第七章公路特殊性巖土的處治

第七章公路特殊性巖土的處治第一節(jié)軟土第二節(jié)黃土第三節(jié)膨脹土第四節(jié)凍土第五節(jié)鹽漬土湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院-胡新華2014.04軟土及其特征一軟土的工程性質(zhì)二軟土地基的加固與處理措施三第一節(jié)軟土軟土病害處治案例四一、軟土及其特征第一節(jié)軟土1、軟土－指在水流緩慢的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用，富含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大，孔隙比、壓縮性高，承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。一、軟土及其特征第一節(jié)軟土2、分類

1）按軟土的形成環(huán)境分

（1）沿海軟土：瀉湖相沉積、溺谷相沉積、濱海相沉積、三角洲相沉積。

（2）內(nèi)陸軟土：湖相沉積、河漫灘相沉積、牛軛湖相沉積、山區(qū)谷地沉積

2）按有機(jī)質(zhì)含量分類有機(jī)質(zhì)含量<5%無機(jī)質(zhì)5~10%有機(jī)質(zhì)土10~60%泥炭質(zhì)土>60%泥炭3）按天然含水量和孔隙比分淤泥淤泥質(zhì)土一、軟土及其特征第一節(jié)軟土3、軟土組成及結(jié)構(gòu)特征

1）顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，有腥臭味2）粒度成分主要為粘粒及粉粒，粘粒含量高達(dá)60％~70％3）礦物成分，除粉粒中的石英、長石、云母外，粘粒中的粘土礦物主要是伊利石，高嶺石次之。此外軟土中常有一定量的有機(jī)質(zhì)，可高達(dá)8％~9％4）軟土具有典型的海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，是造成軟土孔隙比大、含水量高、透水性小、壓縮性大、強(qiáng)度低主要原因之一5）軟土常具有層理構(gòu)造，軟土和薄層的粉砂、泥炭層等相互交替沉積、或呈透鏡體相間形成性質(zhì)復(fù)雜的土體。一、軟土及其特征第一節(jié)軟土二、軟土的工程性質(zhì)第一節(jié)軟土二、軟土的工程性質(zhì)第一節(jié)軟土1、軟土的孔隙比和含水量：軟土的顆粒分散性高，聯(lián)結(jié)弱，孔隙比大，含水量高，孔隙比一般大于1，可高達(dá)5.8，如云南滇池淤泥，含水量大于液限達(dá)50%~70%，最大可達(dá)300%。沉積年代久，埋深大的軟土，孔隙比和含水量降低。2、軟土的透水性和壓縮性：軟土孔隙比大，孔隙細(xì)小，粘力親水性強(qiáng)，土中有機(jī)質(zhì)多，分解出的氣體封閉在空隙中，使土的透水性很差，滲透系數(shù)K<cm/s，荷載作用下排水不暢，固結(jié)慢，壓縮性高，壓縮系數(shù)a=0.7～2.0MPa-1，壓縮模量Es為1～6MPa。軟土在建筑物荷載作用下容易發(fā)生不均勻下沉和大量沉降，而且下沉緩慢，完成下沉的時(shí)間很長。二、軟土的工程性質(zhì)第一節(jié)軟土3、軟土的強(qiáng)度：軟土的強(qiáng)度低，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為10～40kPa。軟土的抗剪強(qiáng)度很低，且與加荷速度和排水條件有關(guān)，抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度提高而增大，軟土的不排水直剪試驗(yàn)的φ＝2～5°，c=10～15kPa；排水條件下，φ＝10～15°，c＝20kPa。所以在評(píng)價(jià)軟土抗剪強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑物加荷情況及排水條件選用不同的試驗(yàn)方法，并在工程施工中應(yīng)注意控制加荷速度。

4、軟土的觸變性：軟土受到振動(dòng)，顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，土體強(qiáng)度下降，呈流動(dòng)狀態(tài)，稱為觸變。振動(dòng)停止后，土粒結(jié)構(gòu)，恢復(fù)，強(qiáng)度恢復(fù)。二、軟土的工程性質(zhì)第一節(jié)軟土5、軟土的流變性：軟土在長期固定剪切荷載作用下，發(fā)生緩慢而長期的變形，最終導(dǎo)致土體破壞，這種性質(zhì)稱為流變性。破壞時(shí)軟土的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于常規(guī)試驗(yàn)測得的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。一些軟土的長期強(qiáng)度只有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的40～80％。但是，軟土的流變發(fā)生在一定的荷載下，小于該荷載則不產(chǎn)生流變，不同的軟土產(chǎn)生流變的荷載值也不同。6、軟土的不均勻性：由于沉積環(huán)境的變化，粘性土層中常局部夾有厚簿不等的粉土使軟土在水平和垂直分布上有所差異，作為建筑物地基則易產(chǎn)生差異沉降。二、軟土的工程性質(zhì)第一節(jié)軟土

軟土的這些工程特性使軟土地基在建筑物荷載作用下容易發(fā)生大量的下沉和不均勻下沉，地基的排水不暢沉降延續(xù)時(shí)間長，強(qiáng)度增長緩慢，影響建筑物的工期和工程質(zhì)量。例如沿海閩、浙一帶建筑物在建成5年之久的時(shí)間后，仍保持著每年1cm左右的沉降速率，某些建筑物則每年下沉3～4cm。如珠海某海堤，堤下淤泥層深達(dá)20m，淤泥含水量在80％左右，由于堤身填土高度超過地基極限填土高度而發(fā)生滑坡。軟土地基不均勻沉降引起的公路病害1、軟土地基引發(fā)諸多問題

一般地，除要確保新填筑路基的密實(shí)度以減少沉降外，包括原地面的地基總沉降必須達(dá)到基本穩(wěn)定，沉降量大致達(dá)到總沉降量的80%以上時(shí)，才容許鋪路面。軟土地基沉降嚴(yán)重時(shí)，不僅增加填方數(shù)量，而且沉降或水平位移對(duì)臨近填土的橋臺(tái)、擋土墻、涵洞，甚至對(duì)四周的住宅、農(nóng)田以及路線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。第一節(jié)軟土三、軟土地基的加固與處理措施2、軟土地質(zhì)病害的處治方法方法施工要點(diǎn)適用范圍強(qiáng)夯強(qiáng)夯法采用10~20t重錘，從10~40m高處自由落下，夯實(shí)土層，強(qiáng)夯法產(chǎn)生很大的沖擊能，使軟土迅速排水固結(jié)，加固深度可達(dá)11~12m。適用于小于12m的軟土層換土將軟土挖除，換填強(qiáng)度較高的粘性土、砂、礫石、卵石等滲水土，從根本上改善了地基土的性質(zhì)。適用于軟土深度不超過2m砂墊層在建筑物(如路堤)底部鋪設(shè)一層砂墊層，其作用是在軟土頂面增加一個(gè)排水面。在路堤填筑過程中，由于荷載逐漸增加，軟土地基排水固結(jié)，滲出的水可以從砂墊層排走。適用于軟土深度不超過2m，砂料較豐富地區(qū)拋石擠淤在路基底部從中間向兩邊拋投一定數(shù)量的片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基強(qiáng)度。適用于石料豐富區(qū)，軟土厚3~4m反壓護(hù)道在路堤兩側(cè)填筑一定寬度低于路堤的護(hù)道，以平衡路堤下的軟土的隆起之勢，從而保證路堤的穩(wěn)定性。適用于非耕作區(qū)和取土不困難的地區(qū)第一節(jié)軟土三、軟土地基的加固與處理措施3、軟土地質(zhì)病害的處治方法方法施工要點(diǎn)適用范圍砂井

排水在軟土地基中按一定規(guī)律設(shè)計(jì)排水砂井，井孔直徑多在0.4~2.0m，井孔中灌入中、粗砂，砂井起排水通道作用，加快軟土排水固結(jié)過程，使地基土強(qiáng)度提高。適用于軟土層厚度大于5m、路堤很高，或地處農(nóng)田和填料來源較困難的地區(qū)。深層

