基础工程PPT(附动画)第七章 几种特殊土地基上的基础工程

第七章几种特殊土地基上的基础工程第七章几种特殊地基上的基础工程特殊土的概念：具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地区特点，故又有区域性特殊土之称。特殊土的种类：我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土等。第七章几种特殊地基上的基础工程第一节湿陷性黄土地基一、黄土的特征和分布黄土具有以下全部特征：1.颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；2.颗粒组成以粉粒(0.05~0.005mm)为主，含量一般在60%以上，几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒；3.孔隙比较大，一般在1.0左右；4.富含碳酸钙盐类；5.垂直节理发育；6.一般有肉眼可见的大孔隙。7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程黄土的分类7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程湿陷性黄土：凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之降低的，称为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。自重湿陷性黄土：黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；非自重湿陷性黄土：若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。黄土的分布黄土分布很广，面积达1300万平方公里，约占陆地总面积的9.3%。世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为：欧洲7%，北美5%，南美10%，亚洲3%，此外，在澳大利亚、北非也有零星分布。我国黄土分布面积635280平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%左右，主要分布在北纬33~47度，以34~45度之间最为发育，属于干旱、半干旱气候类型。我国湿陷性黄土分布面积约占我国黄土分布总面积的60%左右，为27万平方公里，大部分在黄土中游地区，北起长城附近，南达秦岭，西自乌鞘岭，东至太行山，即北纬34~41度，东经102~114度之间。7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程二、黄土湿陷发生的原因和影响因素7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程黄土湿陷的原因：由于管道（或水池）漏水、地面积水、生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升等原因而引起。受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条件，而黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。黄土的湿陷性还与孔隙比、含水率以及所受压力的大小有关。三、黄土湿陷性的判定和地基的评价（一）黄土湿陷性的判定黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数s值来判定，s可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构的黄土土样装入侧限压缩仪内，逐级加压，达到规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度，由下式求得土的湿陷系数s7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程0'hhhpps（7-1）按照国内各地经验采用s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，s≥0.015定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。一般认为0.015≤s≤0.03为弱湿陷性黄土，0.03s≤0.07为中等湿陷性黄土，s0.07为强湿陷性黄土。7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程（二）湿陷性黄土地基湿陷类型的划分自重湿陷性黄土浸水后，在其上覆土自重压力作用下，迅速发生比较强烈的湿陷，要求采取较非自重湿陷性黄土地基更有效的措施，保证桥涵等建筑物的安全和正常使用。《湿陷性黄土地区建筑规范》用计算自重湿陷量zs来划分这两种湿陷类型的地基，zs(cm)按下式计算7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程niizsizsh10（7-2）（三）湿陷性黄土地基湿陷等级的判定湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿，发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷量的总和（总湿陷量）来衡量，总湿陷量越大，对桥涵等建筑物的危害性越大，其设计、施工和处理措施要求也应越高。《湿陷性黄土地区建筑规范》对地基总湿陷量s（cm）用下式计算：7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程niisish1（7-3）湿陷性黄土地基的湿陷等级，可根据地基总湿陷量s和计算自重湿陷量zs综合，按下表判定。当s小于5cm时，可按非湿陷性黄土地基进行设计和施工。也可以采用野外浸水荷载试验确定黄土地基的湿陷系数、湿陷类型和等级，但工作量较大，较少采用，仅对自重湿陷性黄土地基的鉴别，有较大参考价值。7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程湿陷性黄土地基的湿陷等级表7-1非自重湿陷性地基自重湿陷性地基湿陷类型zs(cm)s(cm)≤77zs≤3535≤3030s≤7070Ⅰ(轻微)Ⅱ(中等)Ⅱ(中等)Ⅱ(中等)*Ⅱ(中等)或Ⅲ(严重)Ⅲ(严重)——Ⅲ(严重)Ⅳ(很严重)*注：当湿陷量的计算值s60cm，自重湿陷量的计算值zs30cm时，可判为Ⅲ级，其他情况可判为Ⅱ级。四、湿陷性黄土地基的处理湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程重锤表层夯实和强夯土垫层土挤密桩桩基础化学加固法其它加固方法(预浸水法、热加固法、水下爆破法、电火花加固法）7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程湿陷性黄土的处理方法：《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）规定，湿陷性黄土地基承载力特征值，应根据地基载荷试验及当地经验数据确定。