区域性特殊土的分类及主要分布

第十章区域性地基第一节区域性特殊土的分类及主要分布第二节软土地基第三节湿陷性黄土地基第四节膨胀土地基第五节红黏土地基第六节地震区的地基基础问题第一节区域性特殊土的分类及主要分布一、区域性特殊土的概念我国地域辽阔，从沿海到内陆，由山区到平原，分布着多种多样的土类。某些区域的土类，由于不同的地理环境、气候条件、地质成因、历史过程、物质成分和次生变化等原因，而具有与一般土明显不同的特殊性质。当其作为建筑物地基时，如果不注意它们的这些特性，很可能引起事故。人们把具有特殊工程性质的土类称为特殊土。各种天然形成的特殊土的地理分布，存在着一定的规律性，表现出一定的区域性，所以有区域性特殊土之称。我国区域性特殊土主要有湿陷性黄土(分布于西北、华北、东北等地区)，沿海和内陆地区的软土以及分散各地的膨胀土、红钻土和高纬度及高海拔地区的多年冻土等。二、区域性特殊土的分类及主要分布下一页返回第一节区域性特殊土的分类及主要分布我国山区(包括丘陵地带)面积广阔，广泛分布在我国西南地区的山区地基同平原地基相比，其工程地质条件更为复杂。山区有多种不良地质现象，如滑坡、崩塌、岩溶和土洞等，对建筑物具有直接或潜在威胁。在一些山区建设中，由于对不良地质现象认识不足，工程建成后，有的被迫搬迁，有的耗费大量整治费用，甚至有的工程遭受破坏。我国区域性特殊土的分类及主要分布见表10-1上一页返回第二节软土地基一、软土的物理性质(一)天然含水量高、孔隙比大(1)软土天然含水量一般都大于30%。山区软土的含水量变化幅度很大，有时可达70%，甚至高达200%。(2)软土的饱和度一般大于90%。液限一般在35%~60%之间，随土的矿物成分、胶体矿物的活性因素而定。液性指数大多大于1.0。(3)软土的重度较小，约在15~19kN/m3之间。孔隙比都大于1，山区软土的孔隙比有的甚至可达6.0。(二)透水性低软土的透水性很低。垂直方向的渗透系数要小一些，其值约在10-9~10-7cm/s之间，水平向渗透系数为10-5~10-4cm/s。(三)压缩性高下一页返回第二节软土地基软土孔隙比大，具有高压缩性的特点。又因为软土中存在大量微生物，由于厌气菌活动，在土内蓄积了可燃气体(沼气)，致使土的压缩性增高，并使土层在自重和外荷作用下，长期得不到固结。软土的压缩系数a1-2一般在0.5~2.0MPa-1之间，最大可达4.5MPa-1。如其他条件相同，则软土的液限愈大，压缩性也愈大。(四)抗剪强度低软土的抗剪强度很低，与排水固结程度密切相关，在不排水剪切时，软土的内摩擦角接近于零，抗剪强度主要由内聚力决定，而内聚力值一般小于20kPa。经排水固结后，软土的抗剪强度便能提高，但由于其透水性差，当应力改变时，孔隙水渗出过程相当缓慢，因此抗剪强度的增长也很缓慢。(五)具有触变性软土具有絮凝结构，是结构性沉积物，具有触变性。当其结构未被破坏时，具有一定的结构强度，但一经扰动，土的结构强度便被破坏。上一页下一页返回第二节软土地基软土中含亲水性矿物(如蒙脱石)较多时，结构性强，其触变性较显著。常用灵敏度S，来表示钻土的触发性。软土的灵敏度一般在3~4之间，个别情况达8~9。(六)具有流变性软土具有流变性，其中包括蠕变特性、流动特性、应力松弛特性和长期强度特性。蠕变特性是指在荷载不变的情况下变形随时间发展的特性;流动特性是土的变形速率随应力变化的特性;应力松弛特性是在恒定的变形条件下应力随时间减小的特性;长期强度特性是指土体在长期荷载作用下土的强度随时间变化的特性。考虑到软土的流变特性，用一般剪切试验方法求得的软土的抗剪强度值，不宜全部用足。二、软土地基设计采取的措施(1)当表层有密实土层(软土硬壳层)时，应充分利用作为天然地基的持力层，“轻基浅埋”是我国软土地区总结出来的好经验。上一页下一页返回第二节软土地基(2)减少建筑物作用于地基的压力，如采用轻型结构、轻质墙体、空心构件、设置地下室或半地下室等。