擠密在軟弱土中成孔，在孔內(nèi)填以水泥、砂、碎石、素土、石灰等材料形成樁土復(fù)合地基，從而使較大深度范圍內(nèi)的松軟地基得以擠密和加固。適用于軟土層較厚地區(qū)化學(xué)

加固通過氣壓、液壓等將水泥漿、粘土漿或其它化學(xué)漿液壓入、注入、拌入土中，使其與土粒膠結(jié)成一體，形成強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”，以增強(qiáng)土體強(qiáng)度。按施工方式分為灌漿法、高壓旋噴法、深層攪拌法等。適用于軟土層較厚地區(qū)土工織物加固將具有較大抗拉強(qiáng)度的土工織物、塑料隔柵或筋條等材料鋪設(shè)在路堤的底部，以增加路堤的強(qiáng)度，擴(kuò)散基底壓力，阻止土體側(cè)向擠出，從而提高地基承載力和減小路基不均沉降。第一節(jié)軟土三、軟土地基的加固與處理措施強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法采用10～20t重錘換填土層法砂墊層拋石擠淤反壓護(hù)道砂井排水深層擠密灰土樁擠密夯擴(kuò)灰土樁擠密機(jī)化學(xué)加固高壓旋噴法深層攪拌法土工織物加固1、工程概況大窯二期工程是國家重點(diǎn)工程，泊位采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，其中15、16號(hào)泊位是兩個(gè)超重型泊位，2006年開始建設(shè)，能停靠目前最大的集裝箱輪船。其中16號(hào)泊位后方陸域的黃土區(qū)，在原來碎石吹填土的基礎(chǔ)上又回填了大厚度的黃土，回填時(shí)間約1年，厚度在10m以上，成份以軟塑～可塑狀粉質(zhì)黏土、黏性土為主。四、軟土病害處治案例第一節(jié)軟土四、軟土病害處治案例2、軟基處理方夯錘夯間地表變形觀測間距及布點(diǎn)形式落距的控制填料質(zhì)量控制和填料控制坑深及夯沉量控制施工順序第一節(jié)軟土3、處理效果由檢測報(bào)告各區(qū)各點(diǎn)的地表靜載荷檢驗(yàn)結(jié)果可以看出,施工中采用的強(qiáng)夯置換施工方法，達(dá)到了預(yù)期的目的。各夯點(diǎn)、夯間處及地表復(fù)合地基承載力特征值均大于180kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。四、軟土病害處治案例第一節(jié)軟土第二節(jié)黃土黃土的特征及其分布一黃土的工程性質(zhì)二黃土病害的處治措施三黃土病害處治案例四一、黃土的特征及其分布1、黃土的概念：黃土是以粉粒為主，含碳酸鹽，具大孔隙，質(zhì)地均一，無明顯層理而有顯著垂直節(jié)理的黃色陸相沉積物，在干旱氣候條件下形成，一般分布在沙漠下風(fēng)處。第二節(jié)黃土黃土地貌一、黃土的特征及其分布2、黃土的分布：黃土在世界上分布很廣，其分布面積達(dá)1300萬平方公里，歐洲、北美、亞洲均有分布。主要分布地帶位于中亞至我國西北、華北和東北一帶，其中黃河中上游地區(qū)的黃土高原是世界上最大的黃土分布區(qū)，它的范圍大致北起陰山，南至秦嶺，西抵日月山，東到太行山，橫跨青海、寧夏、甘肅、陜西、山西、河南6省，面積64萬平方公里，約占我國陸地面積的6.6%，比法國和瑞士的面積總和還要大。一般黃土覆蓋厚度在100米以下，我國隴東、陜北、晉西黃土層最厚，六盤山以東到呂梁山西側(cè)黃土厚度在100米～200米之間，蘭州地區(qū)黃土分布的面積和厚度居世界之冠，平均達(dá)300米以上。第二節(jié)黃土一、黃土的特征及其分布1）顏色為淡黃、褐色或灰黃色（有時(shí)老黃土可能呈褐紅色）；2）粒度成分以粉土（0.075～0.005mm）顆粒為主，含量約占60～70%，一般不含粒徑＞0.25mm的顆粒；3）含各種可溶鹽，尤其富含碳酸鹽主要為CaCO3，一般含量為10～30%，可形成鈣質(zhì)結(jié)核（姜結(jié)石）；4）孔隙多且大，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度多為33～64%，有肉眼可見的大孔隙或蟲孔、植物根孔等；5）無層理，但有垂直節(jié)理和柱狀節(jié)理。天然條件下能保持近直立的邊坡；6）具有濕陷性。

由于黃土的柱狀節(jié)理發(fā)育，并且垂直方向的滲透系數(shù)大于水平方向的滲透系數(shù)，因此在黃土中鉆探時(shí)，泥漿易沿節(jié)理流失。第二節(jié)黃土3、黃土的基本特征名稱特征黃土黃土狀土外部特征顏色淡黃色為主，還有灰黃、褐黃色黃色、淺棕黃色或暗灰褐黃色結(jié)構(gòu)構(gòu)造無層理，有肉眼可見之大孔隙及由生物根莖遺跡形成之管狀孔隙，常被鈣質(zhì)或泥填充，質(zhì)地均一，松散易碎有層理構(gòu)造、粗粒(砂?；蚣?xì)礫)形成的夾層成透鏡體，粘土組成微薄層理，可見大孔隙較少，質(zhì)地不均一產(chǎn)狀垂直節(jié)理發(fā)育，常呈現(xiàn)大于70°的邊坡有垂直節(jié)理但延伸小，垂直陡壁不穩(wěn)定，常成緩坡物質(zhì)成分粒度成分粉土粒為主(00075~0.005mm)，含量一般大于60％；大于0.25mm的顆粒幾乎沒有。粉粒中0.075~0.01mm的粗粉粒占50%以上，顆粒較粗粉土粒含量一般大于60％，但其中粗粉粒小于50%；含少量大于0.25mm或小0.005mm的顆粒有時(shí)可達(dá)20％以上；顆粒較細(xì)礦物成分粗粒礦物以石英、長石、云母為主，含量大于60％；粘土礦物有蒙脫石、伊利石、高嶺石等；礦物成分復(fù)雜粗粒礦物以石英、長石、云母為主，含量小于50％；粘土礦物含量較高，仍以蒙脫石、伊利石、高嶺石為主化學(xué)成分以SiO2為主，其次為從Al2O3、Fe2O3，富含CaCO3，并有少量MgCO3及少量易溶鹽類如NaCl等，常見鈣質(zhì)結(jié)核以SiO2為主，從Al2O3、Fe2O3次之，含CaCO3、MgCO3及少量易溶鹽NaCl等，時(shí)代老的含碳酸鹽多，時(shí)代新的含碳酸鹽少物理性質(zhì)孔隙度高，一般大于50%較低，一般不于40%干密度較低，一般為1.4g/cm3或更低較高，一般為1.4g/cm3以上,可灰1.8g/cm3滲透系數(shù)一般為0.6~0.8m/d，有時(shí)可達(dá)1m/d透水性小，有時(shí)可視為不透水層塑性指數(shù)10~12一般大于12濕陷性顯著不顯著，或無濕陷性含水量較小，一般小于25%較大，一般大于25%成巖作用程度一般固結(jié)較差，時(shí)代老的黃土較堅(jiān)固，稱為石質(zhì)黃土松散沉積物，或有局部固結(jié)成因多為風(fēng)成，少量水成多為水成一、黃土的特征及其分布4、黃土與黃土狀土的區(qū)別（見下表）

第二節(jié)黃土年代分類地層時(shí)代成因分類分布及特征砂黃土全新世Q4風(fēng)積黃土分布在黃土高原平坦的頂部和山坡上，厚度大，質(zhì)地均勻，無層理新黃土晚更新期Q3坡積黃土多分布在山坡坡腳及斜坡上，厚度不均，基巖出露區(qū)常夾有基巖碎屑老黃土中更新期Q2殘積黃土多分布在基巖山地上部，由表層黃土及基巖風(fēng)化而成洪積黃土主要分布在山前溝口地帶，一般有不規(guī)則的層理，厚度不大紅色黃土早更新期Q1沖積黃土主要分布在大河的階地上，如黃河及其支流的階地上。階地越高，黃土厚度越大有明顯層理，常夾有粉砂、粘土、砂卵石等，大河階地下部常有厚數(shù)米及數(shù)十米的砂卵石層一、黃土的特征及其分布第二節(jié)黃土4、黃土的分類（見下表）一、黃土的特征及其分布第二節(jié)黃土4、黃土的分類（見下表）1）按生成年代分類2）按成因分類（兩種分類方法見上表）3）按塑性指數(shù)（Ip）分類