7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程五、湿陷性黄土地基的承载力特征值和沉降计算当基础宽度大于3m或埋置深度大于1.5m时，地基承载力特征值应按下式修正：)50.1()3(][][mdbakadbff（7-4）7-1黄土的特征和分布第七章几种特殊地基上的基础工程对进行消除全部湿陷性处理的地基，可不再计算湿陷量（但仍应计算下卧层的压缩变形）；对进行消除部分湿陷性处理的地基，应计算地基在处理后的剩余湿陷量；对仅进行结构处理或防水处理的湿陷性黄土地基应计算其全部湿陷量。压缩变形计算可参照本书第二章内容进行，湿陷量计算可参照式（7-3）进行。压缩沉降及湿陷量之和如超过沉降容许值时，还必须采取减少沉降量、湿陷量措施。第二节膨胀土地基膨胀土是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。众所周知，一般粘性土也都有膨胀、收缩特性，但其量不大，对工程没有太大的实际意义；而膨胀土的膨胀——收缩——再膨胀的周期性变形特性非常显著，并常给工程带来危害，因而工程上将其从一般粘性土中区别出来，作为特殊土对待。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程膨胀土在我国分布范围很广，据现有的资料，广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等20多个省、自治区、市均有膨胀土。国外也一样，如美国，50个州中有膨胀土的占40个州，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，也都有不同程度的分布。目前膨胀土的工程问题，已成为世界性的研究课题。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程一、膨胀土的判别和膨胀土地基的胀缩等级（一）影响膨胀土胀缩特性的主要因素影响膨胀土胀缩性质的内在机制：主要是指矿物成分及微观结构两方面。矿物成分：膨胀土含大量的活性粘土矿物，如蒙脱石和伊利石，尤其是蒙脱石，比表面积大，在低含水量时对水有巨大的吸力，土中蒙脱石含量的多寡直接决定着土的胀缩性质的大小。微观结构：这些矿物成分在空间上的联结状态也影响其胀缩性质。经对大量不同地点的膨胀土扫描电镜分析得知，面——面连接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的结构形式，这种结构比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的能力。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程影响膨胀土胀、缩性质的最大外界因素是水对膨胀土的作用，或者更确切地说，水分的迁移是控制土胀、缩特性的关键外在因素。因为只有土中存在着可能产生水分迁移的梯度和进行水分迁移的途径，才有可能引起土的膨胀或收缩。尽管某一种粘土具有潜在的较高的膨胀势，但如果它的含水量保持不变，则不会有体积变化发生；相反，含水量的轻微变化，哪怕只是1%~2%的量值，实践证明就足以引起有害的膨胀。因此，判断膨胀土的胀缩性指标都是反映含水量变化时膨胀土的胀缩量及膨胀力大小的。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程（二）膨胀土的胀缩性指标1．自由膨胀率ef将人工制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积，然后倒入盛水的量筒中，经充分吸水膨胀稳定后，再测其体积。增加的体积与原体积的比值ef称为自由膨胀率。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程00wefVVV（7-5）2．膨胀率ep与膨胀力Pe膨胀率表示原状土在侧限压缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程00wephhh（7-6）以各级压力下的膨胀率ep为纵坐标，压力p为横坐标，将试验结果绘制成p-ep关系曲线，该曲线与横坐标的交点Pe称为试样的膨胀力，膨胀力表示原状土样，在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。膨胀力在选择基础型式及基底压力时，是个很有用的指标。在设计上如果希望减少膨胀变形，应使基底压力接近于膨胀力。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程3．线缩率sr与收缩系数s膨胀土失水收缩，其收缩性可用线缩率与收缩系数表示。线缩率sr是指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比。表示为：7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程%1000i0srihhh（7-7）根据不同时刻的线缩率及相应含水量，可绘成收缩曲线，利用直线收缩段可求得收缩系数s，其定义为：原状土样在直线收缩阶段内，含水量每减少1%时所对应的线缩率的改变值，即：wsrs7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程（7-8）（三）膨胀土的判别《膨胀土规范》中规定，凡具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率ef≥40%的土应判定为膨胀土。1．裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；2．多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；3．常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；4．建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程（四）膨胀土地基评价我国《膨胀土规范》规定以50kPa压力下测定的土的膨胀率，计算地基分级变形量，作为划分胀缩等级的标准，表7-3给出了膨胀土地基的胀缩等级。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程膨胀土地基的胀缩等级表7-3地基分级变形量se（mm）级别破坏程度15≤se＜35Ⅰ轻微35≤se＜70Ⅱ中等se≥70Ⅲ严重(五）膨胀土地基变形量计算可按下列3种情况分别计算：①当离地表1m处地基土的天然含水率等于或接近最小值时，或地面有覆盖且无蒸发可能时，以及建筑物在使用期间经常受水浸湿的地基，可按膨胀变形量计算；②当离地表1m处地基土的天然含水率大于1.2倍塑限含水率时，或直接受高温作用的地基，可按收缩变形量计算；③其它情况下可按胀缩变形量计算。7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程7-2膨胀土地基第七章几种特殊地基上的基础工程1．地基土的膨胀变形量seneeepiii1sh（7-9）2．地基土的收缩变形量ss