第九章---特殊性岩土的工程勘察

第九章特殊性岩土的工程勘察本章重点：介绍了各类特殊性土的特性、勘察重点及勘察评价与计算。学习要求：掌握本地区常见的几种特殊土的勘察内容、要求，即评价计算方法。特殊性岩土是指在特定的地理环境或人为条件下形成的具有特殊的物理力学性质和工程特征，以及特殊的物质组成、结构构造的岩土。如果在此类岩土上修建建筑物，在常规勘察设计的方法下不能满足工程要求，为了安全和经济，因而在岩土工程勘察中须采取特殊的进行研究和处理，否则会给工程带来不良后果。特殊性岩土的种类很多，其分布一般具有明显的地域性。常见的特殊性岩土又是湿陷性土、红粘土、软土、混合土、填土、多年冻土、膨胀岩土、盐渍岩土、风化岩与残积土及污染土等。第一节湿陷性土湿陷性土是指那些非饱和和结构不稳定的土，在一定压力作用下受水浸湿后，其结构迅速破坏，并产生显著的附加下沉。湿陷性土在我国北方分布广泛，除常见的湿陷性黄土外，在我国的干旱及半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇到湿陷性碎石土、湿陷性砂土等。一、湿陷性黄土湿陷性黄土属于黄土。当其未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较低。但受水浸湿后，在上覆土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力作用下，土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低。湿陷性黄土分布在近地表几米到几十米深度范围内，主要为晚更新世形成的马兰黄土（Q3）和全新世形成的Q4黄土（包括Q41黄土和Q42新近堆积的黄土）。而中更新世及其以前形成的离石黄土和午城黄土一般仅在上部具有较微弱的湿陷性或不具有湿陷性。我国陕西、山西、甘肃等省区分布有大面积的湿陷性黄土。（一）湿陷性黄土的性质1．粒度成分上，以粉粒为主，粉粒含量超过50%以上，砂粒、粘粒含量较少。2．密度小，孔隙率大，大孔性明显。在其它条件相同时，孔隙比越大，湿陷性越强烈。3．天然含水量较少时，结构强度高，湿陷性强烈；随含水量增大，结构强度降低，湿陷性降低。4．塑性较弱，塑性指数在8～13之间。当湿陷性黄土的液限小于30%时，湿陷性较强；当液限大于30%以后，湿陷性减弱。5．湿陷性黄土的压缩性与天然含水量和地质年代有关，天然状态下，压缩性中等，抗剪强度较大。随含水量增加，黄土的压缩性急剧增大，抗剪强度显著降低。新近沉积黄土，土质松软，强度低，压缩性高。6．抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量小，但失水收缩较明显，遇水湿陷性较强。（二）湿陷性黄土的勘察要点1．在湿陷性黄土场地进行岩土工程勘察时应查明下列内容，并结合建筑物特点和设计要求，对场地和地基做出评价，对地基处理措施提出建议。①黄土地层的时代、成因；②湿陷性黄土的厚度；③湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化；④场地湿陷类型和地基湿陷等级的平面分布；⑤变形参数和承载力；⑥地下水等环境水的变化趋势；⑦其他工程地质条件。2．勘察阶段可分为场址选择或可行性研究、初步勘察、详细勘察三个阶段，各个阶段的勘察成果应符合各相应设计阶段的要求。对场地面积不大，地质条件简单的地区可简化勘察阶段。对工程地质条件复杂或有特殊要求的建筑物，必要时应进行施工勘察或专门勘察。3．采取不扰动土样，必须保持其天然的湿度、密度和结构，并符合级土样质量的要求。在探井中取样，竖向间距宜为1米，土样直径不宜小于120mm；在钻孔中取样，应严格按规范要求执行，避免扰动。取土勘探点中，应有足够数量的探井，其数量应为勘探点总数的1/3～/2，并不宜少于3个。探井的深度宜穿透湿陷性黄土层。4．勘探点使用完毕后，应立即用原土分层回填夯实，并不宜小于该场地天然黄土的密度。5．场址选择或可行性勘察阶段应对拟建场地的稳定性和适宜性做出初步评价。进行的工作有收集资料、现场调查，当已有资料不能满足设计要求时，应进行必要的工程地质测绘、勘探和试验等工作。6．初步勘察阶段应查明场地湿陷类型，为确定建筑物总平面图的合理布置提供依据，对地基基础方案、不良地质现象和地质环境的防治提供参数和建议。