土工基本知识

1、土工基本知识土的概念 土是地壳表层的岩石长期经受风化作用和水流、冰川、风灯自然力的剥蚀、搬运及堆积作用而生成的松散沉积物。土的工程应用 1、填料： 作为公路、铁路路基填筑材料。在客运专线铁路的施工中，提出将填料作为建筑材料对待，以控制路基施工质量。 2、地基基础 作为建筑物的地基。 3、构筑物的周围介质土的三相组成 土的物理力学性质与其结构有密切关系，首先应了解其三相组成概念。 根据土的三相组成，了解密度、颗粒密度、含水率、孔隙比、孔隙率、饱和度等指标的概念和计算方法。 土是由固体颗粒、水分和空气三相组成。其中每种成分的质量、体积的相对比例变化，都会引起土的物理力学性质的变化。土的三相示意图m

2、mamwmsvvavwvs土常用的物理指标 密度、颗粒密度、含水率、孔隙比、孔隙率、饱和度 1、密度 单位体积土的质量称为土的密度（g/cm3）vm 2、颗粒密度 土体内的固体颗粒质量与颗粒体积的比值，称为颗粒密度（ g/cm3）ssvm 3、干密度 单位体积内土粒的质量（g/cm3）Vmsd 4、含水率 土中水的质量与土固体颗粒质量的比值称为土的含水率，以百分数计。%100smm 5、孔隙比 土中的孔隙体积与土固体颗粒体积的比值称为孔隙比。SvVVe 6、孔隙率 土中孔隙体积与全部体积之比称为孔隙率（%）。%100VVnv 7、饱和度 土中水分所占体积与全部孔隙所占体积之比，称为饱和度（%）

3、%100vrVVS土作为填料时的分类土在作为填料时，不同行业有相应的分类方法和定名方法，现就铁路和公路的相关规定作如下介绍。 铁路路基设计规范（TB10001-2005）中对填料的规定 5.2.1、普通填料按颗粒粒径大小可分为三大类别：巨粒土、粗粒土和细粒土。 5.2.2、巨粒土、粗粒土填料应根据颗粒组成、颗粒形状、细粒含量、颗粒级配、抗风化能力等，按表5.2.2分为A、B、C、D组。 5.2.3 细粒土填料应按表5.2.3分为粉土、黏性土和有机土。粉土、黏性土应采用液限含水率WL进行填料分组：当WL 40%时，为C组；当WL 40%时，为D组。有机土为E组。注：1 液限含水率试验采用圆锥仪法

4、，圆锥仪总质量为76g，入土深度10mm。 2 A线方程中的WL按去掉%符号后的数值进行计算。D线：线：IP=17C线：线：IP=10B线：线：WL=40A线：线：IP=0.63（WL-20）TB10001-2005 6.2.1 基床表层填料的选用应符合下列要求： 1 级铁路应选用A组填料（砂类土除外），当缺乏A组填料时，经经济必选后可采用级配碎石或级配砂砾石。 2 级铁路应优先选用A组填料，其次为B组填料。对不符合要求的填料，应采取土质改良或加固措施。 3 填料的颗粒粒径不得大于150mm。 6.2.2 基床底层填料的选用应符合下列要求：基床底层填料的选用应符合下列要求： 1 级铁路应选用级

5、铁路应选用A、B组填料，否则应采取土质组填料，否则应采取土质改良或加固措施。改良或加固措施。 2 级铁路可选用级铁路可选用A、B、C组填料。当采用组填料。当采用C组组填料时，在年平均降水量大于填料时，在年平均降水量大于500mm地区，其塑地区，其塑性指数不得大于性指数不得大于12，液限不得大于，液限不得大于32%，否则应，否则应采取土质改良或加固措施。采取土质改良或加固措施。 3 填料的颗粒粒径不得大于填料的颗粒粒径不得大于200mm，或摊铺厚度，或摊铺厚度的的2/3。 7.2.1 路堤基床以下部位填料，宜选用A、B、C组填料。当选用D组填料时，应采取加固或土质改良措施；严禁使用E组填料。客运

6、专线铁路路基工程施工技术指南（TZ212-2005）中相关规定 5.2.1 基床以下路堤填料 1 基床以下路堤应选用A、B组填料和C组碎石类、砾石类填料。 2 当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良。 3 当选用硬质岩石及不易风化的软质岩的碎石时，应级配较好，块石类填料的粒径不得大于15cm。 5.2.2 基床底层填料 1 基床底层应选用A、B组填料或改良土。 2 块石类作为基床底层填料时，应级配良好，其粒径不应大于10cm。 5.2.3 基床表层填料 1 基床表层填料应采用级配碎石、级配砂砾石和沥青混凝土。公路土工试验规程JTG E40-2007中相关规定 从铁路、公路对土的分类标准

