土工程分类标准的横向对比.docx

土工程分类标准的横向对比王丹，杜晓飞，马履霞（华北有色工程勘察院有限公司 河北 石家庄 050021）摘要：对国家标准土的工程分类标准 GB/T 50145-2007等国内常用行业或地区的十种规范、英国BS 5930-99标准和美国ASTM D2487-06规范的土工程分类进行了对比描述。关键词：粒度成分；塑性指数；塑性图；ASTM D2487-06 规范；BS5930-99 规范0前 言土分类的目的在于认识和识别土的种类，并针对不同类型的土进行研究和评价，使其适应和满足工程建设需要。土分类是工程地质学科重要的基础，也是土质学的重要内容之一。对种类繁多、性质各异 的土，按一定原则进行分门别类，以便针对不同工程建筑要求，对不同的土给予正确的评价，为合理利 用和改造各类土提供客观实际的依据。在各类工程勘察中，都应该把研究区域内的各种土进行分类，并 反映在工程地质平面图和剖面图上，作为工程设计与施工的依据。这也就是室内进行土的分类目的所在。 土分类也是国内外科技交流的需要，因此在科学研究领域和工程实际应用中都有很重要的意义。但是现 今不但国际分类标准不统一，国内各部门的土分类标准差异较大。随着我国经济的迅猛发展，国外工程 勘察的不断增多，了解应用国内外勘察规范中土的分类就越来越重要和紧迫，以下就我国各行业、各地 区所应用工程勘察规范以及美国材料试验学会颁布的 ASTM D2487-00 规范、英国 BS 5930-99 规范中土 的工程分类进行横向对比，以供大家参考。（本文涉及到的规范有效性时间为 2008 年 10 月）1我国各行业规范对土分类方法我国土的分类体系大致有三大类，一类是以土的工程分类标准GB/T 50145-2007（简称国标）为代表的，中华人民共和国水利部 1999 年发布的土工试验规程（SL237-1999）（简称水利标准） 和公路土工试验规程JTG E402007（简称公路标准）分类方法；其共同点是：粗粒土按粒度直径 范围分类，细粒土是按塑性图（1942 年美国卡萨格兰德提出）分类；第二类是以目前我国工程建设中应用最广泛的岩土工程勘察规范GB 500212001（简称勘察规范）为代表的，建筑地基基础设计规范GB50007-2002（简称建筑规范）、港口工程地质勘察规范JTJ240-97（简称港口规范）、公 路桥涵与地基基础设计规范（桥涵规范）（JTG D632007）、北京地区建筑地基基础勘察设计规范DBJ01-501-92（北京规范）、上海地区建筑地基基础设计规范99（上海规范）的分类方法，它们分类的共同点是粗粒土按粒度成分分类，细粒土是按塑性指数分类。第三类是铁路工程岩土分类 标准(TB10077-2001)2004 年 148 号文件局部修订条文（简称铁路规范）的分类方法，它的分类特点是粗粒土的分类第二类土相似，但细粒土分类是按第一类方法一样用塑性图。在以下的比较中,铁路规范粗粒土与第二类土归在一起,细粒土比较时和第一类土一起作比较。1.1 粗粒土的分类方法1.1.1 以国家标准为代表的第一类土的分类方法（1）粒组划分(表 1)（2）砾粒土的分类 60d2（表 2）（3）砂类土的分类 2d0.075（表 3）46工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying2009 年增刊第 2 期1.1.2 以勘察规范为代表的第二类土的分类标准（1）碎石土的分类（表 4）（2）砂土的分类（表 5）1.2 细粒土的分类方法1.2.1 以国标为代表的第一类土的分类方法（表 6）定名是根据液限 p 和塑性指数 Ip 值落在塑性图区域分别定名为低液限粉土、高液限粉土、低液限 粘土和高液限粘土。粘土和粉土过渡区（CL-ML）的土按相邻土层的类别考虑细分。表1 粒组粒 组 名 称粗组粒径范围(mm)统称国 标水利标准公路标准d200漂石（块石）相 同巨粒200d60碎石（碎石）名称碎石变为小块石60d20粗砾砾20d5中砾粒相同5d2细砾粗粒相 同2d0.5粗砂砂0.5d0.25中砂粒0.25d0.075细砂0.075d0.005粉粒粉粒和粘土的界限变为 0.002 mm细粒d0.005黏粒粘粒表2 土 名 称土类粒组%土代号国 标水利标准公路标准细粒%5%级配:Cu5,Cc=13级配:不同时满足上述条要求GWGP级配良好的砾级配不良的砾对细砾土质砾土分粘土质砾和粉土质砾的界限是以 细粒土在塑性图 A 线上下位 置而定。其它的全相同。砾相同含细粒土砾细粒含量 5%15%细粒土为粘土为主 细粒土为粉土为主GFGC GM含细粒土的砾粘土质砾 粉土质砾细粒含量15%50%细粒土质砾表3 土 名 称土类粒 组%代号国标水利标准公路标准细粒含量5%级配:Cu5, Cc=13SW级配良好的砂对细粒土质砂分粘土质砂和粉土质砂的界限是以细 粒土在塑性图 A 线上下位置 而定。