Ip＞17黃土質(zhì)黏土7＜Ip≤17黃土質(zhì)砂黏土1＜Ip≤7黃土質(zhì)黏砂土Ip≤1黃土質(zhì)砂土4）按濕陷性分類：可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土兩類。其中濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。二、黃土的工程性質(zhì)第二節(jié)黃土1、黃土的壓縮性：黃土的壓縮性中等，壓縮系數(shù)一般在0.1～0.5MPa-1之間。年代愈老的黃土壓縮性愈小，只有新近堆積的黃土是高壓縮性的。2、黃土的抗剪強(qiáng)度：一般黃土的內(nèi)摩擦角=15～25°，黏聚力c=30～40kPa，我國北部地區(qū)黃土的內(nèi)摩擦角=27～28°，黃土的抗剪強(qiáng)度中等。3、黃土的濕陷性：黃土在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉的性質(zhì)稱為黃土的濕陷性。黃土的濕陷性是黃土地區(qū)工程建筑破壞的重要原因，但并非所有的黃土都具有濕陷性。

黃土的濕陷性引起公路路基、邊坡塌陷二、黃土的工程性質(zhì)第二節(jié)黃土三、黃土病害的處治措施1、防排水：包括排除地表水和地下水。排除地表水主要采用疏導(dǎo)，以防止地表水下滲；排除地下水主要是防止地下水位升高。由于黃土的抗水性能差，故在黃土地區(qū)修筑公路和其他建筑物時(shí)必須做好排水設(shè)施，使水流暢通無阻，同時(shí)對(duì)天溝、吊溝和側(cè)溝以及沖刷較大的部位應(yīng)予以加固，防止水流滲漏是保證建筑物穩(wěn)定的措施之一。水的滲入是黃土地質(zhì)病害的根本原因，只要能做到嚴(yán)格防水，各種事故是可以避免或減少的。防水措施包括：場地平整，以保證地面排水暢通；做好室內(nèi)地面防水措施，室外散水，排水溝，特別是施工開挖基坑時(shí)要注意防止水的滲入；切實(shí)做到上下水道和暖氣管道等用水設(shè)施不漏水。第二節(jié)黃土1）捶面護(hù)坡：在西北黃土地區(qū)，為防治坡面剝落和沖刷，可用石灰爐渣灰漿、石灰爐渣三合土、四合土等復(fù)合材料在黃土路塹邊坡上捶面防護(hù)。這種方法適用于年降雨量稍大地區(qū)和坡率不陡于1：0.5的邊坡。防護(hù)厚度為10~15cm，一般采用等厚截面；只有當(dāng)邊坡較高時(shí)，才采用上薄下厚截面，基礎(chǔ)設(shè)有漿砌片石墻腳。三、黃土病害的處治措施第二節(jié)黃土2、邊坡防護(hù)2）砌石防護(hù)：因黃土路塹邊坡普遍在坡腳1~3m高范圍內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重沖刷和應(yīng)力集中現(xiàn)象，可采用砌石防護(hù)，分為干砌和漿砌兩種。這種防護(hù)的效果較好，常被廣泛采用，可用于路塹的任何較陡的邊坡。因黃土地區(qū)缺乏片石，故采用此法又有一定的困難。此外，在黃土地區(qū)公路邊坡還可以采用植物防護(hù)、噴漿防護(hù)等邊坡防護(hù)方式。三、黃土病害的處治措施第二節(jié)黃土2、邊坡防護(hù)3）地基處理地基處理是對(duì)基礎(chǔ)或建筑物下一定范圍內(nèi)的濕陷性黃土層進(jìn)行加固處理或換填非濕陷性土，達(dá)到消除濕陷性，減小壓縮性和提高承載力的目的。在濕陷性黃土地區(qū)，國內(nèi)外采用的地基處理方法有重錘表層夯實(shí)、強(qiáng)夯、換填土墊層、土樁擠密、化學(xué)加固等方法。三、黃土病害的處治措施第二節(jié)黃土2、邊坡防護(hù)地基處理方法施工要點(diǎn)適用范圍重錘表層夯實(shí)一般采用2.5～3.0t的重錘，落距4.0～4.5m。適用于2m以內(nèi)厚度的黃土地基強(qiáng)夯一般采用8～40t的重錘（最重達(dá)200t），

