淺談特殊土的工程特性及地基處理

1、 淺談區(qū)域性特殊土的工程特性及地基處理 卜志勇（安徽建筑工業(yè)學(xué)院09安全工程1班）摘要:本文通過對特殊土的簡單介紹，闡述了軟土、濕陷性黃土、紅粘土、膨脹土等區(qū)域性特殊土的工程特性，進(jìn)而詳細(xì)地表達(dá)了不同特殊土地基的處理方法。關(guān)鍵字：特殊土 工程特性 地基處理前 沿我國幅員廣大，由于生成時(shí)不同的地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因以及次生變化等原因，使一些土類具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)，從而形成了各種各樣的區(qū)域性特殊土。當(dāng)其作為建筑場地、地基、建筑環(huán)境時(shí)，由于它們自身的不同特點(diǎn)，如果不采取相應(yīng)的措施，就會(huì)造成工地上的重大事故。因此，只有掌握了它們各自的特點(diǎn)，才有利于工程建設(shè)。一 軟土的工程特性及地基處

2、理1.1軟土的工程特性軟土是指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土。這類土的物理特性大部分是飽和的，含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大于液限，孔隙比大于1。當(dāng)天然孔隙比大于1.5時(shí)，稱為淤泥；天然孔隙比大于1而小于1.5時(shí)，則稱為淤泥質(zhì)土。這類土的抗剪強(qiáng)度很低，壓縮性較高，滲透性很小，并具有結(jié)構(gòu)性，廣泛分布于我國東南沿海地區(qū)和內(nèi)陸江河湖泊的周圍，是軟弱土的主要土類，通稱軟土1一般具有下列工程特性：（1）含水量較高，孔隙比大。一般含水量為35%80%，孔隙比為12。（2）抗剪強(qiáng)度很低。根據(jù)土工試驗(yàn)的結(jié)果，我國軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa，其變化范圍在525kPa；有效內(nèi)摩擦角約為

3、20°35°；固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角12°17°。正常固結(jié)的軟土層的不排水抗剪強(qiáng)度往往是隨距地表深度的增加而增大，每米的增長率約為12kPa。加速軟土層的固結(jié)速率是改善軟土強(qiáng)度特性的一項(xiàng)有效途徑。（3）壓縮性較高。一般正常固結(jié)的軟土的壓縮系數(shù)約為1-2=0.51.5MPa-1，最大可達(dá)1-2=4.5MPa-1；壓縮指數(shù)約為Cc=0.350.75（4）滲透性很小。軟土的滲透系數(shù)一般約為1×10-61×10-8cm/s（5）具有明顯的結(jié)構(gòu)性。軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，尤以海相粘土更為明顯。這種土一旦受到擾動(dòng)，土的強(qiáng)度顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。我國

4、沿海軟土的靈敏度一般為410，屬于高靈敏度土。因此，在軟土層中進(jìn)行地基處理和基坑開挖，若不注意避免擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)，就會(huì)加劇土體變形，降低地基土的強(qiáng)度，影響地基處理效果。（6）具有明顯的流變性。在荷載作用下，軟土承受剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減，在主固結(jié)沉降完畢之后還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。1.2軟土的地基處理要求 應(yīng)根據(jù)軟土地區(qū)的特點(diǎn)，場地具體條件，綜合建筑物的結(jié)構(gòu)類型，對地基的要求按照一定的原則，選擇合理處理方法進(jìn)行處理。軟土地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的問題及處理方法有以下幾種：1.對地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的問題及處理方法有以下幾種2(1)當(dāng)范圍不大時(shí)，一般采用基礎(chǔ)加深或換填處理。(

5、2)當(dāng)寬度不大時(shí)，一般采用基礎(chǔ)梁跨越處理。(3)當(dāng)范圍較大時(shí)，一般采用短樁處理，短樁的類型有砂樁、碎石樁、灰土樁、施噴樁、和預(yù)測樁。樁的設(shè)計(jì)參數(shù)宜用試驗(yàn)確定。2.對表層及淺層不均勻地基及軟土的處理(1)對不均勻地基采用機(jī)械碾壓法或務(wù)實(shí)法。(2)對淺層軟土常用墊層法。3.對深層軟土的處理(1)排水固結(jié)法：對天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井（袋裝砂井或塑料排水帶等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載；或在建筑物建造前在場地上先行加載預(yù)壓，使土體的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法3。(2)樁基礎(chǔ)：對荷載下，沉降限制嚴(yán)格的建筑物，宜用樁基礎(chǔ)，以達(dá)到有效的沉降量或差異沉

