特殊土地基處理措施

1、1、概述2、濕陷性黃土地基3、膨脹土地基4、山區(qū)地基和紅粘土地基5、凍土地基6、鹽漬土地基7、天然地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計本章內(nèi)容簡介6.1 概 述 由于沉積過程的地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因的不同，呈區(qū)域性分布，并具有特殊工程性質(zhì)的土稱為特殊土。濕陷性黃土地基地基沉陷膨脹土地基房屋開裂，堤岸、路基滑坡，橋梁、涵洞 等剛性結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不均勻沉降。山區(qū)地基溶洞、石芽使基巖面起伏較大，地基不均勻沉降。凍土地基建筑物被抬升開裂，路面鼓包錯縫，地基大量沉 降和不均勻沉降地震區(qū)地基砂土液化，建筑物沉陷特殊土地基的工程危害領(lǐng)會：各類特殊土的分布區(qū)域、形成原因、工程特性 和危害。掌握：各類特殊土地基工程特性的評價方法

2、 。識記：各類特殊土地基的工程處理措施。學(xué)習(xí)要點：6.2 濕陷性黃土地基黃土：是一種在干早和半干旱氣候條件下形成的，顆粒組成以粉粒（粒徑0.010.05mm）為主的黃色或褐黃色粉狀土。黃土在天然含水量時一般呈堅硬或硬塑狀態(tài)，具有較高的強(qiáng)度、低或中等的壓縮性。6.2.1 濕陷性黃土的特征與分布濕陷性黃土：是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理的黃土。受水浸濕后，在自重應(yīng)力或附加壓力與自重壓力共同作用下，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著的濕陷變形，強(qiáng)度也隨之降低的，稱為濕陷性黃土。 土質(zhì)較為均勻，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松； 含水量低，濕陷性強(qiáng)烈，隨含水量的增大，濕陷性逐漸減弱； 當(dāng)液限小于30%時，濕陷一

3、般較強(qiáng)烈； 濕陷性黃土壓縮系數(shù)介于0.11.OMPa-1之間；遇水強(qiáng)烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮比較明顯； 透水性較強(qiáng)。濕陷性黃土的物理、力學(xué)性質(zhì)6.2.2 黃土濕陷性的成因和影響因素1.黃土的結(jié)構(gòu)特征（內(nèi)因）：長期的干旱使土中水分不斷蒸發(fā)，可溶鹽逐漸濃縮沉淀而成為膠結(jié)物。增強(qiáng)了土粒之間抵抗滑移的能力，形成了以粗粉粒為主體骨架的多孔隙結(jié)構(gòu)。2.物質(zhì)成分（內(nèi)因）： 黃土中粒徑大于0.05mm的顆粒較多，膠結(jié)物多呈薄膜狀分布，骨架顆粒多數(shù)彼此直接接觸，結(jié)構(gòu)疏松。以粗粉粒為主土粒間為膠結(jié)物3.水的浸濕與荷載作用（外因）：當(dāng)黃土浸水較深時，鹽類溶于水中，連接點破壞，固化粘聚力消失，骨架強(qiáng)度降低。在上

4、覆土自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下，整個結(jié)構(gòu)體系失去穩(wěn)定，導(dǎo)致大量附加沉陷。 浸水途徑有管道（或水池）漏水、地面積水、生產(chǎn)和生活用水等滲入地下，或由于降水量較大，灌溉渠和水庫的滲漏或回水使地下水位上升等原因而引起。濕陷過程結(jié)合水膜增厚鍥入顆粒之間黃土受水浸濕結(jié)合水聯(lián)結(jié)消失，鹽溶于水骨架強(qiáng)度隨著降低結(jié)構(gòu)迅速破壞濕陷性黃土濕陷的影響因素：1.黃土中顆粒的組成和分布：粘粒含量多，并且均勻分布在骨架之間，起膠結(jié)物的作用，會使?jié)裣菪越档筒⑹沽W(xué)性質(zhì)得到改善。粘?？梢愿纳茲裣菪砸兹茺}，使?jié)裣菪栽鰪?qiáng)2. 黃土中的鹽類：如以較難溶解的碳酸鈣為主而具有膠結(jié)作用時，濕陷性減弱，但易溶鹽的含量愈大時，濕陷性

