基礎工程教學課件-第9章特殊土地基

1、第9章 特殊土地基本章主要內(nèi)容濕陷性黃土地基、膨脹土地基紅粘土地基、巖溶與土洞、山區(qū)地基1、了解特殊土地基的特征2、理解作為建筑地基時的特殊工程性質(zhì)和等級的劃分3、掌握設計施工的基本原則和方法要求特殊土具有特殊工程性質(zhì)的土類特殊土地基的分布具有區(qū)域性9.1 概述9.2濕陷性黃土地基9.2.1黃土的特征和分布（一）濕陷性黃土的特征1、色黃2、粉土粒含量較大，占60%以上；3、含大量可溶性碳酸鹽類；4、具有肉眼可見的大孔隙，豎直節(jié)理發(fā)育；5、未遇水時強度較高。 黃土高坡黃土高原黃土窯洞（二）黃土的類型非濕陷性黃土：與一般天然地基無異濕陷性黃土非自重濕陷性黃土自重濕陷性黃土黃土的濕陷：黃土受水浸濕后

2、，在壓力（自重或附加壓力）作用下由于結構破壞而顯著下沉的現(xiàn)象。1.根據(jù)是否具有濕陷性可分為：非濕陷性黃土不發(fā)生濕陷的黃土。濕陷性黃土在土的自重應力或自重應力與附加應力綜合作用下受水浸濕而發(fā)生顯著附加沉降的黃土。非自重濕陷性黃土土在自重應力作用下受水浸濕不發(fā)生濕陷。自重濕陷性黃土土在自重應力作用下受水浸濕發(fā)生濕陷。2.根據(jù)是否受到搬運和擾動可分為：原生黃土和次生黃土。3.根據(jù)形成年代可分為：老黃土和新黃土P311表9-19.2.2黃土濕陷的原因1、干旱或半干旱氣候條件、土中水分蒸發(fā)、可溶鹽濃縮沉淀形成膠結物；2、多孔、大孔結構形成；3、受水浸濕時，結合水聯(lián)結消失，膠結物溶于水中，結構破壞，發(fā)生濕

3、陷。黃土結構示意圖1-砂粒；2-粗粉粒；3-膠結物；4-大孔隙9.2.3、濕陷性黃土地基的評價1、濕陷系數(shù)s：在規(guī)定壓力P作用下正常沉降后的高度hp與加水濕陷后的高度hp之差與土樣原始高度h0之比。關于規(guī)定壓力P的取值：(1)宜按黃土實際受到的自重壓力與附加應力之和確定（特別是基底壓力大于300KPa時）。(2)無法確定附加應力時，基底下10m以內(nèi)土層用200KPa。(3)10m以下用上覆土層的飽和自重壓力。結果判定：2、濕陷起始壓力psh黃土即使浸水只發(fā)生土層正常的壓縮變形，而不出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象的界限壓力。在設計非自重濕陷性黃土地基上荷載不大和土墊層時，可適當選擇基底尺寸和埋深、土墊層的厚度，使

4、基底壓力或墊層底面的總壓力不超過基底下土的濕陷起始壓力，以避免濕陷。2.濕陷類型和濕陷等級（1）建筑場地濕陷類型的劃分根據(jù)計算自重濕陷量區(qū)分自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土，前者對工程危害大。結果判定：第i層土在上覆土飽和自重壓力作用下的濕陷系數(shù)?？倽裣萘?第i層土的濕陷系數(shù)。注意：非濕陷性土層不參與累積?？倽裣萘坑嬎阕灾貪裣萘繘Q定濕陷等級(2)濕陷等級的確定小結：濕陷性黃土地基評價幾個指標 符號 用途 界限濕陷系數(shù)判斷是否濕陷0.015非濕陷0.015濕陷自重濕陷量劃分非自重與自重濕陷場地70mm非自重70mm自重總濕陷量判別黃土濕陷等級9.2.4濕陷性黃土地基的工程措施1、地基處理 地基處

5、理的目的：破壞濕陷性黃土的大孔結構，以便全部或部分消除地基的濕陷性，從根本上避免或消弱濕陷現(xiàn)象的發(fā)生。 處理方法：墊層、重錘夯實、預浸水法、化學加固、土樁擠密等。2、防水措施、結構措施9.3 膨脹土地基 膨脹土指粘粒成分主要由親水性粘土礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮性能的粘性土或泥質(zhì)巖石。主要特征1、強親水性：0.002mm膠粒超過20%2、強裂隙性：豎向，斜交，水平裂隙引起滑坡3、強脹縮性：旱季地表地裂，雨季裂隙閉合一、基本概念膨脹土呈棕黃、黃紅、灰白、花斑（雜色）等各種顏色，有的富含鐵錳質(zhì)及鈣質(zhì)結核。有的因裂隙很發(fā)育，而被稱為裂土。膨脹土的液限和塑性指數(shù)較大，壓縮性偏低，常處于