具体措施有下列几种:1)对3~6层民用建筑采用薄筏基础，筏厚为20~30cm。上部结构采用轻型结构，每层平均荷载为10kN/m2，则基底压力大约为40~70kN/m2。利用软土上部的“硬壳”层作为基础的持力层，可以减少施工期间对软土的扰动。2)采用箱形基础。利用箱形基础排出的土重，减小地基的附加压力，同时还可利用箱形基础本身的刚度减小地基的不均匀变形。3)当建筑物对变形要求较高时，采用较小的地基承载力。铺设砂垫层一方面可以减小作用在软土上的附加压力，减少建筑物沉降;另一方面有利于软土中水分的排除，缩短土层固结时间，使建筑物的沉降较快地达到稳定。(4)采用砂井、砂井预压、电渗法等促使土层排水固结，以提高地基承载力。上一页下一页返回第二节软土地基当钻土中夹有薄砂层或砂土互层时，更有利于采用砂井预压加固的办法来减小土的压缩性，提高地基承载力。(5)当软土地基加载过大过快时，容易发生地基土塑流挤出的现象。防止软土塑流挤出的措施有:1)控制施工速度和加载速度不要太快。可通过现场加载试验进行观测，根据沉降情况控制加载速率，掌握加载间隔时间，使地基逐渐固结，强度逐渐提高，这样可使地基土不发生塑流挤出。2)在建筑物的四周打板桩围墙，能防止地基软土挤出。板桩应有足够的刚度和锁口抗拉力，以抵抗向外的水平压力，但此法用料较多，应用不广。3)用反压法防止地基土塑流挤出。这是因为软土是否会发生塑流挤出，主要取决于作用在基底平面处土体上的压力差。压差小，发生塑流挤出的可能性也小。如在基础两侧堆土反压，即可减小压差，增加地基稳定性。上一页下一页返回第二节软土地基(6)遇有局部软土和暗埋的塘、洪、沟、谷、洞等情况，应查清其范围，根据具体情况，采取基础局部深埋、换土垫层、短桩、基础梁跨越等办法处理。三、软土地基的承载力计算由于软土大多是饱和的，含水量基本上反映土的孔隙比的大小，一般当孔隙比为1时，相应的含水量为36%;孔隙比为1.5时，相应的含水量为55%。因此，可根据土的天然含水量二由《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)或各地经验计算出承载力值。(1)《建筑地基基础设计规范》法。1)利用《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)推荐的理论公式计算软土地基的承载力，见式(10-10)。2)极限荷载公式:饱和软钻土的极限承载力pu，可按下列公式计算:上一页下一页返回第二节软土地基条形基础：(10-1)方形基础：(10-2)矩形基础：(10-3)(10-4)式中c--土的钻聚力，一般由不排水剪切试验求得((kPa);--基底以上土的重度((kN/m3);d--基础埋深(m);b--基础短边(m);a--基础长边(m)。利用极限荷载公式确定软土地基的承载力时，可将计算所得极限荷载pu，除以安全系数3以后采用。3)临塑荷载公式:软土地基承载力除按强度公式计算外，尚应考虑变形因素。可按临塑荷载公式计算:dcpu14.5dcpu71.5dcabpabu)66.014.5(,53.0时当dcabpabu)47.014.5(,53.0时当上一页下一页返回第二节软土地基(10-5)式中符号意义同前。实验证明，按公式计算的临塑荷载与荷载试验所确定的比例界限值十分接近。同时，如果作用在软土上的压力小于或等于比例界限值，软土的变形将不会很大。当利用理论公式计算地基的承载力时，必须进行地基变形验算，以满足地基变形的要求。(2)原位测试法。儿种常用的原位测试方法有:载荷试验，十字板剪切试验，静力触探试验，标准贯人试验，旁压试验。现场原位测试可减小对软土原状结构的扰动，取得比较准确的试验数据。(3)经验法。根据对本地区土层分布和性质的厂解，参照已有建筑物的经验，辅以简单的勘察就可确定地基的承载力。四、软土地基变形计算dcp上一页下一页返回第二节软土地基软土地基可用分层总和法求出软土的地基变形量。