进行的工作有：初步查明场地各土层物理力学性质、场地湿陷类型、地基湿陷等级、不良地质现象及其影响，并对场地稳定性做出初步评价。勘探工作要求：（1）初步勘探线的布置应按地貌单元的纵、横线方向布置，勘探点的间距宜按表9-1确定。初步勘探点的间距表9-1场地类别勘探点间距（m）场地类别勘探点间距（m）简单场地120～200复杂场地50～80中等复杂场地80～120（2）取土和原位测试点的数量，应按地貌单元和控制性地段布置，其数量不得少于全部勘探点的1/2。（3）勘探点深度应根据湿陷性黄土层的厚度和地基压缩层深度的预估值确定，控制性勘探点应有一定数量的取土勘探点穿过湿陷性黄土层。（4）新建地区的重要建筑，应按规定进行现场试坑浸水试验，并按自重湿陷系数的实测值判定场地湿陷类型。7．详细勘察阶段应按建筑物或建筑群提供详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数；对地基、桩基或深基坑做出分析评价；并对地基处理、不良地质现象、地质环境和施工监测提出建议。进行的工作有：详细查明地基土层及其物理力学性质指标，确定场地湿陷类型、地基湿陷等级的平面分布和承载力。勘探工作要求：（1）勘探点的间距应按建筑物类别和工程地质条件的复杂程度等因素确定，宜按表9-2确定。详细勘察勘探点的间距（m）表9-2建筑类别场地类别甲乙丙丁简单场地30～4040～5050～8080～100中等复杂场地20～3030～4040～5050～80复杂场地10～2020～3030～4040～50（2）在单独的甲、乙类建筑场地，勘探点不应少于4个。（3）采取不扰动土样和原位测试的勘探点不得少于全部勘探点的2/3，其中采取不扰动土样的勘探点不宜少于1/2。（4）勘探点的深度应大于地基压缩层的深度，并符合表9-3的规定或穿透湿陷性黄土层。勘探点的深度（m）表9-3湿陷类型非自重湿陷性黄土场地自重湿陷性黄土场地陇西、陇东-陕北-晋西地区其他地区勘探点深度（自基础底面算起）＞10＞15＞10（三）湿陷性黄土地基湿陷性的评价黄土地基的湿陷性评价内容：首先判定黄土是湿陷性还是非湿陷性的；如果是湿陷性黄土，再进一步判定湿陷性黄土场地湿陷类型；其次判别湿陷性黄土地基的湿陷等级。1、黄土湿陷性判定黄土湿陷性是按室内浸水压缩试验在一定压力下测定的湿陷系数δs值判定。:上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度，cm；式中hp:保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度cm；:土样的原始高度cm。当δs＜0.015时，为非湿陷性黄土；当δs≥0.015时，为湿陷性黄土。压缩试验测定湿陷系数的压力，应自基础底面算起（初勘时自地面下1.5m算），10m内的土层该压力应用200kPa，10m以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力（当大于300kPa时，仍应用300kPa，对基底压力对新近沉积黄土，基地以下5m内的土层宜用100kPa～150kPa压力）。大于300kPa的建筑物，宜按实际压力测定湿陷系数。（2）场地湿陷类型湿陷性黄土场地湿陷类型，应按照自重湿陷量的实测值Δzs′或计算值Δzs判定。湿陷性黄土场地自重湿陷量计算值Δzs按下式计算：计算自重湿陷量Δzs的累计，应自天然地面算起（当挖、填方的厚度和面积较大时，应自设计地面算起），至其下全部湿陷性黄土层的底面为止，其中自重湿陷系数δzs＜0.015的土层不累计。湿陷性黄土场地的湿陷类型按下列条件判别：当自重湿陷量的实测值Δzs′或计算值Δzs小于或等于7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当自重湿陷量的实测值Δzs′或计算值Δzs大于或等于7cm时，应定为自重湿陷性黄土场地；当自重湿陷量的实测值与计算值出现矛盾时，应按自重湿陷量的实测值判定。3．地基湿陷等级判定湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素按照下表判定。