落距10～20的高度自由下落，擊實(shí)土層。適用于大于2m的黃土地基換填土墊層先將處理范圍內(nèi)的黃土挖出，然后用素土或灰土在最佳含水量下回填夯實(shí)。適用于地表下1～3m的黃土層的濕陷性土樁擠密先在土內(nèi)成孔，然后在孔中分層填入素土或灰土并夯實(shí)。在成孔和填土夯實(shí)過程中，樁周的土被擠壓密實(shí)，從而消除濕陷性。適用于5~15m厚的黃土地基化學(xué)灌漿加固通過注漿管，將化學(xué)漿液注入土層中，使溶液本身起化學(xué)反應(yīng)，或溶液與土體起化學(xué)反應(yīng)，生成凝膠物質(zhì)或結(jié)晶物質(zhì)，將土膠結(jié)成整體，從而消除濕陷性。適用于較厚、但范圍較小的黃土地基3）地基處理三、黃土病害的處治措施第二節(jié)黃土2、邊坡防護(hù)換填土墊層夯實(shí)土層3）地基處理三、黃土病害的處治措施第二節(jié)黃土2、邊坡防護(hù)夯實(shí)水泥土樁擠密3）地基處理三、黃土病害的處治措施第二節(jié)黃土2、邊坡防護(hù)化學(xué)灌漿加固四、黃土病害處治案例晉侯高速公路一期工程線路總長66.792km,其中屬濕陷性黃土路段總長39.101km,占線路總長59%,總面積約127萬m2,濕陷厚度在6.5m~13.0m。設(shè)計(jì)規(guī)定,填土大于4m的濕陷黃土路堤及Ⅲ級(jí)自重濕陷地段,大中橋橋頭50m、小橋橋頭30m范圍內(nèi)的路堤,原地基采用強(qiáng)夯處理;對(duì)于零填及填高小于4m的濕陷黃土地基采用重夯處理;夯實(shí)寬度為路基坡角外2m范圍。汾河橋頭段屬?zèng)_擊平原區(qū),地表以下30m~40m范圍為淺灰黃、黃褐、紅黃黃土,硬塑-堅(jiān)硬,具有Ⅱ級(jí)自重濕陷性,濕陷厚度7.4m~13m,局部地層呈流塑狀態(tài),橋頭200m范圍段采用振沖碎石樁處理。部分結(jié)構(gòu)物基底存在軟弱下臥層,重錘夯實(shí)后無法滿足承載力要求,采用高壓旋噴樁或粉噴樁處理。1、工程概況第二節(jié)黃土1）灰土換填法：靠近民房,或是有地下埋設(shè)管線且濕陷厚度較小的段落,重錘夯實(shí)過程中對(duì)建筑物影響較大。經(jīng)與設(shè)計(jì)方協(xié)商后,改用灰土換填法處治濕陷黃土,換填厚度一般為2m左右,寬度超過路基坡角外2m。2）重錘夯實(shí)法：用起重設(shè)備反復(fù)將50kN~400kN的錘起吊到5m~25m高處,而后自動(dòng)脫鉤釋放載荷或帶錘自由落下,其動(dòng)能在土中形成強(qiáng)大的沖擊波和高應(yīng)力,從而提高地基的強(qiáng)度、降低壓縮性、消除濕陷性等。本項(xiàng)目濕陷黃土處治主要采用此方法,施工中按夯擊能量分重夯與強(qiáng)夯。2、主要處治方法四、黃土病害處治案例第二節(jié)黃土3）高壓旋噴樁施工：本項(xiàng)目旋噴樁樁徑0.6m,樁間距1.2m~1.5m,單根樁長5m~7m(含保護(hù)樁頭0.5m),梅花形布置。樁體28天立方體設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度≥5MPa,每延米水泥用量不小于200kg;設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度≥3MPa,每延米水泥用量不小于120kg。復(fù)合地基承載力要求達(dá)到350kPa。2、主要處治方法四、黃土病害處治案例第二節(jié)黃土4）振沖碎石樁施工：汾河大橋橋頭段黃土覆蓋層下存在可液化粉沙層,設(shè)計(jì)采用振沖碎石樁進(jìn)行綜合處治。要求復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到250kPa以上,樁長分6m、9m、10m、12m四種,樁距2.5m、3.0m、3.5m,梅花形布置。其中,樁長9m分兩層:原地面以下3.6m樁徑為0.9m,碎石填量為0.8m3/m,地面以下3.6m~9m樁徑為1.1m,碎石填量為1.2m3/m。其余段落樁徑均為1.1m,碎石填量為1.2m3/m。填料粒徑2cm~15cm,含泥量不大于5%。2、主要處治方法四、黃土病害處治案例第二節(jié)黃土第三節(jié)膨脹土膨脹土的特征及其分布一膨脹土的工程性質(zhì)二膨脹土對(duì)公路工程的危害三膨脹土地質(zhì)病害的處治方法四膨脹土病害處治案例五第三節(jié)膨脹土一、膨脹土的特征及其分布1、概念：膨脹土是指具有較大的吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮特性的高液限粘土。（如下圖所示）第三節(jié)膨脹土一、膨脹土的特征及其分布2、膨脹土的分布膨脹土在地球上分布很廣，在亞洲、美洲的廣大地區(qū)，如中國、印度、中南半島、中東、以色列等地和美國、加拿大等地都有大片的膨脹土地區(qū)存在。在歐洲的俄羅斯、羅馬尼亞，東歐的其他地區(qū)，以及南非等也有分布。我國是世界上膨脹土分布最廣的國家之一。從目前的統(tǒng)計(jì)來看，它大致分布在從東北到西南一個(gè)寬闊的地帶內(nèi)，起自東北的吉林沿遼河向東南延伸至華北廣大地區(qū)，貫穿黃、淮、漢水流域，經(jīng)過兩湖和廣西到達(dá)云貴川地區(qū)，具有明顯的地理和地質(zhì)特征。此外，在新疆局部地區(qū)也有膨脹土的零星分布。第三節(jié)膨脹土一、膨脹土的特征及其分布3、膨脹土的特征1）顏色有灰白、棕、紅、黃、褐、及黑色；2）粒度成分中以黏土顆粒為主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；3）礦物成分中黏土礦物占優(yōu)勢，多為伊利石、蒙脫石，高嶺石含量很少；4）脹縮強(qiáng)烈，膨脹時(shí)產(chǎn)生膨脹壓力，收縮時(shí)形成收縮裂隙。長期反復(fù)脹縮使土體強(qiáng)度產(chǎn)生衰減；5）各種成因的大小裂隙發(fā)育；6）早期（第四紀(jì)以前或第四紀(jì)早期）生成的膨脹土具有超固結(jié)性。第三節(jié)膨脹土二、膨脹土的工程性質(zhì)1、強(qiáng)親水性膨脹土的粒度成分以黏粒含量為主，高達(dá)50％以上，黏粒粒徑（小于0.02mm）非常小，接近膠體顆粒，為準(zhǔn)膠體顆粒，比表面積大，顆粒表面由游離價(jià)的原子或離子組成，即具有較大的表面能，在水溶液中吸引極性水分子和水中離子，呈現(xiàn)強(qiáng)親水性。膨脹土的強(qiáng)親水性第三節(jié)膨脹土二、膨脹土的工程性質(zhì)2、多裂隙性：膨脹土中裂隙十分發(fā)育，是區(qū)別于其他土的明顯標(biāo)志。膨脹土的裂隙按成因有原生次生之別。原生裂隙多閉合，裂面光滑，常有蠟狀光澤，暴露在地表后受風(fēng)化影響裂面張開；次生裂隙多以風(fēng)化裂隙為主，在水的淋濾作用下，裂面附近蒙托石含量顯著增高，呈白色，構(gòu)成膨脹土的軟弱面，這種軟弱面是引起膨脹土邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)的主要原因。膨脹土的裂隙第三節(jié)膨脹土二、膨脹土的工程性質(zhì)3、強(qiáng)度衰減性天然狀態(tài)下，膨脹土結(jié)構(gòu)緊密，孔隙比小，干密度達(dá)1.6～1.8g/cm3，塑性指數(shù)為18～23，天然含水量與塑限接近，一般為18％～26％，這時(shí)膨脹土的剪切強(qiáng)度、彈性模量都比較高，土體處于堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，常被誤認(rèn)為是良好的天然地基。但膨脹土遇水浸濕后，強(qiáng)度很快衰減，黏聚力小于100kPa，內(nèi)摩擦角小于10°，有的甚至降低到接近飽和淤泥的強(qiáng)度。第三節(jié)膨脹土二、膨脹土的工程性質(zhì)5、弱抗風(fēng)化性、快速崩解性：膨脹土極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞，土體開挖后，在風(fēng)化營力的作用下，很快會(huì)產(chǎn)生破裂、剝落和泥化甚至崩解等現(xiàn)象，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。4、超固結(jié)性：膨脹土的超固結(jié)性是指在膨脹土受到的應(yīng)力歷史中，曾受到比現(xiàn)在土的上覆自重壓力更大的壓力，因而土的孔隙比小，壓縮性低。但是一旦開挖，卸荷回彈，產(chǎn)生裂隙，遇水膨脹，強(qiáng)度降低，就會(huì)造成破壞。弱抗風(fēng)化性、快速崩解性一、膨脹土的特征及分布1、概念：膨脹土是一種富含親水性粘土礦物，并且隨含水量增減，體積發(fā)生顯著脹縮變形的高塑性粘土。第三節(jié)膨脹土三、膨脹土對(duì)公路工程的危害第三節(jié)膨脹土四、膨脹土病害的處治措施1、膨脹土路基處理在道路工程設(shè)計(jì)中，針對(duì)膨脹土的物理性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)地質(zhì)勘測的詳實(shí)報(bào)告及有關(guān)處理膨脹土的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中采用了綜合處理的思想，并進(jìn)行了針對(duì)性的研究，提出如下措施：

1）填高不足1米的路堤，必須換填非膨脹土，并按規(guī)定壓實(shí)。2）使用膨脹土作填料時(shí)，為增加其穩(wěn)定性，采用石灰處治，石灰劑量范圍10%∽12%，要求摻灰處理后的膨脹土，其脹縮總率接近零為佳。