6、硬塑或堅硬狀態(tài)，所以很容易被誤認為是好的地基土，但實際上該類土對工程建設具有嚴重的潛在破壞性，且治理難度大。因此，有人稱其為“隱藏的災難”。膨脹土基本概念膨脹土的分布很廣，遍及亞洲、非洲、歐洲、大洋洲、北美洲及南美洲的40多個國家和地區(qū)。全世界每年因膨脹土濕脹干縮災害造成的經(jīng)濟損失達50億美元以上。中國是世界上膨脹土分布最廣、面積最大的國家之一，全國有21個?。▍^(qū)）發(fā)育有膨脹土。經(jīng)初步調(diào)查膨脹土在全國分布概況（小黑點為取樣位置） 二、膨脹土對建筑物的危害1、建筑物開裂呈地區(qū)性成群出現(xiàn)；（1）山墻上出現(xiàn)八字形裂縫。（2）外縱墻下水平裂縫，墻體側傾，基礎轉動。（3）墻體交叉型裂縫。脹縮反復作用引起

7、。（4）室內(nèi)外地裂，地裂處墻體上產(chǎn)生相應的裂縫。2、邊坡易產(chǎn)生淺層滑坡。 在我國，據(jù)不完全統(tǒng)計，在膨脹土地區(qū)修建的各類工業(yè)與民用建筑物，因地基土脹縮變形而導致?lián)p壞或破壞的有1000萬m2，其中廣西就占110。膨脹土地基上的房屋因地基脹縮變形而開裂膨脹土邊坡滑塌膨脹土地基的破壞作用膨脹土災害可使房屋等建筑物的地基發(fā)生變形而引起房屋沉陷開裂。對于輕型建筑物的破壞尤其嚴重，特別是三層以下民房建筑，變形破壞嚴重而且分布廣泛，有時即使加固基礎或打樁穿過膨脹土層，膨脹土的變形仍可導致樁基變形或錯斷。高大建筑物因基礎荷載大，一般不易遭受變形破壞。另外，膨脹土對鐵路、公路以及水利工程設施的危害也十分嚴重，常導

8、致路基和路面變形、鐵軌移動、路塹滑坡等，影響運輸安全和水利工程的正常運行。三、膨脹土地基的評價1、自由膨脹率 （1）用于判斷是否為膨脹土為膨脹土（2）膨脹性能強弱（膨脹潛勢）的分類P322膨脹土地基的破壞作用主要源于明顯而反復的脹縮變化。因此，膨脹土的性質(zhì)和發(fā)育情況是決定膨脹土危害程度的基礎條件。膨脹土厚度越大，埋藏越淺，危害越嚴重。2、膨脹率 用于計算地基的脹縮變形量。2、膨脹力pe表示原狀土樣在體積不變條件下，由于浸水產(chǎn)生的最大壓力。(在浸水條件下維持體積不變所需要的力)膨脹力基底壓力地基承載力四、膨脹土地基的工程措施1、建筑規(guī)劃措施 （1）正確選擇建筑場地，避免大挖大填；（2）作好排水系

9、統(tǒng)；用蒸發(fā)量小的樹木綠化；（3）建筑體型簡單。2、結構措施結構措施的目的是為提高建筑物適應地基變形的能力。（1）設圈梁（2）提高砌體強度，基礎梁與地面脫空等。3、地基處理措施（1）充分利用地基承載力，縮小基底面積、合理選擇基底型式，以便增大基底壓力，減少地基膨脹變形。（2）換土墊層（3）改變基礎型式4、施工措施 主要解決水的問題。9.4 紅粘土地基 紅粘土是碳酸鹽巖系在炎熱濕潤氣候條件下紅土化作用形成的高塑性粘土。一、紅粘土的工程特征1、較高的粘粒含量使具有高分散性和較大孔隙比；2、一般處于硬塑和堅硬狀態(tài)；3、較高的強度和較低的壓縮性；二、紅粘土地基的評價1、天然狀態(tài)下紅粘土膨脹量小，但有強失

