算出砂土天然孔隙比。此外，尚有冻结法，

17、将整体砂土冻结或将取土器底部冻结后再取样。但设备较复杂。对于直接采用天然孔隙比作为砂土紧密状态分类指标，国内有些勘察单位以为缺少概括性。由于砂土密实度还与砂粒形状、粒径级配等关于，有时硫松级配良好砂土孔隙比，比紧密颗粒均匀砂土孔隙比小。因而参照国内外既有资料分析，以为用相对密度D较有代表性。（16-2）式中：emax砂土在最松散状态时孔隙比，即最大孔隙比(测定办法是将疏松风干砂样，通过长颈漏斗轻轻地倒人容器，求其最小重度)；emin砂土在最密实状态时孔隙比，即最小孔隙比(例定办法是将疏松风干砂样分几次装入金属容器，并加以振动或锤击夯实，直至密度不变为止，求其最大重度)； e砂土天然孔隙比。冶金

18、部编制工程地质规范采用下表，用D作为砂土紧密状态分类指标（见表16-3）从理论上说，相对密度D是一种比较完善紧密状态指标，它综合地反映了砂土各个关于特性(如颗粒形状、颗粒级配等)，但在实际应用中仍有不少困难：要拟定相对密度，依然要测定砂土天然孔隙比，而这(在上面己讨论)是比较困难；此外还要测定emax和emin，由于测定办法不同，emax和emin测定值往往有人为因素影响，有时会浮现D1或D1不合理现象；当emax和emin相差不大时，计算D值误差往往很大。因而要用D来作为砂类土紧密状态指标，要对测定emax和emin办法进行研究并统一原则。当前研究成果表白，按土工实验办法原则(GBJl23-

19、88)规定，采用漏斗测定砂土emax；采用击实法测定emin，成果比较可靠。无论是按天然孔隙比e还是按相对密度D来评估砂土紧密状态，都要采用原状砂样，通过土工实验测定砂土天然孔隙比。当前，国内外，已广泛使用原则贯入或静力触探实验于现场评估砂土紧密状态。详见本教材第9章。尚有一种意见，以为砂土紧密限度，集中反映在荷载实验p-S曲线上，即反映在砂土力学性质上。见图16-7。这种状态分类法，反映了决定砂土承载力诸因素综合指标(涉及地质年代、成围、矿物成分、颗粒形状和级配等)。16-3 砂土和粉土地基在静载作用下承载力砂土和粉土地基与黏性土地基同样，地基承载力既与地基土自身特性关于，还与基本和上部建筑

20、特性以及施工特点关于。本节着重讨论砂土和粉土地基特殊性问题。一、影响砂土和粉土地基承载力因素依照国内(北京、上海、天津、江苏、黑龙江、山东等地)工程实践勘察资料，影响砂土和粉土承载力因素，可以归纳出如下几点初步结识：1、密实度和颗粒级配对砂土和粉土承载力有重大影响是其紧密状态和颗粒级配好坏。在其她条件相似状况下，砂土和粉土越密实，级配越好，承载力越高。2、颗粒粗细在相似密实度和级配条件下，砾砂和粗、中砂在外力作用下，其粒间摩阻力和咬合阻力大，且透水性好、故其承载力普通均不不大于细、粉砂和粉土，并很少受地下水和饱和度因素影响。3、地基沉降普通以为砂土和粉土地基承载力是由强度控制。由于除了松散、稍

21、密以外，其沉降量是不大，并且在施工期结束时，即完毕7080以上沉降，甚至已所有完毕。但也有以为其中砂土地基事实上很少发生强度破坏，砂土极限荷载是很高，故还是应当由变形控制承载力。砂土地基沉降量随着基本宽度增大而增大，见图16-8。砂土地基沉降值可以通过载荷实验来计算：（16-3）式中：S130cm*30cm正方承压板在荷物(kPa)作用下沉降量，(cm)； S同一荷载p(kPa)作用下，基本宽度为B基本沉降量，(cm)。对于基本宽度B一定条件下，基本沉降量还随D/B增长而减少(D为基本埋深)。反之，如果建筑物基本容许沉陷值已拟定，也可用式(16-3)来反算S1，然后依照p-S曲线，求出相应于S

