基礎(chǔ)工程學(xué)-第10章 區(qū)域性地基

10.特殊土地基2

10.特殊土地基10.1概述概念區(qū)域性地基

特殊土地基、山區(qū)地基等。特殊土

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)和工程性質(zhì)。通常把這些具有特殊工程性質(zhì)的土類稱為特殊土。特殊土種類很多，大部分都具有地區(qū)特點(diǎn)，故又有區(qū)域性特殊土之稱。3

10.特殊土地基10.1概述軟土濕陷性黃土膨脹土地基土巖組合地基凍土、鹽漬土

主要內(nèi)容4

10.特殊土地基10.2.1軟土及其分布

軟土天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于液限，壓縮系數(shù)宜大于0.5MPa－1，不排水抗剪強(qiáng)度宜小于30kPa，并且具有靈敏結(jié)構(gòu)性的細(xì)粒土。其包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土等。5

10.特殊土地基10.2.1軟土及其分布

分布

濱海環(huán)境沉積、海陸過渡環(huán)境沉積（三角洲沉積）河流環(huán)境沉積、湖泊環(huán)境沉積和沼澤環(huán)境沉積山地型的軟土，軟巖風(fēng)化產(chǎn)物和地表的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)水流搬運(yùn)，沉積于低洼處，長期飽水軟化或微生物作用而形成。6

10.特殊土地基10.2.2軟土的工程特性及其評價(jià)

工程特性：觸變性流變性高壓縮性低強(qiáng)度低透水性不均勻性評價(jià)：判定地基產(chǎn)生滑移和不均勻變形的可能性選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)型式分析對相鄰建筑物的不利影響。7

10.特殊土地基10.2.3軟土地基的工程措施

利用表層密實(shí)的粘性土(“硬殼層”)作為持力層減小基底附加應(yīng)力地基處理采用換土墊層或樁基礎(chǔ)等采用砂井預(yù)壓，加速土層排水固結(jié)采用高壓噴射、深層攪拌、粉體噴射等處理方法使用期間，對大面積地面堆載劃分范圍，避免荷載局部集中、直接壓在基礎(chǔ)上8

10.特殊土地基10.3.1黃土的特征和分布

定義：黃土是一種產(chǎn)生于第四紀(jì)地質(zhì)歷史時(shí)期干旱條件下的沉積物，主要呈黃色或褐黃色（包括原生黃土及次生黃土）。凡天然黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著附加下沉，強(qiáng)度也隨之降低的，稱為濕陷性黃土。黃土受水浸濕后，在上覆土層自重應(yīng)力作用下發(fā)生濕陷的稱自重濕陷性黃土；不發(fā)生濕陷，而需在自重和外荷共同作用下才發(fā)生濕陷的稱為非自重濕陷性黃土。9

10.特殊土地基分布我國黃土面積64萬km2，其中濕陷性黃土約占3/4。10

10.特殊土地基10.3.2影響黃土地基濕陷性的主要因素黃土的結(jié)構(gòu)特征

黃土的濕陷機(jī)理

圖10.1黃土結(jié)構(gòu)示意圖1砂粒;2粗粉粒;3膠結(jié)物;4大孔隙

黃土的結(jié)構(gòu)是由集粒和碎屑組成的骨架顆粒相互連接形成的一種粒狀架空結(jié)構(gòu)體系，它含有大量的架空孔隙。11

10.特殊土地基黃土的物質(zhì)成分

黃土中膠結(jié)物的多寡和成分，以及顆粒的組成和分布，對于黃土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和濕陷性的強(qiáng)弱有著重要的影響。膠結(jié)物含量黃土中的鹽類水的浸濕黃土受水浸濕時(shí)，結(jié)合水膜增厚楔入顆粒之間。于是，結(jié)合水聯(lián)結(jié)消失，鹽類溶于水中，骨架強(qiáng)度隨著降低，土體在上覆土層的自重應(yīng)力或在附加應(yīng)力與自重應(yīng)力綜合作用下，其結(jié)構(gòu)迅速破壞，土?；虼罂?，粒間孔隙減少。這就是黃土濕陷現(xiàn)象的內(nèi)在過程。12

10.特殊土地基

影響因素：粘粒含量孔隙比大小含水量大小外加壓力10.3.2影響黃土地基濕陷性的主要因素13

10.特殊土地基10.3.3濕陷性黃土地基的勘察與評價(jià)濕陷性評價(jià)的意義和標(biāo)準(zhǔn)意義：查明黃土在一定壓力下浸水后是否具有濕陷性判別場地的濕陷類型判定黃土地基的濕陷等級標(biāo)準(zhǔn)：我國《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）