10、水收縮性；2、紅粘土中常有溶洞或土洞，裂隙發(fā)育，地基穩(wěn)定性差。3、地基承載力較高；4、土層不均勻紅粘土地區(qū)的巖溶和土洞石芽三、紅粘土的工程措施1、充分利用紅粘土上部堅硬或硬塑狀態(tài)的土層作持力層；2、對石芽密布的地基可將基礎直接置于其上；對石芽出露的地基，可作褥墊；3、對基礎下紅粘土厚度變化較大的地基，可進行換填，以調(diào)整基礎沉降差。9.5 巖溶與土洞 巖溶可溶性巖石受水的化學和機械作用而形成的溶洞。土洞巖溶地區(qū)上覆土層在地表水或地下水作用下形成的洞穴。溶洞黃龍巖溶重慶武隆巖溶巖溶地貌巖溶塌陷巖溶地面塌陷巖溶剖面巖溶土洞土洞巖溶發(fā)育的基本條件1、具有可溶性巖層；2、巖體透水，有地表水下滲和地下水流

11、 動的途徑；3、有足夠溶解能力和足夠流量的水。 導水 水流不斷裂隙、孔隙 溶蝕發(fā)生 溶蝕發(fā)展 透水 循環(huán)交替巖溶地基評價和處理措施1、在調(diào)查的基礎上進行地基穩(wěn)定性評價2、處理措施（1）小洞和淺洞可用梁板跨越或填充；（2）大洞采用支撐；（3）裂隙采用灌注；（4）疏導地下水。土洞地基1、處理地下水；2、挖填、灌砂處理；3、墊層處理；4、梁板跨越；5、采用樁基或沉井。補充 山區(qū)地基 (1)地形崎嶇，大量的挖填方易造成地基軟硬不均、或邊坡失穩(wěn)； (2)基巖起伏多變，土類分布不均勻，形成山區(qū)特有的土巖組合地基； (3)存在多種不良地質(zhì)現(xiàn)象，給建筑物造成直接或潛在的威脅；(4)位于斜坡地段的地基，有可能失

12、穩(wěn)；(5)地質(zhì)構造對建筑物地基有明顯地影響；(6)水文及水文地質(zhì)條件比較復雜，地面水、地下水對建筑物地基的影響常較突出。山區(qū)地基特點，主要表現(xiàn)在地基的不均勻性和場地的穩(wěn)定性這兩個方面。 一、山區(qū)地基的特點二、巖石地基 1） 巖石地基的特點 強度較高和壓縮性較低 但是作為巖石地基的巖體，相對于巖石的復雜性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)巖體的地質(zhì)不連續(xù)性 包括巖性不連續(xù)和結構不連續(xù)兩個方面。 巖性不連續(xù)指巖體內(nèi)巖石性質(zhì)沿一些界面發(fā)生突變，這些界面如不整合面、層面、侵入巖接觸帶、火山熔巖與下覆巖層的接觸面等。 結構不連續(xù)指巖體中巖石被各種結構面，如節(jié)理、斷層、劈理等所切斷。 其中后者對巖體的工程性

13、質(zhì)影響最大。 （2）巖體的非均勻性 指巖體物理 力學特性隨所測定點的空間位置不同而有差異的性質(zhì)。 （3）巖體的各向異性 指巖體的性質(zhì)隨著巖體結構的取向而具方向性的特性。 巖石光彈試驗 巖石地基中應力等值線，從圖中可看出，巖體中的結構面對地基的應力分布有較大影響。 （4）巖體中存在天然應力場 巖體中常存在不同于自重應力的地應力，包括古構造運動的殘余應力和現(xiàn)代構造應力。坡頂卸荷裂隙 （1）墻下無大放腳基礎 （2）現(xiàn)澆柱直接插入巖體 （3）在巖石地基上開鑿杯口，承插上 部結構預制柱 （4）錨桿基礎2） 巖石地基上的基礎型式 （1)(2)( 3) (4)(4)三、土巖組合地基 土巖組合地基過去又稱巖土

14、不均勻地基、巖土混合地基，是山區(qū)常見的地基之一。 定義：建筑地基的主要受力層范圍內(nèi)，遇到下列情況之一者，屬于土巖組合地基 ： 下臥基巖坡度較大的地基； 石芽密布并有出露的地基； 大塊孤石或個別石芽出露的地基。1）土巖組合地基特點 特點之一： 地基變形不均勻 與軟土地基相比，一般來說強度方面問題不是很大，關鍵是下臥巖石起伏不平，土層在平面及空間方向均不均勻，導致地基變形的不均勻。 特點之二： 場地的穩(wěn)定性問題 一般土巖組合地基往往伴隨著邊坡存在，特別是暗藏的下伏基巖，經(jīng)常給地基穩(wěn)定性造成威脅?；鶐r面與傾斜情況（a）單向傾斜；（b）相背傾斜；（c）相向傾斜1土層；2巖層（1）下臥基巖表面坡度較大 2）土巖組合地基的類型石芽密布地基1土層；2巖層（2）石芽密布并有出露地基可作褥墊大塊孤石地基1土層；2巖層（3）大塊孤石地基3）土巖組合地基的利用和處理 （1）加強上部結構剛度； （2）采