5、增強(qiáng)。 6.2.3 濕陷性黃土地基的評價1.判別黃土在一定壓力作用下是否具有濕陷性；2.判別濕陷性黃土場地的濕陷類型，是自重濕陷性黃 土還是非自重濕陷性黃土；3.判別濕陷等級，濕陷性強(qiáng)弱程度1）濕陷系數(shù)s濕陷系數(shù)s值來進(jìn)行判定黃土是否具有濕陷性。式中： hp 保持天然的濕度和結(jié)構(gòu)的土樣，加壓至一定壓力p后，下沉穩(wěn) 定后的高度mm； 加壓穩(wěn)定后土樣，浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度mm； h0 土樣原始高度mm。1.黃土濕陷性判別原狀土樣采用室內(nèi)壓縮試驗 我國濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（ GB50025-2004 ）規(guī)定s0.015定為濕陷性黃土， s0.015為非濕陷性黃土。 根據(jù)濕陷系數(shù)s值的大小分

6、為下列三種： 當(dāng) 時，濕陷性輕微； 當(dāng) 時，濕陷性中等； 當(dāng) 時，濕陷性強(qiáng)烈。2）濕陷性判定 黃土的濕陷性一般自地表以下逐漸減弱，埋深 78m 以上的黃土濕陷性較強(qiáng)。濕陷性黃土分類自重濕陷性黃土：受水浸濕后，在上覆土層的飽和（飽和度 =85%）自重應(yīng)力作用下發(fā)生濕陷變形。 非自重濕陷性黃土：某一深度處的黃土層浸水后，除上覆土的飽和自重外，還要一定的附加壓力才發(fā)生濕陷變形2.濕陷性黃土場地的濕陷類型劃分在工程上，自重濕陷性黃土產(chǎn)生的濕陷事故比非自重濕陷性黃土要多。1）自重濕陷量 濕陷性黃土場地的濕陷類型應(yīng)按自重濕陷量的實測值 或計算值zs判定。 計算值： 第 i 層土的厚度(cm)； 總計算土層

7、內(nèi)濕陷土層數(shù)目。應(yīng)自天然地面(當(dāng)挖、填方厚度較大時，應(yīng)自設(shè)計地面)算起，至其下非濕陷性黃土層的頂面為止，其中濕陷系數(shù) 小于0.015的土層不累計。 因土質(zhì)地區(qū)而異的修正系數(shù)。 缺乏實測資料時，可按下列規(guī)定取值：隴西地區(qū)可取 1.5；隴東-陜北-晉西地區(qū)可取1.2；關(guān)中地區(qū)可取 0.9；其它地區(qū)可取 0.5。 第 i 層土的自重濕陷系數(shù) 式中 保持天然濕度和結(jié)構(gòu)的試樣，加壓至該試樣上覆土的飽和自重壓力時，下沉穩(wěn)定后的高度(mm)； 上述加壓穩(wěn)定后的試樣，在浸水(飽和)作用下，附加下沉穩(wěn)定后的高度(mm) 試樣的原始高度(mm)。2）濕陷類型劃分 或zs小于或等于 70mm，為非自重濕陷性黃土場地

8、 或zs大于70mm，為自重濕陷性黃土場地3）黃土地基的濕陷等級劃分 黃土地基在評價其濕陷等級時以地基受水浸濕達(dá)到完全飽和時的總濕陷量作為指標(biāo)。 第i層土的濕陷系數(shù) 第i層土的厚度(mm)； 考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)。 在缺乏實測資料時， 可按以下規(guī)定取值：基底下05m深度內(nèi)，取 1.5；基底下510m深度內(nèi)，取 1.0；基底下lOm以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場地可取工程所在地區(qū)的 值。總濕陷量 應(yīng)自基礎(chǔ)底面(如基底標(biāo)高不確定時自地面下1.5m)算起； 在非自重濕陷性黃土場地，累計至基底下10m(或地基壓縮層)深度止； 在自重濕陷性黃土場地，累

