58特殊土地基

特殊土地基杨振放目录第一章特殊土概述第二章特殊土的岩土工程勘察第三章特殊土的地基处理一、特殊土概述1、定义：特殊土是指具有某些特殊成分、结构及工程地质性质的土的总称。2、类型：由于成土环境的不同，会造成具有不同特性的土，常见的特殊土种类有：黄土、红粘土、膨胀土、软土、盐渍土、冻土和填土等。我国常见特殊土的种类、分布、成土环境及工程地质特性种类分布成土环境工程特性黄土西北内陆地区，青海、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南等干旱，半干旱气候环境，降雨量少，蒸发量大，年降雨量小于500mm。风积湿陷性红粘土华南地区，云南、四川、贵州、广西、鄂西、湘西等碳酸盐岩系北纬33°以南，温暖湿润气候，以残坡积为主裂隙发育，不均匀性软土东南沿海，天津、上海、宁波、福州等，此外内陆湖泊地区也有局部分布滨海、三角洲沉积；湖泊沉积，地下水水位高，由水流搬运沉积而成强度低，压缩性高，渗透性小膨胀土云南、贵州、广西、四川、安徽、河南等温暖湿润，雨量充沛，年降雨量700～1700mm，具有良好化学风化条件遇水膨胀，失水收缩盐渍土新疆、青海、西藏、甘肃、宁夏、内蒙古等内陆地区，此外尚有滨海部分地区荒漠半荒漠地区，年降雨量小于100mm，蒸发量高达3000mm以上的地区，沿海受海水浸渍或海退的影响盐胀性、溶陷性和腐蚀性冻土青藏高原和大小兴安岭，东西部一些高山顶部高纬度寒冷地区冻胀性、融陷性3、学习本课程的重要性：特殊土在我国分布很广，比如黄土主要分布在我国的西北部，红粘土主要分布在南方，冻土主要分布在北方等，有很多建筑物修建在特殊土地基上。由于特殊土具有特殊的工程地质性质，因此常给建筑物的安全和正常使用造成严重威胁。研究特殊土的形成条件、分布特征和工程地质特性具有十分重要的意义。小节第一节黄土第二节红粘土第三节膨胀土第四节淤泥质软土第五节盐渍土第六节冻土第七节填土第一节黄土1、定义：黄土是一种特殊的第四纪大陆疏松堆积物。黄土可分为典型黄土和黄土状土。典型黄土具有下列特征：①、颜色为黄褐色、灰黄色或淡黄色；②、以粉粒成分为主；③、结构均匀无层理；④、性疏松并具大孔隙；⑤、垂直节理发育；⑥、富含碳酸盐；⑦、具湿陷性。黄土状土与典型黄土类似，但有些特征不明显，与典型黄土的区别在于：①、层理明显；②、成分复杂，常常含有砂、砾石、粘土等夹层或包体。2、分布：我国黄土主要分布在西北、华北及东北地区，以黄河中游最为发育。各地区黄土厚度不等，一般来说陕甘高原最厚，厚度可达100～200m。3、黄土的物质组成和结构特征黄土在干燥时具有较高的强度，而遇水后表现出明显的湿陷性，这是由黄土的特殊成分和结构决定的。（1）、黄土的物质组成①、黄土的粒度成分：黄土中的粉粒成分占绝对优势，约占60％以上，粘粒含量较少，一般只占10～25％。我国黄土的粒度成分明显表现为自西北向东南，由粗到细的变化规律。②、黄土的矿物成分：可分为两大类，碎屑矿物和粘土矿物。其中碎屑矿物占75％以上，主要是石英、长石、碳酸盐矿物及云母；粘土矿物以伊利石和石英为主。③、黄土的化学成分：黄土中含量最多的是SiO2、Al2O3和CaO，这与黄土的主要矿物为石英、长石、云母的情况相一致。（2）、黄土的结构特征黄土主要结构特征是具有明显的大孔性，结构疏松，孔隙度大，一般为33～64％，并常有虫孔、根孔。4、黄土的物理力学性质（1）、黄土的物理性质指标：比重、天然容重、干容重、孔隙度、孔隙比、含水量、饱和度、液塑限等。①、黄土的干容重（γd）：干容重与土的孔隙度有关，土的孔隙度越大，则干容重越小。我国黄土的干容重一般为1.31～1.60g/cm3。干容重是评价黄土湿陷性的一个综合性指标，通常认为干容重越大，其湿陷性越小。干容重大于1.50g/cm3时为非湿陷性黄土，小于1.50g/cm3时为湿陷性黄土。②、黄土的孔隙比（e）：黄土的孔隙比较大，平均在0.87～1.10之间。③、黄土的天然含水量（ω）：黄土的天然含水量低，一般为1～38.6%，有些干燥区为1～12%。天然含水量低的黄土常为湿陷性较强的黄土。