砂土和粉土地基的岩土工程评价资料(参考模板)

第16章砂土和粉土地基的岩土工程评价16-1 砂土和粉土的基本特征及岩土工程问题砂土粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50％，且粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50％的土定名为砂土，砂土可按颗粒级配再分为5个亚类。

砂土分类注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。

粉土粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50％，且塑性指数等于或小于10的土定名为粉土。

国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）和《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)中并未对粉土的亚类划分作出规定，一些地方标准或行业标准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——黏粒含量小于或等于全重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的影确，塑限ωP和液限ωL等塑性试验指标不论在测定方法与标准方面，还是形成机理方面，均不符合塑性界限含水量的基本概念，故不适用于粉土。

因此，塑性指数I p和液性指数I L均不适用于评价粉土的性状。

粉土的工程性质与中等塑性的黏性土比较，其渗透性和抗剪强度明显增大，压缩性则显著降低，标准贯人击数和静探比贯入阻力一般增高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)的一系列工程性质更接近粉砂，原一些地方和部门规范或规程曾将其列为砂土类。

砂土及砂质粉土具有与黏性土绝然不同的以下一些基本特征：1、砂土的矿物成分主要是大量石英，其次为长石、云母及少量其他矿物、砂质粉土中含极少量黏土矿物。

石英是稳定矿物，长石、云母等则抗风化稳定性较差，而且不同矿物成分颗粒的形状和坚硬程度不同，并由于砂土组成颗粒较粗。

所以矿物成分对其物理力学性质的影响是很大的。

这里引用由不同矿物成分各种粒径组成的砂土的孔隙比资料说明，见表16-1。

从表16-1，可以看出以下的规律性变化：(1)当颗粒大小相同时，由不同矿物成分组成的同一紧密程度的孔隙比变化为：云母>>长石>棱角石英>浑圆石英，前后相差10倍左右。

这显然与云母呈片状有关。

(2)由云母组成的砂，在同一紧密状态下，砂的孔隙比随着颗粒的变细而减小；而由长石、石英(棱角及浑圆)组成的砂则反之，砂的孔隙比随着颗粒的变细而增大。

因此，在自然界，云母的含量对砂土的孔隙比及其一系列物理力学性质的影响是很大的。

例如，均匀的棱角砂，在无云母颗粒的情况下，孔隙度n＝47％(e=0.89)；当云母含量增加时，其孔隙度与云母含量呈曲线的增长关系，如图16-2所示。

2、砂土和砂质粉土的颗粒组成砂土和砂质粉土的颗粒组成中，以各种大小的砂粒和粉粒占绝对优势，黏粒含量极少，因此与水的结合能力小。

当砂粒变细及粉粒为主要成分时，毛细作用渐显著。

当含水量不大时，由于毛细水的存在，使砂土和砂质粉土表现出一定的毛细黏聚力，但当饱水时，毛细黏聚力就消失，则呈现很小或无黏聚力的散粒体，不具有塑性或微有塑性，因此也可称之为无黏聚性土。

3、砂土和砂质粉土的透水性较好砂粒愈粗、愈均匀、愈浑圆时，透水性愈高。

4、静荷载作用下特性一般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。

工程实践表明砂土地基的变形在施工期即可完成70％～80％以上，甚至可以认为已全部完成砂粒愈粗，压缩性愈低，压密愈快。

5、砂土和砂质粉土的抗剪强度砂土和砂质粉土的抗剪强度由内摩擦角来决定、由石英组成的内摩擦角最大，云母则最小。

矿物成分对于较粗粒组的内摩擦角影响较显著，这种影响随着粒度的变小而递减。

砂土和砂质粉土的紧密程度增大时，内摩擦角也增加，这与在剪切带，不仅发生颗粒间的位移，而且还由于颗粒间的咬合作用，发生部分颗粒被破碎有关。

在剪切过程中，砂土的体积会发生变化，一般松砂变密，密砂则变松。

砂粒的形状及级配对其内摩擦角也有影响，一般浑圆的、均匀的砂粒内摩擦角较小。

所以砂类土的抗剪强度仍然是一个比较复杂的问题。

6、地基的承载力除了疏松的砂土和砂质粉土之外，一般均可作为各种房屋建筑物和构筑物的良好地基，这类土地基的承载力与土的紧密状态，基础大小、埋深和地下水位有关。

但对于饱和的粉、细砂和砂质粉土地基，由于地下水的渗流，易于发生流砂现象，在遭受振动作用时(如地展、机器振动等)，其强度会突然的降低，发生液化现象。

由于砂土和砂质粉土具有以上这些特征，故在地基勘察与设计中，要特别注意以下问题：1、砂土和砂质粉土的紧密状态的评定问题砂土和砂质粉的紧密状态是判定其工程性质的重要指标。

它综合地反映了这类土的矿物组成、粒度组成、颗粒形状等对其工程性质的影响。

但由于这类土很小或无黏聚力，因此要采取保持天然结构的试样是相当因难的，在工程勘察中，除了采用专门的设备和方法来采取保证一定质量的试样外，还发展了现场测定砂土紧密状态的一些特殊测试手段。

2、砂土和砂质粉土地基承载力的评定问题由于这类土的勘探取样有较多问题，故在评定其地基承载力时，除了利用规范查表、或用强度公式进行计算外，对于重要工程，主要还要通过现场试验来研究解决。