6、降量的要求。二濕陷性黃土的工程特性及地基處理2.1濕陷性黃土的工程特性黃土是干旱或半干旱氣候條件下的沉積物，在生成初期，土中水分不斷蒸發(fā)，土孔隙中的毛細(xì)作用，使水分逐漸集聚到較粗顆粒的接觸點(diǎn)處。同時(shí)，細(xì)粉粒、粘粒和一些水溶鹽類也不同程度的集聚到粗顆粒的接觸點(diǎn)形成膠結(jié)。我國大部分濕陷性黃土的工程地質(zhì)特性為:可塑性較弱;含水量較少;壓實(shí)程度很差,孔隙比較大;抗水性很弱,遇水強(qiáng)烈崩解,膨脹量較小,但是失水收縮較明顯;有很強(qiáng)的透水性;強(qiáng)度較高,因?yàn)閴嚎s中等,抗剪強(qiáng)度較高4。濕陷性黃土之所以在一定壓力下受水時(shí)產(chǎn)生顯著附加下沉，除上述在遇水時(shí)顆粒接觸點(diǎn)處膠結(jié)物的軟化作用外，還在于土的欠壓密狀態(tài)，干旱氣候條

7、件下，無論是風(fēng)積或是坡積和洪積的黃土層，其蒸發(fā)影響深度大于大氣降水的影響深度，在其形成過程中，充分的壓力和適宜的濕度往往不能同時(shí)具備，導(dǎo)致土層的壓密欠佳。接近地表2-3米的土層，受大氣降水的影響，一般具有適宜壓密的濕度，但此時(shí)上覆土重很小，土層得不到充分的壓密，便形成了低濕度、高孔隙率的濕陷性黃土。濕陷性黃土在天然狀態(tài)下保持低濕和高孔隙率是其產(chǎn)生濕陷的充分條件。我國濕陷性黃土分布地區(qū)大部分年平均降雨量約在250500ram，而蒸發(fā)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降雨量，因而濕陷性黃土的天然濕度一般在塑限含水量左右，或更低一些。在豎向剖面上，我國濕潤陷性黃土的孔隙比一般隨深度增加而減小，其含水量則隨深度增加而增加，

8、有的地區(qū)這種現(xiàn)象比較明顯，為此較薄的濕陷性土層往往不具自重濕陷或自重濕陷不明顯5。下圖是我國濕潤陷性黃土的孔隙比：孔隙比(e)地名平均值常見值蘭州1.080.851.27西安1.040.851.22太原0.960.821.13洛陽0.930.821.03延安1.171.001.32子長1.040.891.22 表1 我國濕陷性黃土的孔隙2.2 濕陷性黃土的地基處理 對于各類建筑進(jìn)行地基處理時(shí)，地基處理有以下要求：1.甲類建筑6對于甲類建筑進(jìn)行地基處理時(shí)，應(yīng)穿透全部濕陷土層或消除地基全部濕陷量，處理厚度要求：(1)非自重濕陷性黃土場地，應(yīng)將基礎(chǔ)下濕陷起始?jí)毫π∮诟郊訅毫εc上覆土的飽和自重壓力之和

9、的所有土層進(jìn)行處理，或處理至基礎(chǔ)以下的壓縮層下限為止。(2)在自重濕陷性黃土場地，應(yīng)處理基礎(chǔ)以下的全部濕陷性土層。2.乙類建筑對于乙類建筑進(jìn)行地基處理時(shí)，應(yīng)消除基礎(chǔ)部分濕陷性，其最小處理厚度為：(1) 非自重濕陷性黃土場地,不應(yīng)小于壓縮層厚度的2/3。(2)自重濕陷性黃土場地，不應(yīng)小于壓縮層土層的2/3，并控制未處理土層的濕陷量不大于20cm。(3)若地基的寬度大或濕陷性土層的厚度大，處理2/3壓縮層或2/3濕陷性土層有困難時(shí)，在建筑物范圍內(nèi)應(yīng)采用整片處理，處理厚度前者不小于4m,后者不小于6m7.3.丙類建筑對于丙類建筑進(jìn)行地基處理時(shí)，應(yīng)消除基礎(chǔ)部分濕陷性，方法同上。4.丁類建筑此類建筑的地