（2）、黄土的力学性质指标①、黄土的压缩性：黄土的压缩系数（α）一般在0.01～0.04之间，属中等压缩性土。②、抗剪强度：黄土的抗剪强度c、φ值与黄土的湿度、结构关系密切。其内摩擦角（φ）为5°～31°，内聚力（c）为0～0.42×105Pa。黄土的压缩性及抗剪强度受黄土的成因、结构、组成及气候环境等因素的影响，所以不同地区的黄土其压缩性及抗剪强度有所差别。5、黄土湿陷性评价（1）、黄土的湿陷性所谓黄土湿陷，就是天然黄土在一定压力作用下，当浸水后结构迅速破坏，而发生突然下沉的现象。具有这种特性的黄土称为湿陷性黄土，不具有这种特性的黄土称为非湿陷性黄土。湿陷性黄土又可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土即浸水后在土层自重压力下即可发生湿陷；非自重湿陷性黄土浸水后在土自重和建筑物荷载共同作用下才会发生湿陷。（2）、湿陷系数①、湿陷系数的确定湿陷系数是判定黄土是否具有湿陷性，以及湿陷性的强弱程度的数值指标，以δs表示。该指标是通过室内试验内的浸水试验求出的，土样在某压力下的湿陷系数δs用下式表示：式中：hp—保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度(mm)；hp’—上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度(mm)；h0—土样的原始高度(mm)；s0'hhhpp0'hhhpps0'hhhpps根据试验得出的湿陷系数值可判定黄土的湿陷性，当δs＜0.015时，为非湿陷性黄土，当δs≥0.015时，为湿陷性黄土。②、湿陷程度的确定湿陷性黄土的湿陷程度，可根据湿陷系数值的大小分为下列三种：a、当0.015≤δs≤0.03时，湿陷性轻微；b、当0.03＜δs≤0.07时，湿陷性中等；c、当δs＞0.07时，湿陷性强烈。（3）黄土的自重湿陷性的判定①、自重湿陷系数δzs自重湿陷系数δzs值可按下式计算：式中：hz—保持天然的湿度和结构的土样，加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度(mm)；hz’—上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度(mm)；h0—土样的原始高度(mm)；0'hhhzzzs②、自重湿陷量△zs(mm)自重湿陷量△zs(mm)应按下式计算：式中：δzsi—第i层土的自重湿陷系数；hi—第i层土的厚度(mm)；β0—因土质地区而异的修正系数。对陇西地区可取1.5，对陇东陕北地区可取1.2，对关中地区可取0.9，对其它地区可取0.5。inizsizsh10③、湿陷性黄土的湿陷类型的判定湿陷性黄土的湿陷类型，应按自重湿陷量的实测值或计算值判定，应符合下列要求：a、当自重湿陷量的实测值△’zs或计算值△zs小于或等于70mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；b、当自重湿陷量的实测值△’zs或计算值△zs大于70mm时，应定为自重湿陷性黄土场地；c、当自重湿陷量的实测值△’zs或计算值△zs出现矛盾时，应按自重湿陷量的实测值判定。inizsizsh10inizsizsh10inizsizsh10inizsizsh10inizsizsh10inizsizsh10inizsizsh10（4）黄土地基的湿陷等级的划分①、湿陷量△s(mm)湿陷性黄土地基，受水浸湿饱和至下沉稳定为止的湿陷量△s(mm)应按下式计算：式中：δsi—第i层土的湿陷系数；hi—第i层土的厚度(mm)；β—考虑地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：基底下0～5m深度内，取β＝1.5；基底下5m～10m深度内，取β＝1；基底下10m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的β0值。inisish1inisish1②湿陷性黄土地基的湿陷等级的确定湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值来判定。