3、砂土和砂质粉土在动荷载作用下发生液化可能性的评定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的破坏，故在工程勘察中，如何来判定砂类土地基发生液化的可能性，往往是对建筑场地评价的关键问题。

4、流砂问题在砂土和砂质粉土层中，由于施工不当，在地下水的作用下，往往易于发生流动现象，使地基强度降低并失去稳定性，甚至危及邻近建筑，但如果预先估计到可能发生流砂，在施工中采取适当的施工措施，流砂的危害是完全可以避免的。

因此，在工程勘察中，对于什么样的砂土，在何种条件下易于发生流砂的分析研究也是一个重要问题。

在本章内，我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的评定问题砂土和粉土的紧密状态是判定其工程性质的重要指标。

在静荷载作用下，密砂具有较高的强度，结构稳定，压缩性小；而疏松的砂则强度低，稳定性差，压缩性大。

粉土，尤其是砂质粉土也有如上相应的变化。

因此在工程勘察时，首先要对砂土和粉土的紧密程度作出判断。

原地基规范(TJ7-74)根据北京、江苏、黑龙江、山东等地的砂土的实际资料的统计，认为砂土的容许承载力，不论其颗粒组成的粗细，均随着天然孔隙比e的减少而显著地增大。

因此提出采用天然孔隙比体为砂土紧密状态的分类指示，具体划分标准见表16-2。

《岩土工程勘察规范》规定，粉土的密实度按天然孔隙比e可由如下标准确定：密实e＜0.75中密 0.9≥e≥0.75稍密e＞0.9根据天然孔隙比判定砂土和粉土的紧密状态看起来似乎简便，但实际上为要测定其天然孔隙比，则要采取原状土样，这在工程勘察中是比较困难的，特别是对于地下水位以下的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，井已取得比较成功的经验。

对于位于地下水位以上的砂土和砂质粉土，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。

环刀法适用于地下水以上的湿砂和砂质粉土。

这个方法是先挖一坑至欲取样的标高处，在坑底切一个直径较环刀内径略大的土柱，然后将环刀压入；或先将环刀压人土中，边压边仔细切削环刀试样。

对环刀规格，根据河北冶金勘察公司的经验，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结构扰动较大。

当地下水位以上的砂为干砂时，环刀法也不适用，则可用灌砂法（或注水法）。

这个方法（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，于底盘中部为一直径12～15cm圆孔，在圆孔内向下挖一小圆坑，将挖出的砂全部称重得g1，在灌砂器先盛以足够数量的标准砂，称重得g2。

使灌砂器漏斗对准底盘因孔边缘。

打开开关，即可向小圆坑内灌砂，待灌砂停止流动关闭开关，称灌砂器连同余下砂粒重g 3，则1230s g g g g γγ=--（16-1） 式中：g 0——灌砂器底盘圆孔和灌砂器倒漏斗中标准砂的重量；γs ——标准砂（0.5～0.25mm 粒径）模拟灌砂条件的堆积密度(标准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的容积，但坑口水平面观测往往带来较大的人为误差。

对于地下水位以下的砂土和砂质粉土，特别粉细砂，要采取原状试祥是存在因难的，面且必须于钻孔内取样。

钻探至地下水位以下，到一定深度会出现涌砂现象，而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的土样供土工试验用，于现场测定ω和γ，再送室内测定颗粒比重G 及粒度组成百分比。

不然，土样在送室内的途中，水分就流失，变成废土。

另外，把这种取土简内的土样取出及制各试样时，结构扰动较大，故进行力学性质的测定仍有问题。

原江苏省水利工程总队勘测队通过实践探索，发展了一种新型的取土器——反旋活阀分节取土器(图16-4)。

该取土器外径较小，φ仅为92mm 。

使用较小管径，可充分发挥砂的摩擦力，防止掉样。

取土器安放八节试样环，内径φ73mm ，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。

取土器提升地面后，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γ和含水量ω，再装入可密封的简内，送室内作其他试验。

也可直接用试样环内试样在现场作剪切试验和固结试验；把试样环套上有刻度的透明有机玻璃管，即可于现场进行渗透试验，这种分节取土器的最大优点在于避免了运送、保管、切土制备试样等环节对试样的扰动，对于饱和软黏土，同样结构的取土器也是适用的。

使用这种反旋活阀分节取土器效率在95％以上，一般基本上都能取上保证一定质量的试样。

个别情况，砂土实在太硫松，取不上样时，可把取土器压下去后，等0.5～1h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，钻至地下水位以下易发生涌砂及坍孔现象，有时可突然上涌3～5m，影响钻进进度，发生埋钻卡钻事故。

而且越清越涌，严重影响地基强度。

发生涌砂的原因有：①钻进清孔时，土的结构被破坏，局部处于流动状态；②上提钻具时，孔内水位下降，孔外水位高，造成水位差，由于水的渗流使砂处于悬浮状态；③由于上提钻具时的真空活塞作用而造成涌砂。

当遇涌砂时，不要急于盲目清孔，而应分别不同情况具体对待。

如由于孔内外水位差造成涌砂，可将套管加长，或是提升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，提升钻具时，可转动钻杆使钻具紧靠一侧，以便于另一侧留较大间隙，所使用的取土器诽水孔必短保持畅通。