9、計至非濕陷黃土層的頂面止。其中濕陷系數(shù) （10m以下為 ）小于0.015的土層不累計?？倽裣萘康挠嬎阒?的計算深度濕陷性黃土地基的濕陷等級的判斷1）防水措施：采取一定工程措施，防止雨水或生產(chǎn)用水 滲入浸濕地基。要求在建筑布置、地面排水、寬散水等方面，防止雨水或生產(chǎn)生活用水滲入地基。 6.2.5 濕陷性黃土地基的工程措施灰土或素土墊層 ：將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖到預(yù)計深度，然后用灰土（三分石灰七分土）或素土（就地挖出的粘性土）分層夯實回填。重錘夯實及強(qiáng)夯法：重錘自由落下一定高度，錘擊地基土，可消除一定范圍內(nèi)土層的濕陷性 。石灰土或二灰（石灰與粉煤灰）擠密樁 ：用打入樁、沖鉆或爆擴(kuò)等方法在

10、土中成孔，然后用石灰土或?qū)⑹遗c粉煤灰混合分層夯填樁孔而成（少數(shù)也有用素土），用擠密的方法破壞黃土地基的松散、大孔結(jié)構(gòu)，達(dá)到消除或減輕地基的濕陷性。 2)地基處理措施 采用地基處理措施破壞濕陷黃土的大孔結(jié)構(gòu)，消除地基濕陷性。 建筑物的體型力求簡單，長高比不宜大于3；對長度較大且體形復(fù)雜的建筑物，采用沉降縫將其分為若干獨立單元。選用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，并應(yīng)加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)剛度和基礎(chǔ)剛度；地下管道或管溝穿過建筑物的基礎(chǔ)或墻時，預(yù)留適應(yīng)沉降的凈空。 當(dāng)?shù)鼗臐裣菪源?，要求處理的土層深，可采用樁基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)穿越濕陷性土層將上部荷載直接傳到非濕陷土層或基巖中。3) 結(jié)構(gòu)措施4) 樁基措施6.3 膨脹土地基膨脹土：

11、指黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的高液限黏土。它一般強(qiáng)度較高壓縮性較低。6.3.1 膨脹土的特征及對建筑物的危害 膨脹土的一般特征親水性礦物組成的粘粒含量較高；具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性；天然狀態(tài)下工程性質(zhì)較好；膨脹土膨脹過程膨脹土的危害 膨脹土具有顯著的吸水膨脹和失水收縮的特性。建造在膨脹土上的建筑物，隨季節(jié)性氣候的變化會反復(fù)不斷的產(chǎn)生不均勻的升降，而使房屋破壞。 膨脹土裂縫具有成群出現(xiàn)的特點。墻體轉(zhuǎn)角呈不對稱的倒八字形、X形裂縫。側(cè)向水平推力造成基礎(chǔ)移動而產(chǎn)生水平裂縫和位移。膨脹土路面破壞膨脹土滑坡裂縫山墻上的八字裂縫1.自由膨脹率ef 人

12、工制備的磨細(xì)烘干土樣，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，增加的體積與原體積的比值ef稱為自由膨脹率。 用于初步定性判定是否是膨脹土，不能定量評價注意：自由膨脹力是在無結(jié)構(gòu)力影響下的結(jié)果6.3.2 膨脹土的工程特性指標(biāo) 土樣在水中膨脹穩(wěn)定后的體積（ml） 土樣原有體積（ml）2. 膨脹率ep 膨脹率ep表示原狀土在側(cè)限壓縮儀中，在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后，土樣增加的高度與原高度之比，表示為： 膨脹率用來評價地基脹縮等級，計算膨脹土地基變形量，測定膨脹力。 土樣浸水膨脹穩(wěn)定后的高度（mm） 土樣的原始高度（mm）3. 收縮系數(shù)收縮系數(shù) 是原狀土樣在直線收縮階段，含水量減少1%時的豎向線縮率。線縮率 ：指土的

13、豎向收縮變形與原狀土樣高度之比 。 式中： h0 土樣的原始高度，mm； hi 某含水量wi時的土樣高度，mm。 收縮過程中直線變化階段兩點含水量之差（%）1. 膨脹土場地的判別 膨脹土規(guī)范中規(guī)定，凡具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率ef40%的土應(yīng)判定為膨脹土。 1）裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土。在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態(tài)；2）多出露于二級或二級以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎； 3）常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等； 4）建筑物裂多呈“倒八字”、“X”或水平裂縫，裂縫隨氣候變化而張開和閉合。 6.3.3