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10.特殊土地基黃土濕陷性的判別濕陷系數(shù)：單位厚度的土層，由于浸水在規(guī)定壓力下產(chǎn)生的濕陷量，它表示了土樣所代表黃土層的濕陷程度。濕陷性判別：我國《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》按照國內(nèi)各地經(jīng)驗(yàn)采用s=0.015作為濕陷性黃土的界限值，s≥0.015定為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。

10.3.3濕陷性黃土地基的勘察與評價(jià)15

10.特殊土地基

初勘階段，建筑物的平面位置、基礎(chǔ)尺寸和埋深等尚未確定，即實(shí)際壓力大小難以預(yù)估?！饵S土規(guī)范》規(guī)定：自基礎(chǔ)底面（初勘時(shí)，自地面下1.5m）算起，10m以上的土層應(yīng)用200kPa；10m以下至非濕陷性土層頂面，應(yīng)用其上覆土的飽和自重應(yīng)力（當(dāng)大于300kPa時(shí)，仍應(yīng)用300kPa）；基底壓力大于300kPa時(shí)，宜用實(shí)際壓力判別黃土的濕陷性

濕陷系數(shù)的測定壓力

試驗(yàn)時(shí)測定濕陷系數(shù)的壓力p應(yīng)采用黃土地基的實(shí)際壓力。

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10.特殊土地基

雙線法2個(gè)試樣。一個(gè)在天然濕度下分級加荷，另一個(gè)在天然濕度下加第一級荷重，下沉穩(wěn)定后浸水，至濕陷穩(wěn)定后再分級加荷。繪制pds曲線上取ds＝0.015所對應(yīng)的壓力作為濕陷起始壓力psh

單線法

5個(gè)試樣，各試樣均分別在天然濕度下分級加荷至不同的規(guī)定壓力。繪制pds曲線。psh的確定方法與雙線法相同。圖10.2雙線法壓縮試驗(yàn)曲線1－不浸水試樣php曲線;

2－浸水試樣ph′p曲線;3－pds曲線

濕陷起始壓力確定17

10.特殊土地基10.3.3濕陷性黃土地基的勘察與評價(jià)濕陷性評價(jià)：濕陷起始壓力:濕陷性黃土浸水飽和，開始出現(xiàn)濕陷時(shí)的壓力。

根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)p-s曲線(壓力與浸水下沉量曲線)，取其轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對應(yīng)的壓力作為濕陷起始壓力。濕陷性判別

當(dāng)黃土所受壓力低于這個(gè)數(shù)值，即使浸了水也只產(chǎn)生壓縮變形，而不會出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象。18

10.特殊土地基10.3.3濕陷性黃土地基的勘察與評價(jià)

濕陷類型的劃分劃分：《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》用計(jì)算自重濕陷量zs或?qū)崪y值zs’來劃分地基的濕陷類型，zs(cm)按下式計(jì)算：

b0為修正系數(shù)，dzsi為自重濕陷系數(shù)當(dāng)

zs>7cm時(shí)為自重濕陷性黃土地基，

zs≤7cm時(shí)為非自重濕陷性黃土地基。

19

10.特殊土地基10.3.3濕陷性黃土地基的勘察與評價(jià)

黃土地區(qū)的濕陷等級濕陷性黃土地基的濕陷等級，應(yīng)根據(jù)基底下各土層累計(jì)的總濕陷量和計(jì)算自重濕陷量的大小按下表確定。

濕陷類型

zs(cm)

s(cm)非自重濕陷性地基

自重濕陷性地基

zs≤77<zs≤35zs>35s≤30Ⅰ(輕微)

Ⅱ(中等)

——

30<s≤60Ⅱ(中等)

Ⅱ或Ⅲ

Ⅲ(嚴(yán)重)

s>60——

Ⅲ(嚴(yán)重)

Ⅳ(很嚴(yán)重)

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10.特殊土地基

勘察要求：

對濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行地基勘察時(shí)，依照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》進(jìn)行。10.3.3濕陷性黃土地基的勘察與評價(jià)21

10.特殊土地基10.3.4濕陷性黃土地基的工程措施目的：改善土的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，減少土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的發(fā)生，部分或全部消除它的濕陷性，滿足地基在承載力、變形及穩(wěn)定性方面的要求。地基處理措施破壞濕陷性黃土的大孔結(jié)構(gòu)，以便全部或部分消除地基的濕陷性。墊層法，強(qiáng)夯法，擠密法，預(yù)浸水法等。防水措施消除黃土發(fā)生濕陷變形的外在條件。22