(1)求压缩指数:(10-6)式中Ce--压缩指数，无量纲，Ce越大，压缩性就越大;e1--土样在有效压力作用下的孔隙比;e2--土样在有效压力增至时的孔隙比。(2)求孔隙率:(10-7)(3)求软土地基变形量△S:(10-8)12211221lglglgeeeeCe1212lgCee121121lg11eCehSheeeS12上一页返回第三节湿陷性黄土地基湿陷性土是指那些非饱和的结构不稳定土，在一定压力作用下受水浸湿时，其结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉。凡在上覆土的自重应力下受水浸湿发生湿陷的，叫自重湿陷性土。凡在上覆土的自重应力下受水浸不发生湿陷的，叫非自重湿陷性土，它们必须在土自重应力和由外部荷载所引起的附加应力的共同作用下受水浸湿才会发生湿陷。在地球上，大多数地区儿乎都存在湿陷性土，主要有风积的砂和黄土(含次生的黄土状土)、疏松的填土和冲积土以及由黄岗岩和其他酸性岩浆岩风化而成的残积土，此外，还有来源于火山灰沉积物、石膏质土、由可溶盐胶结的松砂、分散性钻土、钠蒙脱石钻土以及某些盐渍土等，其中又以湿陷性黄土为主。世界各大洲的湿陷性黄土主要分布在中纬度干旱和半干旱地区的大陆内部、温带荒漠和半荒漠地区的外缘，以及分布于第四纪冰川地区的外缘，在俄罗斯、中国和美国的分布面积较大。一、湿陷性黄土地基的湿陷等级见表10-2所示。下一页返回第三节湿陷性黄土地基二、湿陷性黄土地基承载力计算(1)地基承载力基本特征值f0。1)对晚更新世Q3、全新世Q41湿陷性黄土、新近堆积黄土地基上的各类建筑饱和黄土地基上的乙、丙类建筑，可根据土的物理力学性质指标的平均值或建议值，查表10-3、表10-4、表10-5、表10-6确定。2)对饱和黄土地基上的甲类建筑和乙类建筑中10层以上的高层建筑，宜采用静载荷试验确定。3)对丁类建筑，可根据邻近建筑的施工经验确定。(2)地基承载力特征值fak。地基承载力特征值fak可用载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定，也可按下式计算:(10-9)0fffak上一页下一页返回第三节湿陷性黄土地基式中--回归修正系数，对湿陷性黄土地基上的各类建筑与饱和黄土地基上的一般建筑，宜取1;对饱和黄土地基上的甲类建筑和乙类中的重要建筑，应按计算确定，其中为变异系数。(3)修正后的承载力特征值fa(10-10)fa--地基承载力经基础宽度和基础埋深修正后的特征值(kPa);fak--地基承载力特征值(kPa);--分别为基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数;--基底以下土的重度，地下水位以下取有效重度((kN/m3);--基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度(kN/m3);b--基础底面宽度(m)，当基底宽度小于3m时按3m计，大于6m时按6m计;)918.7884.2(12nnffff)5.1()3(0dbffdbakadb、0上一页下一页返回第三节湿陷性黄土地基d--基础埋置深度(m)，当基础埋深小于1.5m时，按1.5m计。三、湿陷性黄土地基变形计算湿陷性黄土地基的沉降量，包括压缩变形和湿陷变形两部分，即(10-11)(10-12)式中s--黄土地基总沉降量(mm);sh--天然含水量黄土未浸水的沉降量(mm);sw--黄土浸水后的湿陷变形量(mm);whsssiniiiwhees111上一页下一页返回第三节湿陷性黄土地基--在相应的附加压力作用下，第i层土样浸水前后孔隙比的变化;e1i--第i层土样浸水前的孔隙比;hi--第i层黄土的厚度(mm)。四、湿陷性黄土地基的处理方法湿陷性黄土地基的处理方法见表10-7。ie上一页返回第四节膨胀土地基一、膨胀土的概念膨胀土一般指钻粒成分主要由强亲水性的蒙脱石和伊利