14、膨脹土的工程特性指標(biāo)2.膨脹潛勢 一般情況下，膨脹潛勢較弱的膨脹土，建筑物損壞輕微，膨脹潛勢較強(qiáng)的膨脹土，建筑物損壞嚴(yán)重。3.膨脹土地基的脹縮等級 膨脹土地基評價，應(yīng)根據(jù)地基脹縮變形對低層砌體房屋的影響程度進(jìn)行評價。采用50kPa壓力下，測定土的膨脹率，計算地基分級變形量Sc（膨脹變形量、收縮變形量、脹縮變形量），作為劃分脹縮等級的標(biāo)準(zhǔn)。建筑措施 建筑體型簡單，增設(shè)沉降縫； 加強(qiáng)隔水、排水措施； 建筑物四周應(yīng)設(shè)散水或?qū)捝⑺?加強(qiáng)建筑物的整體剛度； 對于大面積地面應(yīng)分格設(shè)置變形縫，變形縫內(nèi)填嵌柔性防水材料。6.3.5 工程措施結(jié)構(gòu)措施 加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度； 房屋頂層和基礎(chǔ)頂部宜

15、設(shè)置圈梁； 砌體結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱； 框、排架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻體與柱應(yīng)采取可靠拉接； 地下管道及其附屬構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，宜設(shè)置防滲墊層。地下管道或管溝穿過建筑物的基礎(chǔ)或墻時，應(yīng)設(shè)預(yù)留孔洞。地基處理措施 采用非膨脹性土、灰土或改良土進(jìn)行換土； 平坦場地上I 、II級膨脹土的地基處理，宜采用砂、碎石墊層； 較均勻脹縮等級為級的膨脹土地基，可采用條形基礎(chǔ)； 脹縮等級為III級或設(shè)計等級為甲級的膨脹土地基，或土層較厚的膨脹土地基宜采用樁基礎(chǔ)。施工措施工程宜避開雨季施工；開挖工程時，應(yīng)快速作業(yè)，避免基坑巖土體受曝曬或泡水；基坑發(fā)生地裂，及時處理后方能繼續(xù)施工；避免在坡坎上建筑；工程施工完畢后，應(yīng)立即回填土。6.

16、4 山區(qū)地基和紅黏土地基1）下臥層基巖表面坡度較大的地基6.4.1 土巖組合地基上覆土層基巖d1d22）石芽密布并有出露地基 上覆土層基巖石芽3）大塊孤石地基上覆土層基巖孤石土巖組合地基的處理 利用經(jīng)檢驗穩(wěn)定性可靠的石芽作支墩式基礎(chǔ)，也可在石芽出露部位作褥墊； 石芽間有較厚的軟弱土層時，可用碎石、土夾石等進(jìn)行置換； 將較軟的上覆土換填或采用梁板跨越，使之變硬； 將較硬的部分基巖挖除，換填較軟的褥墊層； 在軟硬相差較大的土巖地基上設(shè)置沉降縫，將建筑物分開。6.4.2 巖溶和土洞 巖溶（碦斯特）：它是石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖、大理巖石膏、巖鹽層等可溶性巖石受水的化學(xué)作用而形成的溶洞、溶溝、裂縫等奇特

17、的地面及地下形態(tài)的總稱。 巖溶發(fā)育的條件主要受巖性、裂縫、斷層以及可溶性不同的巖層接觸面控制。巖溶分布常具有帶狀和成層性 巖溶地基穩(wěn)定性評價和處理措施 首先要了解巖溶的發(fā)育規(guī)律、分布情況和穩(wěn)定程度。其次要查明溶洞、暗河、陷穴的界限；以及場地有無出現(xiàn)涌水、淹沒的可能性。下列地基不應(yīng)作為建筑物地基： 淺層溶洞成群分布，洞徑大，且不穩(wěn)定的地段； 漏斗、溶槽等埋藏淺，其中充填物為軟弱土體； 土洞或塌陷等巖溶強(qiáng)發(fā)育的地段； 巖溶水排泄不暢，有可能造成場地暫時淹沒的地段。 土層 土洞形成的要素： 巖溶的存在 水的活動土洞地基巖溶、土洞地基的處理措施 對較小的巖溶洞隙，可采用嵌塞與跨越等方法處理； 對較大的