其它的全相同。砂级配不同时满足上述条要求SP级配不良的砂相含细粒土砂细粒%5%15%SF含细粒土的砂同细粒土为粘土为主SC粘土质砂细粒含量15%50%细粒土质砂细粒土为粉土为主SM粉土质砂2009 年增刊第 2 期工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying47表4 勘察规范 漂石 块石 碎石 碎石 圆砾角砾1、建筑规范2、港口规范3、公路桥涵4、铁路规范5、北京规范6、上海规范 和勘察规范定名完全相同。颗粒级配颗粒形状粒径大于 200mm 的颗粒质量超过总质量的 50% 粒径大于 20mm 的颗粒质量 超过总质量的 50% 粒径大于 2mm 的颗粒质量超过总质量的 50%圆形及亚圆形为主棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主棱角形为主表5 勘察规范颗粒级配1、建筑规范2、港口规范3、公路桥涵4、铁路规范5、北京规范6、上海规范 和勘察规范定名完全相同。粒径大于 2mm 的颗粒质量超过总质量的 25%-50%粒径大于 0.5 mm 的颗粒质量 超过总质量的 50%粒径大于 0.25mm 的颗粒质量 超过总质量的 50%粒径大于 0.075mm 的颗粒质量 超过总质量的 85%粒径大于 0.075mm 的颗粒质量超过总质量的 50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂表6 液限入土 深度(mm)圆锥仪的规格过渡区的界限规范名称塑性图形高低液限的界限值质量(g)顶角(度)国 标47763017水利规范610763017A 线: Ip=0.73(Wl-20)B 线: Wl =50%47763017公路规范471003020铁路规范修订条文A 线: Ip=0.63(Wl-20)B 线: Wl =40%10177630101.2.2 以勘察规范为代表的第二类土的分类标准（表 7）48工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying2009 年增刊第 2 期表7 规范名称粘土定名粉质粘土定名粉土定名勘察规范1.粒径大于 0.075mm 的颗粒质量建筑规范不超过总质量的 50%,桥涵规范2.塑性指数等于或小于 10 的土10 Ip17粘质粉土粘粒含量 10%15%港口规范Ip17砂质粉土粘粒含量 3%10%粘质粉土粘粒含量 10%15%上海规范砂质粉土粘粒含量 10%粉质粘土10Ip14粘质粉土7 Ip10北京规范重粉质粘土14Ip17砂质粉土3 Ip7相对于粗粒土而言，细粒土的分类方法简单得多。值得注意的是细粒土分类,全按照塑性指数定名,我国现行规范采用圆锥法入土深度测量土的液限，以国标为代表的第一类土测量液限圆锥入土深度为17mm；以勘察规范为代表的第二类规范和铁路规范测量液限圆锥入土深度为 10mm，只有公路桥涵地 基基础设计规范TJGD63-2007 对圆锥仪测量液限的圆锥仪入土深度不做规定。该规范条文说明 P118 第3.1.11 条讲：本规范在条文中规定采用 76 克锥的试验方法进行界限含水率测试，不对入土深度进行明 文规定，但是建议采用 76 克锥，入土深度为 17mm 的方法测定液限。为规范的进一步修订积累资料。综上所述:中国不同行业规范土的粒组划分见表 8，中国不同行业规范的液限下沉深度见表 9中国不同行业规范土的粒组划分表 8粒 径规范名称0.005 mm0.075 mm2.0 mm20.0 mm200.0 mm勘察、建筑、桥涵、上海、港口、北京规范粘粒粉粒砂粒砾石碎石漂石60 mm国标、水利规范粘粒粉粒砂粒砾石碎石漂石0.002mm公路规范粘粒粉粒砂粒砾石碎石漂石中国不同行业规范的液限下沉深度表 9规范名称锥质量（g）液限下沉深度（mm）土分类依据国标、水利规范公路规范 铁路规范 勘察、建筑、港口、北京、上海规范7676、100 同时用761717、2010塑性图塑性图 塑性图7610据塑性指数不对入土深度进行明文规定，但是建议采用入土深度为 17mm 的方法测定液限。公路桥涵规范76据塑性指数2国外土的工程分类2.1 粒组的划分2009 年增刊第 2 期工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying49粒组的划分是土壤分类的基础。英国BS标准及美国的ASTM 的粒组划分和国内标准是不同的。国标和英国BS标准直接以颗粒粒径大小来划分，而ASTM 是以过筛的情况来划分，见表11所示，其中ASTM 粒 径为试验筛的对应孔径。