湿陷性黄土地基的湿陷等级表9-4湿陷类型Δzs（mm）Δs（mm）非自重湿陷性场地自重湿陷性场地Δzs≤7070＜Δzs≤350Δzs＞350Δs≤300I（轻微）II（中等）300＜Δs≤700II（中等）*II（中等）或III（严重）III（严重）Δs＞700II（中等）III（严重）IV（很严重）*注：当湿陷量的计算值Δs＞600mm、自重湿陷量的计算值Δzs＞300mm时，可判为III级，其他情况可判为II级湿陷性黄土地基的总湿陷量Δs，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：考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，基底以下0m～5m，取β=1.50；基底下5m～10m，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β值。湿陷量的计算值的计算深度，应自基础底面（如基底标高不确定时，自地面以下1.5m）算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下（或地基压缩层）深度至；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面至。其中湿陷系数δs（10m以下为δzs）小于0.015的土层不累计。2、场地湿陷类型判定（1）自重湿陷性判别自重湿陷性的判别是测定在饱和自重压力土的湿陷系数δzs值，当δzs＜0.015时，为非自重湿陷性黄土；当δzs≥0.015时，为自重湿陷性黄土。自重湿陷系数按下式计算：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cm；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，cm；hz:土样的原始高度cm。饱和自重压力，通常是自地面算起，至该土样顶面为止的上覆土层饱和自重压力。二、其他湿陷性土（一）勘察要点其他湿陷性土是指除湿陷性黄土以外的湿陷性土。此类土的勘察方法和要求原则上与湿陷性黄土的勘察相同。但由于这类土分布在山间盆地中、冲积扇上或山脚下，多属复杂场地。勘察时除应满足一般要求外，尚应注意以下几点：(1)对湿陷性土分布极不均匀的场地应加密勘探点。(2)控制性勘探孔深度应穿透湿陷性土层。(3)应查明湿陷性土的年代、成因、分布和其中的夹层、包含物、胶结物的成分和性质。(4)湿陷性碎石土和砂土，宜采用动力触探试验和标准贯入试验确定其力学特性。(5)不扰动土试样应在探井中采取，且不扰动土试样除测定一般物理力学性质之外，尚应做土的湿陷性和湿化试验。(6)对不能取得不扰动土试样的湿陷性土，应在探井中采用大体积法测定密度和含水量。(7)对于厚度超过2m的湿陷性土，应在不同深度处分别进行浸水载荷试验，并应不受相邻试验的浸水影响。（二）湿陷性土的岩土工程评价1．湿陷性的判别非黄土的湿陷性的勘查评价首先要判定是否具有湿陷性。这类土不能如黄土那样用室内浸水压缩试验指标判别湿陷性，应采用现场浸水载荷试验作为判定湿陷性的基本方法。在200kPa压力下浸水载荷试验的附加湿陷量与承压板宽度之比等于或大于0.023的土应判定为湿陷性土。2．湿陷性土的湿陷程度划分湿陷性土的湿陷程度划分是根据浸水载荷试验测得的附加湿陷量的大小划分的，如表9-5所示。湿陷程度分类表9-5湿陷程度附加湿陷量ΔFs(cm)承压板面积0.50m2承压板面积0.25m2轻微中等强烈1.6＜ΔFs≤3.23.2＜ΔFs≤7.4ΔFs＞7.41.1＜ΔFs≤2.32.3＜ΔFs≤5.3ΔFs＞5.3注：对能用取土器取得不扰动土试样的湿陷性粉砂．其试验方法和评定标准按现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》执行。3．湿陷性土地基的湿陷等级判定湿陷性土地基的湿陷等级是依据湿陷土总湿陷量及湿陷土总厚度综合分析判定的，如表9-6所示。湿陷性土地基的湿陷等级表9-6总湿陷量Δs(cm)湿陷性土总厚度(m)湿陷等级5＜6Δs≤630＞3I≤3Ⅱ30＜6Δs≤60＞3≤3ⅢΔs＞60＞3≤3Ⅳ总湿陷量是指湿陷性土地基受水浸湿饱和至下沉稳定为止的总湿陷量，应按下式计算：式中Δs：总湿陷量cm；ΔFsi：第i层土浸水载荷试验的附加湿陷量cm；hi：第i层土的厚度cm，从基础地面(初勘时自地面下1.5m)算起，ΔFsi／b＜0.023的不计入；β:修正系数cm-1，承压板