18、巖溶洞隙，可采用梁、板和拱等結(jié)構(gòu)跨越，也可采用漿砌塊石等堵塞； 深埋土洞宜用砂、礫石或細(xì)石混凝土灌填洞隙部位設(shè)置鋼筋混凝土底板； 地表水形成的土洞或塌陷，采用地表截流、防滲或堵塞等。6.4.3 紅粘土地基紅黏土：炎熱濕潤氣候條件下石灰?guī)r、白云石 等碳酸鹽巖石風(fēng)化作用下形成的高塑性黏土物質(zhì)，其液限一般大于50%，一般呈褐紅、棕紅、紫紅和黃褐色等。位于我國四川盆地的紅黏土分布區(qū)。紅黏土的物理力學(xué)特性：天然含水量、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)及塑性指數(shù)都很高。具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和較低的壓縮性。工程地質(zhì)特征：紅黏土的各種指標(biāo)變化幅度很大，具有高分散性。一般具有表面收縮、上硬下軟、裂隙發(fā)育的特征。 1）利用

19、淺部硬殼層，紅黏土適合做天然地基的持力層。當(dāng)紅黏土層下存在軟弱的下臥層時，進(jìn)行下臥層承載力的驗算；2）適當(dāng)采取換土、填洞、加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的剛度或采取樁基礎(chǔ)等；3）施工時做好防水措施，不能長時間將紅黏土地基暴露。紅黏土地基設(shè)計及工程措施：紅黏土是 較好的地基6.7 地震區(qū)的地基地基6.7.1 地震震害 典型的地基震害有地基土液化、震陷、山石崩裂、地震滑坡和地裂等幾種。汶川大地震唐山大地震 當(dāng)發(fā)生地震時，由于地震荷載作用的時間十分短促，飽和砂土中的孔隙水來不及排出，孔隙水壓力加大，同時有效應(yīng)力減小。當(dāng)有效應(yīng)力減小到零時，土體強(qiáng)度完全喪失，呈現(xiàn)出類似于液體的狀態(tài)，即所謂砂土液化。日本阪神地震砂土

20、液化地面沉陷、開裂6.7.4 液化土和軟土地基1液化判別和處理的一般原則（1）飽和砂土和飽和粉土，6度時，一般情況下可不進(jìn)行判別和處理，但對液化沉陷敏感的乙類建筑可按7度進(jìn)行，79度時，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求進(jìn)行。（2）地面下存在飽和砂土和飽和粉土?xí)r，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判別；存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。2液化判別（1）初步判別1）地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世以及其以前，7、8度時可判為不液化。2）粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒）含量百分率，7度、8度和9度分別不小于10、13和16時，可判為不液化土。3）淺埋天

21、然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響。表6-20 液化土特征深度(m)（2）細(xì)判 當(dāng)初步判別認(rèn)為需進(jìn)一步進(jìn)行液化判別時，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別。判別深度為地面下20m范圍內(nèi)。不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗算的各類建筑物，可只判別地面下15m范圍內(nèi)。 當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) （未經(jīng)桿長修正）小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值 時，應(yīng)判為液化土。式中 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值； 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按表教材6-19采用； 飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度(m) ； 地下水位深度(m) ； 粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或為砂土?xí)r，應(yīng)采用3； 調(diào)整

22、系數(shù)，設(shè)計地震第一組取0.80，第二組取0.95，第 三組取1.05.（3）地基液化等級評定 在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗點的總數(shù)； 、 分別為i點標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當(dāng)實測值大于臨界值時應(yīng)取臨界值；當(dāng)只需要判別15m范圍以內(nèi)的液化時，15m以下的實測值可按臨界值采用； i點所代表的土層厚度（m），可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度； i土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值(單位為m-1)。當(dāng)該層中點深度不大于5m時應(yīng)采用10，等于20m時應(yīng)采用零值，520m時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。液化指數(shù)5地基的抗液化措施及選擇建筑抗震地基的液化等級設(shè)防類別輕微中等嚴(yán)重乙類部分消除液化沉陷，或?qū)A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理。全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理。全部消除液化沉陷。丙類基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不采取措施?；A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，或更高要求的措施。全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理。丁類可不采取措施?？刹徊扇〈胧??；A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理或其它經(jīng)濟(jì)的措施。全部消除地基液化沉陷的措施樁