22、1压力，即为容许承载力。4、施工办法施工办法对饱和粉、细砂和粉土地基承载力，在一定意义上起着控制作用。如采用大面积井点降水进行开挖基坑，地基承载力可以充分发挥，均能满足普通工程规定，但是如果排水不当或没有排水办法，则易于发生流砂涌砂现象，使砂土和粉土天然构造遭到破坏，其力学性质就变得很差。这是一条很重要经验。二、砂土和粉土地基承载力拟定办法砂土和粉土地基承载力可依照下述办法评估：1、依照物理指标查规范关于表格依照砂土和粉土物理指标查规范关于表格拟定普通建筑物地基承载力。其重要根据是颗粒构成。紧密状态(相对密度D或天然孔隙比e)、含水量以及与地下水关系。在冶金建设工程地质勘察技术规范中，对于基本

23、宽度B3m，埋置深度D=0.51.5m普通建筑物砂土和砂质粉土地基容许承载力及分别按表16-4和表16-5拟定。于冶金勘察规范中，当基本宽度B不不大于3m不大于7m时，对砂土可按表16-4中数值采用，但须同步进行变形验算。当基本宽度B不不大于7m，基本埋深不不大于1.5m时，按下式修正，并进行变形验算。（16-4）式中：地基持力层天然重度（地下水位如下取浮重度），kNm3；基本底面以上土加权平均重度(地下位水如下取浮容重)，kNm3；基本宽度，m（B7m则按7m计）；从室外设计地坪起算基本埋置深度，m。当D1.2m， 对于任意B值： 式中：B 基本短边长度（m）。梅耶霍夫(1965)依照对原则

24、贯人和典型静力触探之间比较资料以为：静力、动力和原则贯入实验贯人阻力随深度增长显示出同样变化，而对于中密到松散细砂或粉砂，其关系可表达为：（16-12）式中：qc 静探锥尖阻力（t/ft2）； N 标难贯人击数，对地下水位如下细粉砂，式中N须作修正。式(16-11)即将式(16-12)代人式(16-10)(当建筑物总沉降不大于2.54cm时)换算而来。4、依照载荷实验在砂土和粉土上进行载荷实验，其设备与软黏土用无多大差别，(见第9章)。但加荷级别则有所不同，普通砂土和粉土较松散时，取较小加荷级别，2025kPa；对中密砂土、粉土层可取50kPa；对紧密土层取100kPa。由于此类土沉降较快趋于

25、稳定，故沉降稳定原则可取持续三个半小时沉降不大于0.030.05mm即可以为已稳定。载荷实验资料整顿与黏性土相似，如用相对沉降法拟定承载力，Sb可采用0.02。通过荷载实验，也可提供变形模量E0，依照国内工程实践，有如下资料可供参照。北京冲积粉砂(300个土样)记录资料为：（16-13）式中：e0天然孔隙比； emin最小孔隙比。16.4 砂土和粉土在动荷裁作用下液化问题及其评价液化是饱和砂土或饱和粉土在动荷载(地震或爆炸、设备基本振动及打桩等)作用下，超孔隙水压力激烈增大，使土体抗剪强度突然减少或消失现象。液化砂土或粉土由于强度极低，又处在往复震动作用下，往往有很大活动性，致使土体发生数米甚

26、至千余米移动，并随着广生大规模地面变形、地裂与喷水冒砂，给工程建筑、道路及水利工程等导致灾害性破坏。例如1964年6月16日日本新泄地震，由于砂土液化，地基丧失承载力，使工程建筑物遭到广泛破坏，许多构筑物下沉不不大于1m，并有一公寓倾斜达80，液化时，有地下水从地表裂缝冒出，同步，汽车、房屋和其她物体下沉到液化砂中，而有地下构筑物则被浮托到地面，港口设施等也遇到严重破坏。1964年阿拉斯加地震，由于细砂层发生液化，有房层横移了18m。荷兰西兰海边，18611947年间先后发生过229次砂土液化事件，总面积达250万平方米，移动砂体体积达2500万立方米，海岸本来地面坡度为1015，液化后地面坡度坍塌为34。在国内，