2.1.1 土壤类别的划分国标土的工程分类标准GB/T 50145-2007，将粒径 d0.075 mm 的颗粒含量多于或等于 50 %的 土定名为细粒土；将粒径 0.075 mm60 mm 的颗粒含量多于 50%的土定名为巨粒土；美国的 ASTM 将过 No200 筛(0.075 mm)的颗粒含量多于或 等于 50的土定名为细粒土，否则定名为粗粒土。英国的 BS5930 提出的供工程使用的土壤分类体系中， 将粒径20%三个范围将砾类土和砂类土依次分为砾石(砂)、轻粘土(或粉土)质砾石(砂)和重粘土(或粉土)质砾石(砂)；美国ASTM 则是先按照小于0.075 mm 颗粒的含量为，12% 三个 档将砾类土和砂类土分别分为纯砾石(砂)、含粉土 (或粘土)砾(砂)和粉土质(或粘土质)砾(砂)。 国标GB/T 50145-2007将Cu5且Cc一13作为级配良好的条件，ASTM 将Cu4且Cc=13和Cu6且Cc=13分别作为砾类土和砂类土的级配良好的条件。2.2 三个国家规范粗粒土分类的比较2.2.1 砾粒土的分类的比较（1）中国规范砾粒土的分类见表 2（2）美国 ASTM 规范砾粒土的分类见表 10（3）英国 BS5930 规范砾粒土的分类见表 11表 10土类粒 组%砂含量ASTM 土名称级配同时符合:Cu4,Cc=1315%15%Well-graded gravel细粒%5%Well-graded gravel with sand砾不同时满足上述条要求15%15%Poorly graded gravelPoorly graded gravel with sand15%Well-graded gravel with silt细粒土为ML 或MHWell-graded gravel with silt and sandWell-graded gravel with clay(or silty clay)Well-graded gravel with clay and sand(or silty clay and sand)15%级配同时符合:Cu4,Cc=1315%细粒土为CL、CH或CL-MH含细粒细粒含量512%15%土砾15%15%Poorly graded gravel with silt细粒土为ML 或MHPoorly graded gravel with silt and sand不同时满足上述条要求15%Poorly graded gravel with clay (or silty clay) Poorly graded gravel with clay andsand (or silty clay and sand)细粒土为CL、CH或CL-MH15%细粒土细粒含量细粒土为ML 或MH15%Silty gravel50工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying2009 年增刊第 2 期12%质砾Silty gravel with sand15%15%Clayey细粒土为CL、CHClayey gravel with sand15%15%Silty, clayey gravel细粒土为CL-MHSilty, clayey gravel with sand15%表 11次成分颗粒的近似百分含量土的名称主成份土粗粒土细粒土轻粘土质（粉土质）砾5%5%20%a粘土质（粉土质）砾砾a20%重粘土质(粉土质)砾65%b35%65%重砾质粉土(粘土)砾质粉土(粘土)粉土(粘土)轻砾质粉土(粘土)35%表 12土的名称主成分土次要成分砂的近似百分含量轻砂质砾20%砂质砾砾石重砂质砾2.2.2 砂类土的分类（1）中国规范砂粒土分类见表 3（2）美国规范砂粒土分类见表 13（3）英国规范砂粒土的分类见表14、表15表 13土类粒组 %级配情况细粒土性砾含量ASTM 土名称级配同时符合:15%Well-graded sand细粒含量Cu6,Cc=1315%Well-graded sand with gravel砂5%不同时满足上15%Poorly graded sand述条要求15%Poorly graded sand with gravel15%Well-graded sand with silt细粒土为ML 或MH15%Well-graded sand with silt and gravel级配同时符合:15%Well-graded sand with clay(or silty clay)Cu6,Cc=13细粒土为CL、CH含细Well-graded sand with clay and gravel细粒含量或CL-MH15%粒(or silty clay and gravel)512%土砂15%Poorly graded sand with silt细粒土为ML 或MH不同时满足上15%Poorly