10、基一律不處理。三膨脹土的工程特性及地基處理3.1膨脹土的工程特性 膨脹土是指含有大量的強(qiáng)親水性粘土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮、且脹縮變形往復(fù)可逆的高塑性粘土。一般具有下列工程特：(1)膨脹量、膨脹力均較小。試驗(yàn)表明，當(dāng)上覆荷載壓力由P=0增加至P=I6kPa時(shí)，其膨脹量能減少40 ；當(dāng)增加至P=25kPa時(shí)，其膨脹量減少70 80 ，因此該膨脹土困膨脹對路基產(chǎn)生影響小，但其收縮產(chǎn)生的地裂破壞作用大，主要表現(xiàn)在路基經(jīng)受長久千濕季節(jié)的反復(fù)收縮時(shí)，其裂隙不斷發(fā)展，當(dāng)有水滲入時(shí)，膨脹軟化，從而影響路基穩(wěn)定。(2)吸水膨脹，強(qiáng)度降低。膨脹土廈水后體積膨脹，其強(qiáng)度降低，尤其擊實(shí)后的膨脹土，密實(shí)

11、度較高，而遇較多的水分補(bǔ)結(jié)時(shí)，其強(qiáng)度降低幅度較大。(3)裂隙發(fā)育。裂隙有豎向、斜交、水平3種，地表1-2m深度內(nèi)見豎向張裂隙，裂面粗糙，上大下小逐漸尖滅；裂面呈油脂光澤或臘狀光澤，有的裂隙面有擦痕及鐵錳氧化物薄膜，裂隙中常充填灰綠、灰白色粘性土。(4)易風(fēng)化。沿線膨脹土屬強(qiáng)風(fēng)化層。路基開挖后，土體在風(fēng)化應(yīng)力作用下，很快會(huì)產(chǎn)生碎裂、剝落和泥化現(xiàn)象，使土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低。(5)壓實(shí)困難。當(dāng)天然含水量比較高時(shí)，粉碎壓實(shí)需將土的含水量降到重型擊宴標(biāo)準(zhǔn)的最佳含水量，在汀準(zhǔn)多雨地區(qū)十分困難，涼曬費(fèi)時(shí)費(fèi)工，既影響工程進(jìn)度，又增加成本，即使按重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)到規(guī)定的密實(shí)度，若不做其它防護(hù)處理時(shí)，遇水浸泡后

12、仍膨脹變形，路基不能保持長久穩(wěn)定。3.2膨脹土的地基處理根據(jù)下圖的脹縮等級(jí)，當(dāng)?shù)夭牧霞笆┕すに嚨?，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定處理方法，有如下幾種辦法8： 地基分級(jí)變形量Sc(mm)級(jí)別15Sc3535Sc70Sc70 表二 膨脹土地基的脹縮等級(jí)(1) 換土墊層：可采用膨脹土或灰土，換土厚度通過計(jì)算確定。(2) 砂石墊層：平坦土地上、級(jí)膨脹土膨脹土地基可采用這種方法，厚度不應(yīng)小于300mm,墊層厚度應(yīng)大于墊底厚度,兩側(cè)宜用相同材料回填，并做好防水處理9。(3) 樁基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)應(yīng)穿過膨脹土層，使樁尖進(jìn)入非膨脹土層或伸入大氣影響急劇層以下一定的深度，樁端可發(fā)揮錨固作用抵抗膨脹土對上部的上拔力。另外，

13、在美國采用石灰漿灌入法，加固膨脹土地區(qū)鐵路路基；澳大利亞采用移去樹或在樹木與房屋中間設(shè)置豎直隔墻及深基托換等方法來減少或避免大樹吸水與蒸發(fā)引起的房屋破壞。對于補(bǔ)償墊底，化學(xué)固化處理，預(yù)侵水等方法不再贅述，可參看相關(guān)書目。四紅粘土的工程特性及地基處理4.1紅粘土的工程特性紅粘土是指亞熱帶濕熱氣候條件下，碳酸鹽類巖石(石灰石，白云石，泥質(zhì)泥石等)經(jīng)強(qiáng)烈風(fēng)化后形成的殘積、坡積的褐紅色、棕紅色或黃褐色的一種高塑性粘土。下圖較好的反映了其顏色，其一般具有下列工程特性：(1)天然含水量高、低密度。天然含水量一般為4060，最高達(dá)90，密度小天然孔隙比一般為1.41.7，最高為2，具有大孔隙性。(2)塑性高