第三節(jié)膨脹土四、膨脹土病害的處治措施1、膨脹土路基處理

3）路堤兩邊邊坡部分及路堤頂面要用非膨脹土作封層，必要時(shí)須鋪一層土工布，從而形成包心填方。（如下圖所示）第三節(jié)膨脹土采用土工織物處理路基四、膨脹土病害的處治措施1、膨脹土路基處理4）路塹邊坡不要一次挖到設(shè)計(jì)線，沿邊坡予留厚度30∽50cm一層，待路塹挖完后，再削去予留部分，并以漿砌花格網(wǎng)護(hù)坡封閉。5）路堤與路塹分界處，即填挖交界處，兩者土內(nèi)的含水量不一定相同，原有的密實(shí)度也不禁相同，壓實(shí)時(shí)應(yīng)使其壓實(shí)的均勻.緊密，避免發(fā)生不均勻沉陷。因此，填挖交界處2米范圍內(nèi)的挖方地基表面上的土應(yīng)挖成臺(tái)階，翻松，并檢查其含水量是否與填土含水量相近，同時(shí)采用適宜的壓實(shí)機(jī)具，將其壓實(shí)到規(guī)定的壓實(shí)度。6）施工時(shí)應(yīng)避開雨季作業(yè)，加強(qiáng)現(xiàn)場排水。路基開挖后各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，時(shí)間不宜間隔太久。路堤.路塹邊坡按設(shè)計(jì)修整后，應(yīng)立即漿砌護(hù)墻.護(hù)坡，防止雨水直接侵蝕。7）膨脹土地區(qū)路床的強(qiáng)度及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格遵守國家有關(guān)規(guī)定、規(guī)范。第三節(jié)膨脹土四、膨脹土病害的處治措施2、膨脹土邊坡處理在膨脹土地區(qū)進(jìn)行建筑施工，首先必須掌握該地區(qū)膨脹土的地質(zhì)特性與工程地質(zhì)條件判定它們是強(qiáng)膨脹土，還是中等膨脹土或弱膨脹土。然后根據(jù)這些資料進(jìn)行正確的路基設(shè)計(jì)，確定其邊坡形式，高度及坡度，并采取必要的防護(hù)措施。1)為防止邊坡變形，首先要根據(jù)路基工程地質(zhì)條件，合理確定路塹邊坡形式。一般情況下，膨脹土邊坡要求一坡到頂，坡腳設(shè)置側(cè)溝平臺(tái)；2)采取一定的排水措施，防止地表水滲入坡體；3)采取支擋措施，設(shè)抗滑擋墻、抗滑樁、片石垛、填土反壓等；4)采取坡面防護(hù)措施，常用的有植物防護(hù)和骨架防護(hù)（如下圖所示）。第三節(jié)膨脹土植物防護(hù)

骨架護(hù)坡四、膨脹土病害的處治措施2、膨脹土邊坡處理第三節(jié)膨脹土五、膨脹土病害處治案例（一）1、膨脹土基本物理力學(xué)性質(zhì)：對(duì)常張高速公路慈利東互通K85+374.6km左15.8m位置所取膨脹土原狀土樣,經(jīng)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所仲裁試驗(yàn)鑒定,該處膨脹土成因?yàn)樘妓猁}巖殘積膨脹土,其工程地質(zhì)性質(zhì)綜合測試結(jié)果如下表：第三節(jié)膨脹土2、常張路路基處治方案設(shè)計(jì)：1)土工膜處治膨脹土

K85+900~K85+958為膨脹土填筑路堤路段,設(shè)計(jì)長度58m,在90區(qū)采用不作任何改良處理的弱膨脹土填筑,在清除淤泥后的地面位置和90區(qū)頂面各鋪一層土工膜,土工膜要求采用兩布一膜復(fù)合土工膜,厚度≥3mm,斷裂強(qiáng)度≥18kN/m,斷裂伸長率40%~90%,撕破強(qiáng)力≥0.6kN,CBR頂破強(qiáng)力≥3kN,垂直數(shù)達(dá)到10-11cm/s,幅寬采用6m.其鋪設(shè)方法如下：先鋪10cm的砂墊層,然后在其上鋪兩布一膜土工膜,采用全斷面鋪設(shè),但兩側(cè)不能暴露于路基邊坡外,鋪設(shè)時(shí)應(yīng)使其平整無褶,連接時(shí)采用布縫膜焊的連接方式,搭接時(shí)應(yīng)使高端壓在低端上,搭接寬度不小于30cm,并保證土工膜橫坡為3%~4%;然后在土工膜上鋪一層10cm厚的砂保護(hù)層,如下圖所示,經(jīng)人工整平碾壓后即可進(jìn)行下一步路基填筑工序。五、膨脹土病害處治案例（一）第三節(jié)膨脹土五、膨脹土病害處治案例（一）第三節(jié)膨脹土2、常張路路基處治方案設(shè)計(jì)2、常張路路基處治方案設(shè)計(jì)2）石灰改良處治膨土土K85+962~K86+020為膨脹土改良處理路段,設(shè)計(jì)長度58m.通過室內(nèi)試驗(yàn)確定,對(duì)路基90區(qū)采用膨脹土外摻4%石灰改良填筑.土工膜鋪設(shè)方法及要求與弱膨脹土填筑路段設(shè)計(jì)方案相同.在清除淤泥后的原地面至90區(qū)頂面的路基填土中,沿K85+990橫剖面右半幅等間距共埋設(shè)11個(gè)土壓力盒，見右圖。五、膨脹土病害處治案例（一）第三節(jié)膨脹土2、常張路路基處治方案設(shè)計(jì)3）加筋處治膨脹土土K86+020~K86+080為膨脹土加筋處理路段,設(shè)計(jì)長度60m.路基90區(qū)采用膨脹土作路堤填料,同時(shí)采用土工格柵分層加固處理.土工格柵采用TDGD/SDL-35,主要技術(shù)指標(biāo)有:幅寬2.5m,其最小抗拉強(qiáng)度為35kN/m,最大延伸率為8%.鋪設(shè)方法見下圖為防止暴雨天水流對(duì)坡面形成沖刷,同時(shí)形成對(duì)膨脹土有效保護(hù),采用格柵外加20cm耕作土層,植草綠化,既減少了大氣對(duì)土工格柵和膨脹土的作用,又美化了道路景觀;在壓實(shí)度檢驗(yàn)合格的路基上,沿橫斷面方向自路基邊緣往中心線5m范圍內(nèi),于90區(qū)每兩層填土鋪一層土工格柵;鋪土工格柵時(shí),用一排帶鉤的鋼筋拉住格柵端部,沿路中線方向人工拉緊至網(wǎng)格產(chǎn)生1%~2%的伸長,立即用Φ6鋼筋制成的“U”型釘將格柵固定在路基上,“U”型釘間距為1m,呈梅花形布置;為了保證鋪網(wǎng)格沿路縱向的整體性,兩幅格柵搭接寬度為10cm,用“U”型釘固定在路基上。五、膨脹土病害處治案例（一）第三節(jié)膨脹土2、常張路路基處治方案設(shè)計(jì)

3）加筋處治膨脹土五、膨脹土病害處治案例（一）第三節(jié)膨脹土3、處理效果：通過對(duì)常張高速公路一年多的現(xiàn)場實(shí)際觀測(經(jīng)過雨季和旱季的干濕循環(huán)),三個(gè)試驗(yàn)路段沒有發(fā)生滑坡、坍塌、溜塌、沖溝、縱裂等破壞形式,說明試驗(yàn)路段膨脹土的處理措施(鋪設(shè)土工膜、摻生石灰、加筋)方法得當(dāng),效果良好。五、膨脹土病害處治案例（一）第三節(jié)膨脹土1、工程概況五、膨脹土病害處治案例（二）第三節(jié)膨脹土荊宜高速公路是杭州至蘭州國家重點(diǎn)干線公路的組成部分，也是湖北省規(guī)劃建設(shè)的“六縱五橫一環(huán)”高等級(jí)骨架公路網(wǎng)中的主要“一橫”。荊宜高速公路的建設(shè)對(duì)完善國家重點(diǎn)干線公路網(wǎng)和湖北省公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)湖北經(jīng)濟(jì)發(fā)展，服務(wù)西部大開發(fā)和旅游經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都具有重要意義。湖北省荊門至宜昌高速公路當(dāng)陽至宜昌段土建施工第六合同段位于湖北省當(dāng)陽市境內(nèi)，起迄樁號(hào)K64+250～K74+400，主線全長10.15公里。境內(nèi)主要控制點(diǎn)為雙蓮鎮(zhèn)，路線途徑白河水庫，上跨焦柳鐵路，所經(jīng)區(qū)域處于鄂西山區(qū)與江漢平原的過度地帶，處中亞熱帶與北熱帶融匯地區(qū)，氣候溫暖濕潤，四季分明，雨熱同期。沿線屬長江水系，低丘陵區(qū)地貌，河谷發(fā)育，且分布于丘陵兩側(cè)，水量隨季節(jié)變化，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，標(biāo)頭及標(biāo)尾為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，局部有灰?guī)r，中間段多為弱、中膨脹土。