7、中可以得知：其主要方法是首先对土进行颗粒分析，根据颗粒分析结果进行分组，对于细粒土，再根据液塑限分析结果进行分类。各行业针对土工的质量指标 铁路 公路 建筑铁路路基结构形式基床以下路堤基床铁路路基由基床和基床以下路堤组成，基床部分厚度为铁路路基由基床和基床以下路堤组成，基床部分厚度为2.5m，其中包括了基床表层（其中包括了基床表层（0.6m）和基床底层（）和基床底层（1.9m）。）。京沪高速铁路设计暂行规定京沪高速铁路设计暂行规定中规定，路基基床由表层和底中规定，路基基床由表层和底层组成，表层厚度为层组成，表层厚度为0.7m，底层厚度为，底层厚度为2.3m，总厚度为，总厚度为3.0m。基床以上

8、为道床，针对不同的结构有不同的道床形式，主要分基床以上为道床，针对不同的结构有不同的道床形式，主要分为有碴和无碴两种。为有碴和无碴两种。道床路堑铁路路基工程施工质量验收标准（TB10414-2003）中的相关规定1.0.2 本标准适用于旅客列车设计行车速度等于或小于本标准适用于旅客列车设计行车速度等于或小于160km/h的客货的客货列车共线运行的新建、改建标准轨距铁路路基工程施工质量的验收。列车共线运行的新建、改建标准轨距铁路路基工程施工质量的验收。5.1.4 路堤填料种类、质量应符合设计要求。填筑前应对取土场填料进路堤填料种类、质量应符合设计要求。填筑前应对取土场填料进行取样检验；填筑时应对

9、运至现场的填料进行抽样检验，当填料土质行取样检验；填筑时应对运至现场的填料进行抽样检验，当填料土质发生变化或更换取土场时重新进行检验。发生变化或更换取土场时重新进行检验。填料种填料种类类颗粒级配颗粒级配相对密度相对密度液、塑液、塑限限击实试击实试验验大于大于5mm颗颗粒的单粒的单位体积位体积重重大于大于20mm颗粒的颗粒的单位体单位体积重积重大于大于40mm颗颗粒的单位粒的单位体积重体积重细粒土细粒土及粉砂、及粉砂、黏砂黏砂每每500010000m3每每500010000m3每每5000m3每每5000m3粗粒土粗粒土（除粉（除粉砂、黏砂、黏砂外）砂外）每每10000m3每每10000m3每每

10、10000m3每每10000m3碎石类碎石类土土每每10000m3每每10000m3每每500010000m3每每10000m3块石类块石类土土每每10000m3表表5.1.4 填料的检验项目、检验数量填料的检验项目、检验数量TB10414-2003 注：1、表列数字为进行一次试验的填料体积（m3）； 2、大于5、20、40mm颗粒的单位体积重系进行密度校正计算时应做的试验； 3、当细粒土中含粗颗粒的最大粒径大于重型击实试验试筒所规定的最大粒径时，超过尺寸的粗颗粒应做颗粒密度试验。 5.1.6 路堤每一填筑层全宽应采用同一种填料，压实质量应符合本标准附录c的规定；不同种类填料（除块石类混合料外

11、）应采用双指标控制，并符合下列规定： 1 细粒土和砂类土中的黏砂土、粉砂土，应采用压实系数和地基系数； 2 砂类土（黏砂土、粉砂土除外），应采用相对密度和地基系数； 3 砾石类土和碎石类土，应采用孔隙率和地基系数； 4 块石类混合料，应采用地基系数。表表5.1.6 基床以下路堤填筑层压实质量的检验数量、检验方法基床以下路堤填筑层压实质量的检验数量、检验方法填料种类检验数量检验方法各种土类每填高0.9m，纵向每100m检查2个断面4点，距路基边缘2m处2点、中间2点，不足0.9m也检查2个断面4点K30平板载荷仪细粒土和黏砂土每层沿纵向每100m等间距检查2个断面6点，每断面左、中、右各1点，左

12、、右点距路基边缘1m处环刀法、核子密度仪粗粒土、细粒土灌砂法、气囊法粗粒土、细粒土、碎石类、最大粒径小于60mm的块石类土灌水法TB10414-2003 6.1.6 路堤基床底层全宽应采用同一种填料填筑，其压实质量应符合本标准附录B的规定；不同种类填料（除块石类混合料外）应采用双指标控制，并应符合下列规定： 1 细粒土和黏砂土，应采用压实系数和地基系数； 2 砂类土（黏砂土除外），应采用相对密度和地基系数； 3 砾石类土和碎石类土，应采用孔隙率和地基系数； 4 块石类混合料，应采用地基系数。表表6.1.6 基床填筑层压实质量的检验数量、检验方法基床填筑层压实质量的检验数量、检验方法填料种类检验