10.特殊土地基10.4.1膨脹土的特性

定義：膨脹土是土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。23

10.特殊土地基分布24

10.特殊土地基10.4.2影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在機(jī)制礦物成分。膨脹土含大量的蒙脫石、伊利石等親水性粘土礦物，它們比表面積大，有強(qiáng)烈的活動(dòng)性，既易吸水又易失水。微觀結(jié)構(gòu)。礦物成分在空間的聯(lián)結(jié)狀態(tài)也影響膨脹土的脹縮性質(zhì)。掃描電鏡分析表明，面-面連接的分散結(jié)構(gòu)是膨脹土的一種普遍的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)比團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有更大的吸水膨脹和失水收縮的能力。外部因素水的作用。水分的遷移是控制土脹、縮特性的關(guān)鍵外在因素。因?yàn)橹挥型林写嬖谥赡墚a(chǎn)生水分遷移的梯度和進(jìn)行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。25

10.特殊土地基

蒙脫石

伊利石

高嶺石

蒙脫石白色蒙脫石高嶺石26

10.特殊土地基10.4.3膨脹土地基勘察和評價(jià)膨脹土的工程特性指標(biāo)：

自由膨脹率將人工制備的磨細(xì)烘干土樣，經(jīng)無頸漏斗注入量杯，量其體積，然后倒入盛水的量筒中，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，再測其體積。增加的體積與原體積的比值ef稱為自由膨脹率。27

10.特殊土地基10.4.3膨脹土地基勘察和評價(jià)膨脹率表示原狀土在側(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。線縮率指土的豎向收縮變形與原狀土樣高度之比，表示為28

10.特殊土地基10.4.3膨脹土地基勘察和評價(jià)收縮系數(shù)利用收縮曲線直線收縮段可求得收縮系數(shù)s，其定義為：原狀土樣在直線收縮階段內(nèi)，含水量每減少1%時(shí)所對應(yīng)的線縮率的改變值。

膨脹力原狀土樣在體積不變時(shí)，由于浸水膨脹產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力，稱為膨脹力pe。29

10.特殊土地基10.4.3膨脹土地基勘察和評價(jià)膨脹土地基的評價(jià)膨脹土的判別《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)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ef≥40%的土應(yīng)判定為膨脹土。

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(jiān)硬或硬塑狀態(tài)；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；常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。30

10.特殊土地基10.4.3膨脹土地基勘察和評價(jià)膨脹土的膨脹潛勢膨脹率ef/（％）膨脹潛勢

破壞程度

40≤ef

＜65弱

輕

微

65≤ef

＜90中

中

等

ef

≥90強(qiáng)

嚴(yán)

重

膨脹土地基的脹縮等級地基分級變形量se/mm

級

別

破壞程度

15≤se＜35

Ⅰ

輕

微

35≤se＜70

Ⅱ

中

等

se≥70

Ⅲ

嚴(yán)

重

31

10.特殊土地基10.4.4膨脹土地基計(jì)算和工程措施

地基變形量計(jì)算脹縮變形量膨脹土地基的脹縮變形量可按下式計(jì)算。32

10.特殊土地基10.4.4膨脹土地基計(jì)算和工程措施設(shè)計(jì)措施選擇場地時(shí)應(yīng)避開地質(zhì)條件不良地段建筑上力求體型簡單結(jié)構(gòu)上應(yīng)加強(qiáng)建筑物的整體剛度加大基礎(chǔ)埋深施工措施在施工中應(yīng)盡量減少地基中含水量的變化首先應(yīng)采取排水措施，整治環(huán)境33

10.特殊土地基10.5.1土巖組合地基定義：下臥基巖表面坡度較大的地基石芽密布并有出露的地基大塊孤石地基石芽密布地基

34

10.特殊土地基10.5.1土巖組合地基

處理措施結(jié)構(gòu)措施沉降縫加密隔墻增設(shè)圈梁地基處理換填梁、板、拱跨越褥墊圖7-3褥墊構(gòu)造圖35

10.特殊土地基10.5.2巖溶定義

是指：可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖、石膏、巖鹽等受水的長期溶蝕作用，在巖層中形成溝槽、裂隙、石芽、石林和空洞，以及由于空洞頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等現(xiàn)象和作用的總稱。36