1、工程概況五、膨脹土病害處治案例（二）第三節(jié)膨脹土里程樁號(hào)K67+800～K68+350山頭處土質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)見下表。從表中可以看出項(xiàng)目部工地試驗(yàn)室和監(jiān)理中心實(shí)驗(yàn)室對(duì)該山頭處土質(zhì)情況的試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)是吻合的。根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTJ033-95規(guī)定，Wl＞45%；自由膨脹率FS＞90%屬于強(qiáng)膨脹土；65%＜FS＜90%屬于中等膨脹土；45%＜FS＜65%屬于弱膨脹土。判定K67+800～K68+350山頭處土質(zhì)為中膨脹土，該山頭處邊坡必須進(jìn)行處理，否則邊坡易發(fā)生塌方等事故。荊宜高速公路第六合同段K67+800～K68+350土場情況表土場位置取土深度m試驗(yàn)單位液限%

W1塑性指數(shù)IP自由膨脹率%K67+800~K68+3501.4—1.8項(xiàng)目部工地試驗(yàn)室52.326.572監(jiān)理中心實(shí)驗(yàn)室54.326.9713.4—3.8項(xiàng)目部工地試驗(yàn)室59.12868監(jiān)理中心實(shí)驗(yàn)室58.128.1662、處理方案五、膨脹土病害處治案例（二）第三節(jié)膨脹土1）降低邊坡應(yīng)力：為了降低邊坡的側(cè)向應(yīng)力，首先就要采取削低邊坡高度和減緩邊坡坡度。從源頭解決邊坡側(cè)向應(yīng)力過大的問題，避免擋墻因承受不住邊坡向下滑動(dòng)的推力以致被推倒。邊坡不要一次挖到位，可采取分段施工，以控制土體開挖面暴露時(shí)間，當(dāng)確有困難時(shí)，需預(yù)留一定的保護(hù)層厚度(50-100cm左右即可)，避免因下雨導(dǎo)致邊坡被雨水沖刷形成沖溝。2、處理方案五、膨脹土病害處治案例（二）第三節(jié)膨脹土2）加強(qiáng)擋護(hù)：為了有效承受邊坡向下滑動(dòng)的推力，必須采取有效的擋護(hù)措施。由于漿砌片石擋墻質(zhì)量不易控制，加之個(gè)別施工隊(duì)伍為節(jié)約成本偷工減料，通過多年的施工經(jīng)驗(yàn)，采用砼擋墻可以有效避免上述問題。同時(shí)，按照高速公路擋墻施工規(guī)范設(shè)置泄水管，排出邊坡滲漏的雨水。墻后填土需采用透水性較好的材料，并分層碾壓密實(shí)，每層厚度以20-30cm左右為佳，太厚則無法碾壓密實(shí)。碾壓設(shè)備盡可能采用蛙式打夯機(jī)等小型碾壓設(shè)備，設(shè)備過大則無法進(jìn)入墻背后進(jìn)行碾壓，采用人工碾壓的方式則無法碾壓密實(shí)。墻后填土必須碾壓密實(shí)，不能留有空洞，造成邊坡有下滑的空間，從而導(dǎo)致邊坡塌陷。2、處理方案五、膨脹土病害處治案例（二）第三節(jié)膨脹土3）改良表層土質(zhì)：摻石灰是各種改良土質(zhì)的化學(xué)處理方法中最普遍和最有效的方法。生石灰比熟石灰效果更顯著，與同等摻量的熟石灰相比，生石灰對(duì)膨脹土的改良效果較熟石灰高出1～3倍。原因主要有兩點(diǎn)，其一，生石灰中不含有化學(xué)結(jié)合水，6％的生石灰相當(dāng)于約8％的熟石灰；其二，生石灰接觸潮濕的粘土后，發(fā)生水化反應(yīng)，放出大量的熱，從而促進(jìn)了石灰與膨脹土之間的反應(yīng)，增強(qiáng)了土的承載力，可以更有效地改善土壤的土質(zhì)。通過反復(fù)試驗(yàn)，該路段邊坡中膨脹土摻入6％左右生石灰其脹縮總率接近為零。采用挖掘機(jī)挖掉預(yù)留的膨脹土，在邊坡表面用石灰畫上方格，按6％劑量的生石灰在方格內(nèi)均勻攤灰，用挖掘機(jī)將土挖起翻拌（需處理的表層土厚度為50-100cm之間）并堆放成沙丘狀，“悶灰”3天左右。在此期間每天用挖掘機(jī)翻拌1次，充分拌勻。然后，用挖掘機(jī)將已充分拌勻的土攤平，再用蛙式打夯機(jī)等打夯設(shè)備將土層表面分層壓平順、壓實(shí)。2、處理方案五、膨脹土病害處治案例（二）第三節(jié)膨脹土4）加強(qiáng)防排水：因膨脹土有遇水膨脹的特點(diǎn)，所以膨脹土處理一定要加強(qiáng)防、排水工作。在邊坡開挖前，首先應(yīng)修好山坡截水溝，將山上匯集的雨水排到邊坡兩邊，避免雨水直接沖刷邊坡。邊坡成型后，應(yīng)立即施工平臺(tái)截水溝以及排水溝，與山坡截水溝形成縱橫交錯(cuò)的排水系統(tǒng)。使得表面水流對(duì)坡面沖刷被分成了很多小格，形成“格室”效應(yīng)。每一格內(nèi)的水流在該范圍內(nèi)通過相應(yīng)的溝槽排走消散，減少了坡面的整體沖刷，削弱了坡面的整體膨脹性。另外，在表層土與原土之間需鋪設(shè)防滲土工布，隔絕外界滲水與未改良膨脹土的接觸。同時(shí)，需種植易于生長的草皮覆蓋邊坡坡面，防止雨水沖刷和美化環(huán)境。首先，在邊坡坡面噴灑DAH改良溶液，改良后的表層土在初期呈堿性不能種草因此只能在1個(gè)月以后進(jìn)行，種植之前應(yīng)測試土壤的PH值，當(dāng)PH值在6-9左右時(shí)種植草皮比較容易成活。五、膨脹土病害處治案例（二）3、施工安排原則第三節(jié)膨脹土1）集中力量，連續(xù)快速施工，確有困難時(shí)，可分段施工。盡可能采取機(jī)械化快速施工。邊坡開挖、擋護(hù)、改良表層土、防排水等各項(xiàng)措施和工作按順序一氣呵成，盡量縮短開挖面暴露時(shí)間。2）膨脹土邊坡處理時(shí)應(yīng)盡量避開雨季，加強(qiáng)現(xiàn)場排水工作，防止雨水侵蝕。4、處理效果：通過荊宜高速公路通車長時(shí)間以來的觀測，該段膨脹土邊坡至今仍未發(fā)現(xiàn)明顯位移變化，說明采取的削低邊坡高度和減緩邊坡坡度，加強(qiáng)擋護(hù)，改良表層膨脹土，結(jié)合山坡截水溝、平臺(tái)截水溝、排水溝以及采用防滲土工布的處理措施是成功的，達(dá)到了膨脹土邊坡治理的目的。上述處理措施既經(jīng)濟(jì)又有效，對(duì)湖北省乃至其他膨脹土較為發(fā)育地區(qū)高速公路相同條件下的邊坡處理可以起到一定的借鑒作用。第四節(jié)凍土凍土概述一凍土對(duì)公路工程的危害二凍土地質(zhì)病害的處治方法三四凍土病害處治案例一、凍土概述第四節(jié)凍土1、凍土的概念：是指溫度小于或等于0℃，并含有冰的土層，稱為凍土。（如下圖所示）凍土常分布在高緯度和海拔較高的高原、高山地區(qū)。一、凍土概述第四節(jié)凍土2、凍土的類型及分布：凍土根據(jù)其凍結(jié)時(shí)間分為季節(jié)性凍土和多年凍土兩種。1）季節(jié)性凍土：受季節(jié)影響，冬凍夏融，呈周期性凍結(jié)和融化的土稱為季節(jié)性凍土或暫時(shí)凍土。季節(jié)性凍土在我國主要分布在東北、華北及西北的廣大地區(qū)。自長江流域以北向東北、西北方向，隨著緯度及地面高度的增加，冬季氣溫愈來愈低，冬季時(shí)間延續(xù)愈來愈長，因此季節(jié)性凍土厚度自南向北愈來愈大。石家莊以南季節(jié)凍土厚度一般小于0.5m，北京地區(qū)為1m左右，遼源、海拉爾一帶則為2～3m。因季節(jié)性凍土呈周期性的凍融，一般凍結(jié)的深度不大，故對(duì)地基穩(wěn)定性和建筑物破壞只有一定的影響，且相對(duì)容易防治。一、凍土概述第四節(jié)凍土2）多年凍土：在年平均氣溫低于℃的地區(qū)，冬季長，夏季很短，冬季凍結(jié)的土層在夏季結(jié)束前還未全部融化，又隨氣溫降低開始凍結(jié)了。在地面以下一定深度的土層常年處于凍結(jié)狀態(tài)，這就是多年凍土。通常認(rèn)為凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)多年（三年以上）或永久不融的土，稱為多年凍土或永久凍土。多年凍土往往在地面以下一定深度存在著，其上接近地表的部分，因受季節(jié)性影響，也常發(fā)生冬凍夏融，這部分通常稱為季節(jié)性凍結(jié)層。因此，多年凍土地區(qū)亦常伴有季節(jié)性的凍融現(xiàn)象存在。多年凍土在我國主要集中分布在兩大地區(qū)：一是緯度較高的內(nèi)蒙古和黑龍江的大小興安嶺一帶；二是海拔較高的青藏高原和甘肅、新疆的山區(qū)（祁連山、天山、阿爾泰山等）。