14、和分散性。塑限一般為4060，最高達(dá)90，塑性指數(shù)一般為2050。由于塑性很高，所以盡管天然含水量高，一般仍處于堅(jiān)硬或硬可塑狀態(tài)，甚至飽水的紅黏土也是堅(jiān)硬狀態(tài)的。圖一 亞熱帶的紅粘土顏色圖 (3)壓縮性較低。紅粘土的壓縮性一般不高，例如：潞西市芒別水庫、蚌相水庫、77332部隊(duì)營區(qū)等的土樣在100200kPa壓力范圍內(nèi)，壓縮系數(shù)均在0.10.5Mpa-1之間，按照分類標(biāo)準(zhǔn)，均屬中等或中等偏低壓縮性土，這對控制壩體和地基的沉陷量是有利的。但是該類土ep關(guān)系曲線多為光滑曲線，且保持一定的坡度，也就是說壓縮變形尚未達(dá)到穩(wěn)定。(4)滲透性好。由于紅粘土中的游離氧化鐵膠結(jié)作用水穩(wěn)性較好，膠結(jié)體在水中不易

15、分散，故其抗?jié)B性比較好。又由于該類土中存在著大小集合體，集合體間存在較大孔隙，故其滲透系數(shù)比分散性粘土的滲透系數(shù)相對要大，一般在1×10-41×10-7cm/s之間。(5)抗剪強(qiáng)度。紅粘土雖然一般含水量較高，干容重較低，孔隙比較大，但這類土的抗剪強(qiáng)度值并不低，其內(nèi)磨擦角一般在20o30o之間，凝聚力一般在20100kPa之間，這類土用作筑壩材料，其強(qiáng)度值是能滿足要求的。4.2紅粘土的地基處理紅粘土地基的處理要針對地基不均勻性、土硐、地裂等問題進(jìn)行，要堅(jiān)持采取地基處理，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)調(diào)整相合的方法，搞好紅粘土的地基的處理。1. 對地基不均勻性紅粘土處理應(yīng)優(yōu)先考慮地基處理為主的

16、措施，宜采用改變基寬，調(diào)整相鄰地基基底壓力、增減地基埋深，使基底下可壓縮土厚相對均一，對外露石芽，可用壓縮材料褥墊處理；對土層厚度狀態(tài)分布不均勻的地段，用低壓縮的材料作置換處理。2.紅粘土地基中土硐處理(1)對于紅粘土地基中只有個(gè)別土硐存在，且對地基穩(wěn)定性影響不大時(shí)，分兩種：,當(dāng)淺埋土硐，實(shí)行地面開挖，消除軟土，用塊石回填，再加毛石混凝土至底面下0.3m,再用土夾石填至基礎(chǔ)底面即可；當(dāng)深埋土硐，地面上對準(zhǔn)硐體頂板，打磚孔多個(gè)，用水沖法將砂礫石灌進(jìn)洞里。若灌注困難，可借助壓力灌注細(xì)石混凝土10。(2) 對于紅粘土地基中含有較多土硐時(shí)，其其有發(fā)展趨勢，對地基穩(wěn)定性影響較大應(yīng)考慮放棄紅粘土地基，采用

17、樁基礎(chǔ)，以下伏基巖作持續(xù)力。3. 紅粘土地基中地裂處理詳細(xì)了解地裂的情況，根據(jù)實(shí)際情況，除與圖硐地面塌陷有關(guān)的地裂處，其余所有地裂都要進(jìn)行充填封實(shí)，防治地表水下滲，使深部紅粘土軟化，形成土硐，地基失去穩(wěn)定。在填實(shí)了的地裂上施工建筑時(shí)，采用梁、拱跨越，并在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)上，采取相應(yīng)的措施。隊(duì)友潛在的發(fā)展的地裂，在其密保地段和建伸地帶，不宜擬建新的建筑物。總結(jié)通過以上簡單地介紹，我們了解了區(qū)域性特殊土的工程特性，并對各種特殊土的地基處理有了較為清楚認(rèn)識(shí)，較好的幫助我們在建筑工程上減少重大事故。然而由于文章蝙蝠的限制，我未能夠全面的介紹各種區(qū)域性特殊土的地基處理。另外，本文只說了較為常見的軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土，對于那些不常見的如凍土、鹽漬土、人工填土和污染土等未作介紹，想了解可參考相關(guān)文件。參考文獻(xiàn)1 邵艷. 工程地質(zhì). 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)出版社. 2008. 1481492 侯兆霞等. 特殊土地基. 北京: 中國建材工業(yè)出版社. 2007. 31333 楊小平. 建筑地基基礎(chǔ). 廣州: 華南理工大學(xué)出版社. 2007. 1221234 趙明華. 基礎(chǔ)工程. 北京: 高等教育出版社.