10.特殊土地基發(fā)育條件和規(guī)律具有可溶性巖層；具有足夠溶解能力和足夠流量的水；地表水有下滲、地下水有流動(dòng)的途徑。落水洞地下暗河入口37

10.特殊土地基10.5.2巖溶處理措施

清爆換填梁板跨越洞底支撐水流排導(dǎo)巖溶地面塌陷38

10.特殊土地基回填溶洞漿砌片石或混凝土巖溶的防治方法鋼筋混凝土跨越39

10.特殊土地基10.5.3土洞地基

定義

土洞是巖溶地區(qū)可溶性巖層的上覆土層在地下水沖蝕或地下水潛蝕作用下形成的洞穴。多位于粘性土層中。凡顆粒細(xì)、粘結(jié)大、膠結(jié)好、水理性穩(wěn)定的土層，不易形成土洞；反之，則易形成。40

10.特殊土地基41

10.特殊土地基10.5.3土洞地基處理措施

樁基或沉井處理地表水和地下水挖填夯實(shí)灌填處理梁板跨越深基礎(chǔ)42

10.特殊土地基10.5.4紅粘土地基紅粘土的形成

碳酸鹽系出露區(qū)的巖石在氣候變化大和潮濕的環(huán)境下經(jīng)紅土化作用，形成棕紅、褐黃等色的高塑性粘土稱紅粘土。工程地質(zhì)特征礦物化學(xué)成分：主要為高嶺石、伊利石和綠泥石等粘土礦物。結(jié)構(gòu):粘土礦物具有穩(wěn)定的結(jié)晶格架、細(xì)粒組結(jié)成穩(wěn)固的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，土體近于兩相體且土中又多為結(jié)合水。物理力學(xué)性質(zhì)：天然含水量、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)以及塑性指數(shù)高；各種指標(biāo)變化幅度大。上硬下軟現(xiàn)象43

10.特殊土地基44

10.特殊土地基10.5.4紅粘土地基

處理措施

基礎(chǔ)盡量淺埋地基處理基坑開挖時(shí)采取保溫保濕措施采用大直徑嵌巖樁或墩基45

10.特殊土地基10.6.1凍土地基概述46

10.特殊土地基10.6.1凍土地基概述凍土

土壤溫度低于0℃，土中水凍結(jié)成冰的土。具有負(fù)溫或零度并含有冰的土（巖）體。凍土是礦物顆粒、冰、未凍水、氣體組成的復(fù)雜的多相體系。

47

10.特殊土地基中國凍土分布凍土區(qū)占國土面積2/3非凍土區(qū)季節(jié)凍土占國土面積48%多年凍土占國土面積70%多年凍土占國土面積22%48

10.特殊土地基

凍害

凍脹

融沉

道路翻漿49

10.特殊土地基凍土融土凍結(jié)過程水分遷移水分補(bǔ)給凍脹

凍脹的基本原理50

10.特殊土地基10.6.2凍土物理和力學(xué)性質(zhì)

凍土的物理性質(zhì)總含水量質(zhì)量含冰量、體積含冰量凍土的力學(xué)性質(zhì)凍脹量凍脹率：單位凍結(jié)深度的凍脹量凍脹力：土的凍脹受到約束時(shí)產(chǎn)生的力凍結(jié)力：水變成冰，將土和基礎(chǔ)膠結(jié)在一起的力。51

10.特殊土地基10.6.2凍土物理和力學(xué)性質(zhì)

凍土的融陷下沉和融化壓縮融陷下沉系數(shù)：凍土融化過程中，在自重作用下產(chǎn)生的相對融化下沉量。融化壓縮系數(shù)：凍土融化后，在單位荷重下產(chǎn)生的相對壓縮變形量。凍結(jié)深度或融化層厚度季節(jié)性凍土和多年凍土季節(jié)凍土的凍脹性分級：按凍脹率h分5級不凍脹、弱凍脹、凍脹、強(qiáng)凍脹、特凍脹。多年凍土的融沉性分級：按融化下沉系數(shù)d0分5級52

10.特殊土地基10.6.3凍土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與處理

處理措施

強(qiáng)夯法通風(fēng)基礎(chǔ)

“冷卻路基”

樁基礎(chǔ)53

10.特殊土地基10.6.4鹽漬土地基定義當(dāng)土中含鹽量超過0.3％，具有溶陷、鹽脹、腐蝕等特性的土稱為鹽漬土。

土中鹽的來源巖石在風(fēng)化過程中分離出少量的鹽。海水入侵、倒灌等將鹽滲入土中。工