由于多年凍土的凍結(jié)時(shí)間長，厚度大，對(duì)地基穩(wěn)定性和建筑物安全使用有較大影響且難于處理，所以凍土的危害及其防治研究，主要都是針對(duì)多年凍土而言的。2、凍土的類型及分布一、凍土概述第四節(jié)凍土3）多年凍土的特征：我國的多年凍土按地區(qū)分布不同分為兩類：一類是高原型多年凍土，主要分布在青藏高原及西部高山地區(qū)，這類凍土主要受海拔高度控制。另一類是高緯度型多年凍土，主要分布于東北及大小興安嶺地區(qū)，自滿洲里－牙石－黑河一線以北廣大地區(qū)都有多年凍土分布。受緯度控制的多年凍土，其厚度由北向南逐漸變薄，從連續(xù)多年凍土區(qū)到島狀多年凍土區(qū)，最后尖滅到非多年凍土（季節(jié)凍土）區(qū)，其分布剖面見下圖。2、凍土的類型及分布多年凍土分布剖面圖

一、凍土概述第四節(jié)凍土3）多年凍土的特征2、凍土的類型及分布①組成特征：凍土由礦物顆粒（土粒）、冰、未凍結(jié)的水和氣體四相組成。其中礦物顆粒是主體，它的大小、形狀、成分、比表面積、表面活動(dòng)性等對(duì)凍土性質(zhì)及凍土中發(fā)生的各種作用都有重要影響。凍土中的冰是凍土存在的基本條件，也是凍土各種工程性質(zhì)的形成基礎(chǔ)。②結(jié)構(gòu)特征：土在凍結(jié)時(shí)，土中水分有向溫度低的地方移動(dòng)的傾向性，因而凍土的結(jié)構(gòu)與一般土的結(jié)構(gòu)不同。根據(jù)土中冰的分布位置、形狀特征，可分為整體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)等三種結(jié)構(gòu)（如右圖所示）圖4-4多年凍土分布剖面圖

多年凍土結(jié)構(gòu)類型

（a）整體結(jié)構(gòu)

（b）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

（c）層狀結(jié)構(gòu)

一、凍土概述第四節(jié)凍土3）多年凍土的特征2、凍土的類型及分布③構(gòu)造特征：多年凍土的構(gòu)造是指多年凍土與其上的季節(jié)性凍土層間的接觸關(guān)系，有兩種構(gòu)造類型：a、銜接型構(gòu)造：季節(jié)性凍土的最大凍結(jié)深度達(dá)到或超過多年凍土層上限，如下圖a所示。此種構(gòu)造的凍土屬于穩(wěn)定的或發(fā)展型多年凍土。(a）(b）多年凍土銜接示意圖(a）銜接的多年凍土層；(b）不銜接的多年凍土層

b、非銜接型構(gòu)造：在季節(jié)性凍土所能達(dá)到的最大凍結(jié)深度與多年凍土層上限之間有一層不凍土（或稱融土層，如圖b所示）。這種構(gòu)造的凍土多為退化型多年凍土。

1、融沉:凍土在融化后強(qiáng)度大為降低，壓縮性急劇增大，使地基產(chǎn)生融化沉陷的現(xiàn)象簡稱融沉或融陷。公路工程中一般會(huì)引起路基路面的變形沉陷（見下頁圖片所示）。Ⅰ級(jí)：不融沉；Ⅱ級(jí)：弱融沉；Ⅲ級(jí)：融沉；Ⅳ級(jí)：強(qiáng)融沉；Ⅴ級(jí)：融陷。多年凍土按融沉情況分為二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土路堤外部熱融滑塌路基路面的變形沉陷

1、融沉二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土2、凍脹:所謂的道路凍脹，主要是冬季在路基土中沿著溫度的降低方向生成了冰晶體形狀的霜柱，使路面產(chǎn)生隆起的一種現(xiàn)象。隧道側(cè)墻的破壞主要由于土中霜柱的作用使土體沿冷卻方向的橫向產(chǎn)生凍脹，從而使隧道的側(cè)壁，向冷空氣侵入的隧道中心軸方向推移，因而沿著側(cè)墻部分的水平方向產(chǎn)生了作用力。坡面上的凍脹作用是沿著垂直方向發(fā)生的。凍脹作用使道路產(chǎn)生的破壞狀態(tài)在中央部分凍脹量最大，因而沿路面中心線的縱斷方向上產(chǎn)生縱向裂縫。這種凍脹破壞與冬季期間道路除雪情況以及路面施工接縫情況有密切關(guān)系。施工時(shí)在路面中心如果有接縫，則接縫處水平方向的抗拉強(qiáng)度比路面其他部分要?。ㄒ娤马搱D片所示）。二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土2、凍脹二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土凍脹引起的被破壞的公路影響凍脹性的因素溫度土的顆粒大小含水量等一般來講，土顆粒越粗，含水量越小，凍脹性就越?。环粗酱?。路面凍脹開裂3、翻漿:指的是春融時(shí)期由于土基強(qiáng)度急劇降低，在行車作用下，路面表面出現(xiàn)不均勻起伏、彈簧或破裂冒漿等現(xiàn)象，主要原因是地下水排除不好或水位發(fā)生變化。

（第四章第四節(jié)已學(xué)習(xí)，如下圖所示）。二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土4、冰丘:在冰緣地區(qū)的松軟巖層中，由于凍脹作用引起土層局部隆起的丘狀松散地形。

（如下圖所示）。二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土冰丘5、路面損壞:在寒冷地區(qū)，路面損壞非常常見。一般分為：裂縫類、變形類、松散類、其它損壞類。（如圖所示）。二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土路面裂縫（縱向破壞）路面變形路面松散6、冰錐:是在寒冷季節(jié)流出封凍地表和冰面的地下水或河水凍結(jié)后形成丘狀隆起的冰體。冰錐的形成機(jī)理與冰丘基本相同，它們的形成和發(fā)展往往具有突發(fā)性的隆起和回落，它對(duì)公路具有危害時(shí)間長、范圍大、不宜處理的特點(diǎn)。

（如下圖所示）。二、凍土地區(qū)公路主要病害第四節(jié)凍土三、凍土病害的處治措施第四節(jié)凍土1、排水:攔截和排除地表或地下水；降低地下水位，防止地下水向地基土中聚集。在季節(jié)性凍土地區(qū)應(yīng)做好路基的排水，設(shè)置排水溝、截水溝等以確保路基不受地表水的侵害；如遇地下水豐富則盲溝、滲溝等攔排地下水，降低地下水位，防止地下水向路基聚集（如下圖所示）。路基排水溝滲溝三、凍土病害的處治措施第四節(jié)凍土2、保溫:在建筑物基礎(chǔ)底部或周圍設(shè)置隔熱層以增大熱阻，防止冷流進(jìn)入地基、減少水分遷移以減輕凍害。在路基工程中常用草皮、泥炭、爐渣等作為隔熱材料。近年來在加拿大和美國北部采用聚苯乙烯泡沫塑料做隔熱層。據(jù)加拿大工程部門的經(jīng)驗(yàn)1cm厚的泡沫塑料保溫層相當(dāng)14cm厚填土的保溫效果（如下圖所示）。