湿陷性黄土地基的湿陷等级△zs(mm)△s(mm)非自重湿陷性场地自重湿陷性场地△zs≤7070＜△zs≤350△zs＞350△s≤300Ⅰ（轻微）Ⅱ（中等）—300＜△s≤700Ⅱ（中等）Ⅱ或ⅢⅢ（严重）△s＞700Ⅱ（中等）Ⅲ（严重）Ⅳ（很严重）注：当湿陷量的计算值△s＞600mm、自重湿陷量的计算值△zs＞300时，可判为Ⅲ级，其他情况可判为Ⅱ级。6、黄土地基的工程措施湿陷性黄土地基的设计和施工，除了必须遵循一般的设计和施工原则外，还应针对湿陷性特点，采用适当的工程措施，包括以下三个方面：①地基处理，以消除产生湿陷性的内在原因；②防水和排水，以防止产生引起湿陷的边界条件；③采取结构措施，以改善建筑物对不均匀沉降的适应性和抵抗的能力。（1）地基处理湿陷性黄土地基处理的原理，主要是破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便全部或部分消除地基的湿陷性，目前对于湿陷性黄土常用的地基处理方法详见下表：湿陷性黄土常用的地基处理方法序号处理方法适用范围处理厚度（m）1垫层法地下水位以上局部或整片处理1～32强夯法Sr＜60%的湿陷性土3～63挤密法地下水位以上局部或整块处理5～154桩基基础荷载大，有可靠持力层不限5预浸水法湿陷程度很严重的自重湿陷性黄土可消除地面一下6m以内深部土的湿陷性，上部尚需采用垫层法处理6碱液加固法一般用于加固地下水位以上的已有建筑物地基≤10（2）防水措施防水措施包括以下三个方面：①、场地防水措施：尽量选择具有排水畅通或利于场地排水的地形条件，避开受洪水或水库等可能引起地下水位上升的地段，确保管道和储水构筑物不漏水，场地内应设排水沟等。②、单体建筑物的防水措施：建筑物周围必须设置具有一定宽度的混凝土散水，以便排泄屋面水。确保建筑物地面严密不漏水。室内的给水、排水管道尽量明装，室外管道布置应尽量远离建筑物，检漏管沟应做好防水处理。③、施工阶段的防水：施工场地应平整，做好临时防洪、排水措施。大型基坑开挖时应防止地面水流入，坑底应保持一定坡度便于集水和排水。尽量缩短基坑暴露时间。（3）结构措施①、加强建筑物的整体性和空间刚度；②、选择适宜的结构和基础形式；③、加强砌体和构件的刚度。在湿陷性黄土地基的设计中，应根据建筑物的类别和场地湿陷类型，结合当地的建筑经验、施工与维护管理等条件综合确定。第二节红粘土1、红粘土的定义、形成条件及分布规律（1）定义：碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土。其液限一般大于50％，上硬下软，具有明显的收缩性，并裂隙发育。次生红粘土：原生红粘土经搬运、沉积后仍保留其基本特征，且其液限大于45％的粘土。（2）红粘土的形成条件：气候和岩性①气候条件：气候变化大，年降水量大于蒸发量。因而气候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风化。②岩性条件：主要是碳酸盐类岩石，石灰岩、白云岩等，当岩层褶皱发育，岩石破碎，易于风化时，更易形成红粘土。（3）红粘土的分布规律红粘土主要为残积、坡积类型，因而其分布多在山区或丘陵地带，并且受气候影响，主要发育南方潮湿的热带和亚热带地区的一种区域性特殊土。以贵州、云南、广西最为普遍，其次江西、川东和两湖两广的部分地区也有分布。2、红粘土的工程地质特征（1）红粘土的土层特征①、由硬变软的现象：红粘土从地表向下由硬变软，随深度的增加，红粘土的天然含水量、孔隙比有较大的增加，土的状态由坚硬、硬塑状态变为可塑、软塑状态，相应地，土的强度也逐渐降低，压缩性也逐渐增大。②、厚度变化大：红粘土在垂直方向分布变化很大，这与所处的地貌、基岩的岩性与岩溶的发育程度有关，分布在盆地或洼地中的红粘土，其厚度大体是边缘薄，中间厚；下覆基岩有溶沟、溶槽、石芽发育时，其上覆的红粘土的厚度变化极大。在其它因素相近的条件下，碳酸盐类岩体的岩性决定着岩溶发展程度的差异，石灰岩、白云岩易于溶化，岩体表面起伏剧烈，导致其上覆的红粘土厚度变化很