graded sand with silt and grave述条要求细粒土为CL、CH15%Poorly graded sand with clay(or silty clay或CL-MH15%Poorly graded sand with clay and gravel2009 年增刊第 2 期工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying51(or silty clay and gravel)15%Silty sand细粒土为ML 或MH15%Silty sand with gravel细粒 细粒含量15%Clayey sand土细粒土为CL、CH12 %15%Clayey sand with gravel质砂15%Silty,clayey sand 淤泥,Silty,clayey sand with gravel细粒土为CL-MH15%表 14次成分砾颗粒的近似百分含量土的名称主成份土粗粒土细粒土轻粘土质（粉土质) 砂粘土质（粉土质) 砂5%5%20%a砂a20%重粘土质(粉土质) 砂重砂质粉土(粘土)砂质粉土(粘土)轻砂质粉土(粘土)65%b35%65%粉土(粘土)35%表 15土的名称主成分土次要成分砾颗粒的近似百分含量轻砾质砂20%砾质砂砂重砾质砂各国规范粒组的颗粒粒径比较表 16粒组粒径 d粒组名称国标英国美国GB/T50145-2007BS5930-99ASTM D2487-06分析筛孔的形状圆孔方孔 mm方孔 mm漂石d200200d300碎石200d6020060300d75粗砾中砾60d20602020675d19砾石细砾（砾砂）20d26219d4.75粗砂中砂2d0.50.5d0.252.00.60.60.24.75d2.02.0d0.425砂细砂0.25d0.750.20.060.425d0.075粗粉粒中粉粒0.060.020.020.006粉粒0.075d0.0050.075d0.005细粉粒0.0060.002粘粒0.0050.0020.00552工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying2009 年增刊第 2 期2.2.3 细粒土的分类虽然国标GB/T 50145-2007、BS5930和ASTM D2487-06 均采用塑性图进行分类，但三个国家细粒 土的分类无论是试验设备还是试验方法都差异比较大。其中试验设备和方法的差异对比见表17,而三种对 细粒土进行定名的塑性图分别见图1、图2和图3。细粒土分类试验方法比较表 17比较项目国标 GB/T50145-2007英国 BS5930-99美国 ASTMD2487-06使用的仪器圆锥仪、碟式仪锥质量 76g 锥角 300下沉 17mm圆锥仪、碟式仪碟式仪锥质量 80g，锥角 300，下沉 20mm圆锥仪的规格1. 圆锥仪法2.一点圆锥仪法3.碟式仪法4.一点碟式仪法 圆锥法搓条法 见图 2卡萨格兰德图1.光电式液塑限联合测法2.碟式仪法、1.碟式仪法2.一点碟式仪法测量液限使用方法决定性方法测量塑限使用方法 卡萨格兰德图形土分类的依据光电式液塑限联合法光电式液塑限联合测法、搓条法 见图 1碟式仪法搓条法 见图 3A 线以上的为粘土，A 线以下的为粉土，中国和美国是相同的只中英国标准对细粒土划分的更细，根据液限小于 35、35 至 50、50 至 70、70 至 90 和大于 90 划分为低液限、中液限、高液 限、非常液限、极高液限的粘土和粉土，并且英国卡萨格兰德图形没有过渡区。土的分类差异图一 国标 GB/T50145-2007 塑性分类图70极高液限 60CVCH50高液限 40中液限 30低液限 20106010 20 30 35 40 50 60 70 80 90 100 110 120液 限 (% )图二、英国 BS5930 标准塑性分类图2009 年增刊第 2 期工程勘察Geotechnical Investigation & Surveying53塑性 指 数 (%)CE非常 高液限 A线MECICLMVMLMIMH图三、ASTM2487 标准塑性分类图3实例各国各行业间岩土工程分类标准的不同，同一种土的试验结果，用不同的规范定名不同。给岩土工程师间的交流造成一定的困难。以下用二个实例加以说明。 例1：粗粒土分类（表18.表19） 由于外国规范与我国规范粗粒土分类试验所用的标准筛形状不同，中国标准用圆孔筛，美国ASTMT和英国BS规范用的标准筛是方孔筛。并且各国规范粒组划分颗粒粒径大小也不同，所以无法对一个土样进 行比较。但是值的注意的是国外粒粗土除了上述不同外，对粗粒土用不均匀系数确定土级配良好和级配 不良的界限也不同我国标准规定，砾类土和砂类土