碎石土地基的岩土工程评价

第17章碎石土地基的岩土工程评价

17.1 碎石土的基本特征及岩土工程问题

1．碎石土的分类

粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50％的土定名为碎石土。

碎石土可按颗粒级配和颗粒形状再分为三组共6个亚类。

碎石土分类

2．碎石土的基本特征

1）颗粒组成

碎石土的颗粒组成特点是粒径大小往往相差悬殊，缺乏中间粒径。

以角砾、碎石或块石作为骨架，以黏性土或砂土为充填物。

颗粒级配曲线有一段近似水平线，在该直线区段的颗粒是极少的。

2）密实度

碎石土的密实状态对其力学性质影响很大。但由于取样困难，不能用一般土工试验的方法进行测定。所以在工程实践中，常不根据定量指标(孔隙比、相对密度)来进行密实状态的分类。

根据其骨架颗粒含量和排列，结合野外钻探、掘进的困难程度及坑壁情况进行分类，参见表17-2。——定性描述的方法

《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）碎石土密实度的划分——定量指标的方法

碎石土的密实度可根据圆锥动力触探锤击数确定，重型圆锥动力触探按N63.5和超重型圆锥动力触探按N120查下列表，表中的N63.5和N120应按国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）附录B进行杆长修正。

碎石土密实度(按N63.5分类)

注: 1 本表适用于平均粒径等于或小于50mm, 且最大粒径小于100mm 的碎石土。

2 对于平均粒径大于50mm, 或最大粒径大于100mm的碎石土,可用

超重型动力触探或用野外观察鉴别。

碎石土密实度(按N120分类)

3）土的结构

碎石土骨架颗粒为连续接触时，其强度由组成骨架的碎石起控制作用。一般说来，碎石由结晶岩组成的，其强度比由沉积岩组成的高些。

碎石土骨架颗粒为不连续接触，而为充填物所包裹时，碎石土的强度由充填物起控制作用。当作为充填物的细粒含量接近或超过其土体全重的40％时，整个土体则表现出相应细粒土的性状。充填物为砂土的，其强度较充填物为黏性土的为高。

充填物为砂土时，含水量对其强度的影响不大，而密实度对强度的影响则甚大。一般碎石土粒径愈大，含量愈多，承载力愈高；骨架颗粒呈圆形并充填砂土的较呈棱角状井充填黏性土的要高，同类土中密实的较松散的承载力为高。

4）分布特点

常见碎石土，特别是碎石、卵石、块石、漂石类，一般不呈大面积分布，而只在其他土层中呈透镜体或尖灭夹层存在，厚度变化剧烈。

故对这类地基土尤其要注意查明其构造在各方向上的变化所造成的工程性质的不均匀性和各相异性特点。

5）湿陷性

部分松散及稍密的碎石土，尤其是西北地区的洪积、坡积角砾，常具有湿陷性，是值得注意的。

由于碎石土包含有不同数量的粗大颗粒，不能在室内用—般土工试验方法测定其物理力学性质，而必须采用现场试验方法（大体积法）进行测定。

17.2 碎石土物理性质指标的测定

碎石土的物理性质指标主要是：天然孔隙比e（测定天然重度γ后换算而得），天然含水量w及相对密度Dγ。

1、碎石土的天然重度γ和天然孔隙比e的测定与计算：

碎石土中由于含有大量粗颗粒，故不能用取土器采取原状土样，也不能用环刀法切取试样测定天然重度及天然含水量，对于地下水位以上的碎石土，可以挖坑用注水法、或增砂法测定天然重度，其具体方法见第16章。但为保证试验质量，一般试坑体积不宜小于3000cm3。

一般地基土，在测定天然重度γ后，可以用式(17-1)或式(17-2)

计算天然孔隙比e ：

1d

G

e γ=

- （17-1）

或：(10.1)

1d

G e ωγ+=

- （17-2）

式中：G —颗粒比重；

ω—含水量。

但对于碎石土，由于碎石、卵石等粗颗粒本身密度很大，必然使其γ偏大，ω偏小．因此使用式(17-1)或(17-2)计算而得的e 值偏小。实际上，当碎石、卵石并不能形成承力骨架(当碎石骨架颗粒不连续接触时解石土在外力作用下的变形主要由较细颗粒的充填物的孔隙比所决定，因此细颗粒的孔隙比比包含粗颗粒在内的孔隙比要大，如不考虑这一点，就会在工程上作出不符合实际情况的判断，把原来强度低的当成强度高的，这是在工作中常遇到的实际问题。

在工程实践中，可按下列步骤来处理解决这一问题：

(1)将已测过天然重度γ的土选取足够的均匀试料，烘干后求出其天然含水量ω。

(2)将烘干的土全部磨细过筛，求土中大于2mm 颗粒的土重百分比P ％。

(3)将已知干重g (g)的一堆粗颗粒试样，置水中充分饱和，然后取出立即投人图17-2所示的虹吸筒，观测其从简中排出的水量V (cm 3)。

则粗颗粒比重c g G V

=

(4)用下式(17-3)计算土中细颗粒部分的干重度γ’d 。

(10.01)

'(10.01)0.01c d c G P G P γγωγ

-=

+-（17-3）

(5)用式(17-4)计算土中细颗粒部分的孔隙比e ’。

'1'X

d

G e γ=

-（17-4） 式中：X G —细颗粒部分的颗粒比重。

今以一实例来说明e 与e ’的关系。 如γ=22.0kN/m3，ω=25%，P =20%，

粗颗粒比重G c =2.64，细颗粒比重G X =2.73，用式（17-2）：

(10.01)

27.3(10.25)

110.5522.0

G e ωγ

++=

-=

-=

如用式（17-3）

326.422.0(10.20)

'16.25/26.4(10.25)0.222.0

d kN m γ⨯-=

=--⨯

再用式（17-4）计算e ’， e ’=27.3/16.25-1=0.68

e ’和e 相比相差几乎达20％。如粗颗粒含量P>20％，误差还要大些。故这一问题是不容忽视的，否则会造成错误的判断。

2、碎石土的天然含水量

碎石土的天然含水量于野外可以用下述比重筒方法比较快地测定。

(1)以容积为3—4L 金周圆筒，先装满水便与筒之顶缘相平，称其重量g 1(g)，精确度为1g 。

(2)取重约1—2kg 具有天然含水量的试样称重为g 2(g)。