13、数量检验方法各种土类每填高0.9m，纵向每100m检查2个断面4点，距路基边缘2m处2点、中间2点，不足0.9m也检查2个断面4点K30平板载荷仪细粒土和黏砂土每层沿纵向每100m等间距检查2个断面6点，每断面左、中、右各1点，左、右点距路基边缘1m处环刀法、核子密度仪粗粒土、细粒土灌砂法、气囊法粗粒土、细粒土、碎石类、最大粒径小于60mm的块石类土灌水法 挡土墙墙后填料的种类、质量应符合设计要求；压实质量应符合设计要求。客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准（铁建设2005160号）中的相关规定 基床以下路堤的压实标准应根据填料类别按下表采用双指标控制。项 目压实标准改良细粒土砂类土及细砾

14、土 碎石类及粗砾土地基系数K30（MPa/m）90110130孔隙率n（%）3131压实系数K0.90 基床底层普通填料、物理改良土压实标准应根据填料类别按下表采用地基系数、动态变形模量和孔隙率（或压实系数）三项指标控制。基床底层压实质量标准填料压实标准改良细粒土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土A、B组填料及改良土地基系数K30(MPa/m)110130150动态变形模量Evd（MPa）404040压实系数K0.95孔隙率n28%28%基床表层压实质量标准填料压实标准地基系数K30(MPa/m)动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配碎石或级配砂砾石1905518%主要指标的概念 1、压实系数 填

15、料压实后的干密度与击实试验得出的最大干密度的比值。 2、地基系数 以某一下沉量除与其相对应的荷载强度所得到的值，以标准值k30表示。 3、相对密度 填料最大孔隙比与填筑压实后实测孔隙比之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。 4、孔隙率 土的孔隙体积与总体积的比值，以百分率表示。公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）中的相关规定 路床 路面结构层底面以下0.80m范围内的路基部分，在结构上分为上路床（00.30m）和下路床（0.300.80m）。 路堤 高于原地面的填方路基。路堤在结构上分为上路堤和下路堤，上路堤是指路面底面以下0.801.50m范围内的填方部分；下路堤是指上路堤以下

16、的填方部分。 公路施工路基施工规范对路基填料的规定 4.1.2 路基填料应符合下列规定 1 含草皮、生活垃圾、树根、腐殖质的土严禁作为路基填料。 2 泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量的土，不得直接用于填筑路基；确需使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。 3 液限大于50%、塑性指数大于26、含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路堤填料；需要使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。 4 粉质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冻地区的路床。 5 填料强度和粒径，应符合表4.1.2的规定。CBR（加州

17、承载比）：表征路基土、粒料、稳定土强度的（加州承载比）：表征路基土、粒料、稳定土强度的一种指标，即标准试件在贯入量为一种指标，即标准试件在贯入量为2.5mm时所施加的试验时所施加的试验荷载与标准碎石材料在相同贯入量时所施加的荷载之比值，荷载与标准碎石材料在相同贯入量时所施加的荷载之比值，以百分率表示。以百分率表示。 4.2.2中规定，土质路堤在填筑至设计标高并整修完成后，其施工质量标准包括了压实度、弯沉等指标。 施工过程中，每一压实层均应检验压实度，检测方法采用灌砂法、灌水法、环刀法、核子密度仪法等。 4.2.3条中规定，填石路堤施工质量采用孔隙率控制比较合适。但由于其在检测过程中需要挖大坑（

18、最大粒径的1.52倍）采用水袋法进行，用于施工过程控制难度较大。 故规定在试验路修筑时采用孔隙率指标进行检验，确定相应的施工工艺参数与压实沉降差作为路堤施工时的压实质量检测控制指标。 填筑至设计标高后进行弯沉检测。 填石路堤概念 用粒径大于37.5mm且含量超过总质量70%的石料填筑的路堤。 4.2.4条中规定，对于土石路堤，施工过程中的每一压实层，可用试验路段确定的工艺流程和工艺参数，控制压实过程；用实验路段确定的沉降差指标，检测压实质量。 土石路堤： 石料含量占总质量3070%的土石混合材料修筑的路堤。 土石路堤应先修筑试验路，在已选用的压实机械类型、功率及组合、压实速度条件下，确定填料的最大粒径、最适宜的填筑厚度、压实到最大干密度时的压实遍数，同时也测出相对应的沉降差。以最大干密度作为检测土石路堤试验路的压实度标准，同时也应确定沉降差和工艺参数，作为大规模施工时压实质量的检查控制标准。 土石路堤填料压实质量控制，应根据实际填料的来源配制不同含石量（2070%）的试样进行室内大筒重型击实试验，通过试验确定不同含石量（以击实后试样含石量为准）填料的最大干密度和最佳含水量，给出同一种料的不同含石量最大干密度曲线。在采用细料压实度进行质量控制时，应由试验