大孔隙土松散系數的計算

摘要：在進行土石方平衡計算時，需要考慮土體擾動再壓實后的體積變化（松散系數），本文通過分析土體的物理性質、壓實度與體松散系數關系，提出在不同壓實系數作用下土體松散系數的計算公式。

關鍵詞：土方平衡、最大干密度、自然干密度、松散系數、大孔隙土

Abstract：When conditions balance calculation， you need to consider the soil volume change after the disturbance and compaction coefficient （loose）， in this paper， through the analysis of the physical properties of soil， the degree of compaction and body loose coefficient relation， put forward under the effect of different compacting factor calculation formula of coefficient of soil loose.

Key words： Earthwork balance、Maximum dry density、Natural dry density、Loose coefficient、Large pore soil

1、引言

通常認為，原狀土經過漫長歲月沉積，土體結構接近最大密度，在土石方施工中，天然土體擾動后，土體組織破壞，體積將增加。即，在天然土壤密實的情況下，如將挖方作為回填料使用，其體積將比天然土體積大。工程用變化后體積和原體積之比（稱為松散系）衡量這種變化的大小，通常根據土壤巖性和壓實要求的不同，取值1.01～1.30。但是這種根據土石的性質查詢經驗統計表來確定松散系數的方法有個前提“天然土石密實，固結良好”，不適用欠固結土體或大孔隙。作者認為此時可以根據土體的物理性質和壓實系數通過理論計算公式來精確算出土石松散系數。

2、經驗取值松散系數的缺陷

在土石方計算中，傳統做法是根據土體情況，按照經驗確定松散系數?！豆I企業總平面設計規范》（GB 50187-2012）規定：

·略有粘性的砂土粉土腐殖土及疏松的種植土；泥炭（淤泥）（種植土泥炭除外），1.01～1.03。

·植物性土泥炭，1.03～1.04。

·潮濕的粘性土和黃土；軟的鹽土和堿土；含有建筑材料碎屑，碎石、卵石的堆積土和種植土，1.02～1.05。

·中等密實的粘性土或黃土；含有碎石、卵石或建筑材料碎屑的潮濕的粘性土或黃土，1.04～1.07。

·堅硬密實的粘性土或黃土；含有碎石、礫石（體積在10%～30%，重量在25kg以下的石塊）的中等密實粘性土或黃土；硬化的重鹽土；軟泥灰巖，（泥灰巖蛋白石除外），1.06～1.09。

·泥灰巖蛋白石，1.11～1.15。

可以看出規范中松散系數參考值均大于1，然而實際工程中存在大孔隙的土體，將挖方作為回填料使用時其體積將比天然土體積減小。以作者參與設計某鋁加工廠廠區雨水管回填工程為例，管道開挖、回填斷面如下圖。算得土體回填后體積約為原來90.9%?？梢娨幏吨兴兴缮⑾禂祵τ行┩馏w不適用。

3、松散系數理論計算

工程中用回填壓實后土體體積和自然土體體積之比表示松散系，計算公式如下：

K= V’ / V，根據質量、體積、密度的關系，轉化為：

K=ρ/ρ’ [公式1]

K——松散系數；

V——自然土體的體積；

V’——回填壓實土體的體積；

ρ——自然土體的干密度；

ρ’——回填壓實土體的干密度。

壓實系數是指回填壓實土體的干密度與擊試驗所得的最大干密度的比值。計算公式如下：

ρ’=ρmax·λ [公式2]

λ——壓實系數

ρmax——擊試驗所得的最大干密度；

由[公式1]、[公式2]得：K=ρ/（ρmax·λ）。

自然土體的干密度ρ由土壤的物理性質決定，通過取樣分析可以得出，擊試驗所得的最大干密度ρmax 為實驗數據，可由地勘報告提供。

將這一理論運用到場地設計中，我們可以算得欠固結土體或大孔隙土體回填壓實體積減少量。也可根據具體的壓實系數要求計算松散系數，將同一場地內的不同回填地段分別取不同的壓實系數，分區計算土方量，再統一進行填挖土石方平衡，讓工程設計變得更加經濟和嚴謹。

4、工程實例

在上文所述的工程設計時，了解到場地土體空隙較大，回填壓實后體積減小，為做好土方平衡，作者在地勘任務書中特別注明需要測地表下5米內土體的最大干密度和自然干密度。

根據地勘報告提供土工試驗數據，地表下5米內土體的最大干密度可取1.71g/cm3，自然干密度可取1.42 g/cm3。取壓實度0.9，算得松散系數為0.9068。為檢驗這個數據的準確性，工程又以廠區一段雨水管回填工程作為試驗段，測得為0.909，相差僅有0.00245，大大提高平衡精準度。

為提高平衡計算精準度，按土地使用性質不同，把場地分為建構筑區、道路區、綠化區。壓實系數分別取0.95、0.93、0.85，算得松散系數為0.8741、0.8929、0.0.9770。

5、結束語

松散系數是是土石方計算中重要的一個參數，如果取值不準確，對于土石方平衡會有較大影響。因此，運用公式計算各種土體在不同壓實系數下的松散系數就顯得尤為重要。設計人員在運用本文所提公式時需要獲得自然土體的干密度ρ和擊試驗所得的最大干密度ρmax，可在勘察委托中預先明確，以便勘察單位取樣和分析。

參考文獻：

[1]韓曉雷.土力學地基基礎[M].西安：冶金工業出版社，2003.89。

[2]工業企業總平面設計規范（GB 50187-2012）.中國建筑工業出版社出版.2012年。

[3]土方與爆破工程施工及驗收規范（GB 50201-2012）.中國建筑工業出版社出版.2012年。