第三章　土方与土坝施工

第一节　土的工程分级与工程性质

一、土的工程分级和分类

（一）土的工程分级

进行土石方工程施工，须根据各种土石的工程性质及其具体指标来选择施工方法及施工机具，确定工料消耗和劳动定额。对土石方工程施工影响较大的因素有土壤级别与特征。从广义角度而言，土，包括土质土和岩石两大类。由于开挖的难易程度不同，水利水电工程中沿用十六级分类法时，通常把前Ⅰ～Ⅳ级叫土（详见表3-1），Ⅴ级以上的都叫做岩石。

同一级土中各类土壤的特征有着很大的差异。例如坚硬粘土和含砾石粘土，前者含粘粒量（粒径＜0.005mm）在50％左右，而后者含砾石量在50％左右。它们虽都属Ⅳ级土，但颗粒组成不同，开挖方法也不尽相同。

在实际工程中，对土壤的特性及外界条件应在分级的基础上，进行研究，认真确定土的级别。

（二）土的工程分类

根据土的颗粒级配，土可分为碎石类土、砂土和粘性土。按土的沉积年代，粘性土又可分为老粘性土，一般粘性土和新近沉积粘性土。按照土的颗粒大小分类，又可分为块石、碎石、砂粒等，详见表3-2。

1.碎石土分类

碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50％的土，根据颗粒级配、粒径含量及形状分类如表3-3。

2.砂土分类

砂土是粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50％，粒径大于0.074mm的颗粒超过全重50％的土。按粒径含量分类如表3-4。

3.粘性土分类

粘性土是塑性指数IP大于10的土。

（1）按工程地质特征分类：

1）一般粘性土：第四纪全新世（Q4）沉积的粘性土。在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积的粘性土；

2）粉土：塑性指数IP小于或等于10的土，其性质介于砂土与粘性土之间；

3）淤泥和淤泥质土：在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成，天然含水量ω大于液限ωL，天然孔隙比e大于或等于1.5的粘性土称为淤泥。当天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0时为淤泥质土；

4）红粘土和次生红粘土：碳酸盐岩系出露区的岩石，经风化形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土，其液限ωL一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限ωL大于45的土称为次生红粘土。

（2）按塑性指数IP分类（表3-5）：

（3）粘性土的状态，根据液性指数IL分类（表3-6）

二、土的野外鉴别

1）碎石土、沙土的野外鉴别，详见表3-7。

碎石类土密实度的野外鉴别，详见表3-8。

2）粘土的野外鉴别详见表3-9。

3）人工填土、淤泥、黄土、泥炭的野外鉴别详见表3-10。

三、土的工程性质

（一）土的松散性

自然状态下的土，经开挖扰动之后，因土体变得松散而使体积增大，这种性质叫做土的松散性，各种土的松散系数见表3-11。

（二）土的压实性

当自然状态的土挖松后，再经过人工或机械的碾压、振动、土可被压实，例如：在填筑土坝时，从土场取1m3的自然方，经过挖松运至坝体进行碾压后的实体方，就小于原1m3的自然方，这种性质叫做土的可缩性。

在土方工程施工中，经常有三种土方的名称即：自然方、松方、实体方。它们之间有着密切的关系。

1.土的体积关系

土体在自然状态下是由土粒（矿物颗粒）、水和气体三个组成。当自然土体松动后，气体体积（即孔隙）增大，当土粒数量不变，原自然土体积V自＜松动后的土体积V松；当经过碾压或振动后，气体被排出，则压实后的土体V实＜V自。三者之间的关系即：V实＜V自＜V松，V实为经压实后的实体方；V松为经扰动后的松方。对于砾、卵石和爆破后的块碎石，由于它们的块度大或颗粒粗，可塑性远小于土粒，因而它们的压实方＞自然方，详见表3-12。

当1m3的自然土体松动后，土体增大了，因而单位体积的重量变轻了；再经过碾压或振动，使土粒紧密度增加，因而单位体积重量增大。即

γ松＜γ自＜γ实

式中　γ松——开挖后的土体容重t/m3。

γ自——未扰动的土体容重t/m3。

γ实——碾压后的土体容重t/m3。

2.自然方和压实成品方的关系

在土方工程施工中，设计工程量为压实后的成品方，取料场的储量是自然方。在计算压实工程的备料量和运输量时，应该将二者之间的关系考虑进去，并考虑施工过程中技术处理、要求以及其他不可避免的各种损耗。水利水电系统在多年施工实践经验的基础上，在《水利水电建筑工程预算定额》（1986年版）中，提出了压实成品方与所需自然方的换算公式：

每100m3压实成品方

上述公式可改写为：

式中　V实——压实成品方的体积，m3

A——综合系数；

γd——设计干容重，t/m3；

γ0——未经扰动的自然干容重，t/m3。

式中综合系数A考虑了施工中各种损失。它包括：坝上运输、雨后清理、边坡削坡、接缝削坡、施工沉陷、取土坑、试验坑和不可避免的压环等损失因素。综合系数A见表3-13。