在地基土中鋪設(shè)保溫層采用通風(fēng)管排熱保持土溫利用制冷熱棒降低路基溫度三、凍土病害的處治措施第四節(jié)凍土2、保溫三、凍土病害的處治措施第四節(jié)凍土1）換填法：在防治凍害的措施中，換填法是采用最廣泛的一種。用粗砂、礫砂、砂卵石等非凍脹性的土置換天然地基的凍脹性土，是防止建筑物基礎(chǔ)遭受凍害的可靠措施。一般基底的砂墊層厚度為0.8～1.5m，基側(cè)為0.2～0.5m。在公路路基下常用砂礫石墊層進(jìn)行換填，并在換填土層的表面再夯填0.2～0.3m厚的隔水層，以防止地表水滲入基底。（如下圖所示）。基底下鋪設(shè)砂墊層3、改善土的性質(zhì)三、凍土病害的處治措施第四節(jié)凍土2）物理化學(xué)法：是在土體中加入某些物質(zhì)，以改變土粒與水之間的相互作用，使土體中的水分遷移強(qiáng)度及其冰點(diǎn)發(fā)生變化，從而削弱土凍脹的一種方法。其中常見的處理方法有人工鹽漬化法和憎水性物質(zhì)改良地基土的方法。3、改善土的性質(zhì)①人工鹽漬化法改良地基土的方法：是在土中加入一定量的可溶性無機(jī)鹽類，如氯化鈉（NaCl）、氯化鈣(CaCl2)等，使之成為人工鹽漬土，從而可使土中水分遷移，強(qiáng)度和凍結(jié)溫度降低。例如可在地基中采用灌入氯化鈉的方法，降低冰點(diǎn)，從而將凍脹變形限制在允許的范圍內(nèi)。②憎水性物質(zhì)改良地基土的方法：是指在土中摻入少量憎水性物質(zhì)(石油產(chǎn)品或副產(chǎn)品)和表面活性劑的方法來改良土的性質(zhì)。由于表面活性劑使憎水的油類物質(zhì)被土粒牢固吸附，起到削弱土粒與水的相互作用，減弱或消除地表水下滲和阻止地下水上升，使土體含水量減少，從而削弱土體凍脹及地基與基礎(chǔ)間的凍結(jié)強(qiáng)度。四、凍土病害處治案例1、青藏鐵路清水河試驗(yàn)段工程概況：清水河試驗(yàn)段位于屬楚瑪爾河高平原上，平均海拔4470m。氣溫正負(fù)積溫相差懸殊。試驗(yàn)段路堤填土高3.30m，路基面寬7.10m，兩側(cè)加寬0.60m，加寬面外設(shè)3m護(hù)道，坡率1∶1.5。第四節(jié)凍土2、凍土處治方法：于兩側(cè)路肩交錯(cuò)布設(shè)熱棒，直插，每根長12m，其中熱棒蒸發(fā)段長6m；冷凝段3m；絕熱段3m。熱棒冷凝段翅片管長2.5m，縱向間距4.0m。熱棒為準(zhǔn)83mm×6mm。并在斷面上設(shè)測溫孔等測試元件，監(jiān)測地溫場。路基左側(cè)為陽坡，右側(cè)為陰坡，差異明顯。3、試驗(yàn)效果：直插熱棒和斜插熱棒，都能有效地面以下溫度，對(duì)于保護(hù)多年凍土都是可行的。但斜插熱棒較直插熱棒更能全面降低地溫，尤其是路基中心位置，對(duì)于保護(hù)多年凍土更有利。從路基上限形態(tài)上可看出，斜插熱棒更有利于保證路基的穩(wěn)定。四、凍土病害處治案例第四節(jié)凍土2、凍土處治方法：于兩側(cè)路肩交錯(cuò)布設(shè)熱棒，直插，每根長12m，其中熱棒蒸發(fā)段長6m；冷凝段3m；絕熱段3m。熱棒冷凝段翅片管長2.5m，縱向間距4.0m。熱棒為準(zhǔn)83mm×6mm。并在斷面上設(shè)測溫孔等測試元件，監(jiān)測地溫場。路基左側(cè)為陽坡，右側(cè)為陰坡，差異明顯。第五節(jié)鹽漬土鹽漬土概述一鹽漬土的工程性質(zhì)二鹽漬土對(duì)公路工程的危害三鹽漬土地質(zhì)病害的處治方法四鹽漬土病害處治案例五1、鹽漬土概述鹽漬土指的是不同程度的鹽堿化土的統(tǒng)稱。在公路工程中一般指地表下1.0m深的土層內(nèi)易溶鹽平均含量大于0.3%的土。鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱。鹽土是指土壤中可溶性鹽含量達(dá)到對(duì)作物生長有顯著危害的土類。鹽分含量指標(biāo)因不同鹽分組成而異。堿土是指土壤中含有危害植物生長和改變土壤性質(zhì)的多量交換性鈉。鹽漬土分布在內(nèi)陸干旱、半干旱地、濱海地區(qū)也有分布。在我國分布較廣，如江蘇北部、渤海沿岸、松遼平原、河南、山西、內(nèi)蒙、甘肅、青海、新疆等地均有所分布。2、鹽漬土的工程性質(zhì)1）硫酸鹽漬土的松脹性和膨脹性硫酸鹽的溶解度隨溫度而變化,溫度降低時(shí),鹽溶液達(dá)到過飽和狀態(tài),鹽分即從溶液中結(jié)晶析出,體積增大;溫度升高時(shí)結(jié)晶又溶解于溶液中,體積縮小。在含水量較小的土體中所含的固體硫酸鹽在低溫時(shí)吸水結(jié)晶,體積增大;溫度升高時(shí)又脫水變成粉末狀固體,體積縮小。從而出現(xiàn)使土體結(jié)構(gòu)破壞、變松的現(xiàn)象,即硫酸鹽漬土的松脹性。2、鹽漬土的工程性質(zhì)2）鹽漬度對(duì)土的塑性影響常規(guī)土體的三相組成是由、液、固三相構(gòu)成。鹽漬土的三相組成由氣相——空氣、液相——溶液、固相——土與鹽結(jié)晶的混合體所構(gòu)成。鹽漬土中所含鹽的種類與含量影響著土體的塑性指標(biāo),因此鹽漬土具有相對(duì)變化的、不穩(wěn)定的液限、塑限、塑性指數(shù)及液性指數(shù);同一類土,當(dāng)含鹽量增加時(shí)其液塑限相應(yīng)減小,塑性指數(shù)也有所降低,這種性質(zhì)對(duì)路基的穩(wěn)定性十分不利。因?yàn)橛鏊?當(dāng)含水量相同時(shí),鹽漬土比非鹽漬土較早地達(dá)到塑限或流塑狀態(tài),即較早地達(dá)到不太穩(wěn)定的狀態(tài)。2、鹽漬土的工程性質(zhì)3）鹽漬土的夯實(shí)性和壓縮性鹽漬土中氯鹽的存在使土的細(xì)粒分散部分起脫水作用,使土的最佳含水量降低。同時(shí)氯鹽有強(qiáng)烈的吸濕性和保濕性,可使土體長期保持在最佳含水量附近的狀態(tài),經(jīng)過汽車反復(fù)行駛,可以進(jìn)一步得到壓實(shí),對(duì)在干旱缺水地區(qū)施工有利。填土中不得有鹽結(jié)晶。2、鹽漬土的工程性質(zhì)4）鹽漬土的強(qiáng)度與水穩(wěn)性含有不同鹽類的鹽漬土具有不同的工程特性,在干旱缺水的情況下,可以用超氯