1.1 土的工程分类及性质

1.1.1 土的工程分类

土的种类不同，其施工方法也就不同，相应的工程量和工程造价也会有所不同。土的种类繁多，其分类方法也较多，而在建筑工程施工中常根据土石方施工时土（石）的开挖难易程度，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石和特坚石等8类。前4类属一般土，后4类属岩石，土的工程分类及其现场鉴别方法如表1-1所示。

1.1.2 土的基本性质

1．土的组成

土一般由固体颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。这些指标是土的最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质、进行土的工程分类具有重要意义。

土的三相物质是混合分布的，为了阐述方便，一般用三相图表示，具体如图1-1所示。在三相图中，把土的固体颗粒、水、空气各自划分开来。

2．土的物理性质

土的物理性质对土方工程的施工有直接影响，所以在施工之前应详细了解，以避免对工程的施工带来不必要的麻烦。其中，土的基本物理性质有土的密度、土的密实度、土的可松性、土的含水量、土的孔隙比和孔隙率、土的渗透性等。

（1）土的密度

土的密度分为天然密度和干密度。

①土的天然密度，是指土在天然状态下单位体积的质量。它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。一般黏土的密度为1800～2000kg/m3，砂土的密度为1600～2000kg/m3。土的天然密度的计算公式如下：

式中：ρ——土的天然密度，kg/m3；

m——土的总质量，kg；

V——土的天然体积，m3。

②土的干密度，是指土的固体颗粒质量与总体积的比值。土的干密度的计算公式如下：

式中：ρd——土的干密度，kg/m3；

ms——土中固体颗粒的质量，kg；

V——土的天然体积，m3。

土的干密度在一定程度上反映了土颗粒排列的紧密程度，干密度越大，表示土越密实。工程上常把土的干密度作为检验填土压实质量的控制指标。土的最大干密度值可参考表1-2。

（2）土的密实度

土的密实度，是指施工时的填土干密度与实验室所得的最大干密度的比值。土的密实度即土的密实程度，通常用干密度表示。土的密实度的计算公式如下：

式中：λc——密实度（即压实系数）；

ρd——土的实际干密度，kg/m 3；

ρdmax——土的最大干密度，kg/m3。

土的密实度对填土的施工质量有很大的影响，它是衡量回填土施工质量的重要指标。

（3）土的可松性

土的可松性，是指在自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，也不能再恢复其原来的体积。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等方面，必须考虑土的可松性。

土的可松性用最初可松性系数和最终可松性系数表示，具体的计算公式如下：

最初可松性系数

最终可松性系数

式中：Ks——土的最初可松性系数；

Ks′——土的最终可松性系数；

V1——土在自然状态下的体积，m3；

V2——土经开挖后松散状态下的体积，m3；

V3——土经回填压实后的体积，m3。

经分析可知，Ks＞Ks′＞1。在土方工程中，Ks是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数，Ks′是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。各类土的可松性系数可参考表1-1。

【例1-1】 某土石方开挖工程，自然状态下有500m3的土需要外调，现用容量为3m3的汽车外运，需运多少车？（已知该土为二类土，土的最初可松性系数Ks=1.14，最终可松性系数Ks′=1.05）

【解】（1）V2=KsV1=1.14×500=570（m3）

（2）n=V2/3=570/3=190（车）

3．土的含水量

土的含水量，是指土中所含水的质量与土的固体颗粒质量之比，用百分率表示。土的含水量的计算公式如下：

式中：ω——土的含水量；

mw——土中水的质量，kg；

m——土中固体颗粒的质量，kg。

土的含水量表示土的干湿程度。土的含水量在5%以内，称为干土；土的含水量在5%～30%，称为湿土；土的含水量大于30%，称为饱和土。土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的夯实质量。如果土的含水量超过25%，则机械化施工就困难，容易使机械打滑、陷车，因此，回填土需有最佳含水量。最佳含水量，是指可使填土获得最大密实度的含水量。土的最佳含水量可参考表1-2。

4．土的孔隙比和孔隙率

孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙比和孔隙率越小，土越密实。

孔隙比，是指土的孔隙体积与固体体积的比值。土的孔隙比的计算公式如下：

式中：e——土的孔隙比；

Vv——土中孔隙体积（Vv=Va+Vw）, m3；

Vs——土中固体颗粒体积，m3。

孔隙率，是指土的孔隙体积与总体积的比值，用百分率表示。土的孔隙率的计算公式如下：

式中：n——土的孔隙率；

V——土的总体积（V=Va+Vw+Vs）, m3。

5．土的渗透性

土的渗透性，是指水流通过土中孔隙的难易程度。水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数K，单位为m/d。它主要取决于土体的孔隙特征，如孔隙的大小、形状、数量和贯通情况等。地下水在土中的渗流速度一般可按达西定律进行计算：

式中：V——水在土中的渗流速度，m/d；

K——土的渗透系数，m/d；

H1——高水位，m；

H2——低水位，m；

i——水力坡度，又叫水力梯度。经过长为L的渗流路程，A、B两点的水位差为H1-H2，它与渗流路程之比，称为水力坡度。具体如图1-2所示。

渗透系数K值反映出土透水性的强弱。它将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，可通过室内渗透试验或现场抽水试验确定。一般土的渗透系数可参考表1-3。