特殊土與地基處理

第九章特殊土與地基處理

2/4/202319.1濕陷性黃土地基

9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2.3基礎(chǔ)底面接觸壓力2.4地基附加應(yīng)力2.5地基的變形計算2.6飽和土的有效應(yīng)力和一維滲透固結(jié)主要內(nèi)容2/4/202329.1濕陷性黃土地基

黃土應(yīng)具備的特征（1）為風(fēng)力搬運沉積，無層理；（2）顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；（3）顆粒組成以粉粒為主，含量一般在60%以上；（4）沒有粒徑大于0.25mm的顆粒；（5）富含碳酸鈣鹽類；（6）垂直節(jié)理發(fā)育；（7）一般有肉眼可見的大孔隙。當(dāng)缺少其中的一項或幾項特征時稱黃土狀土或次生黃土

滿足前述所有特征時稱為原生黃土或典型黃土一、黃土及其分布2/4/202339.1濕陷性黃土地基

黃土的分布世界我國大約有1300萬Km2

大約有63萬Km2

分布在我國的黃河流域的甘、陜、晉大部分地區(qū)以及豫、冀、魯、寧夏、內(nèi)蒙等省區(qū)。以甘肅的隴西、隴東地區(qū)，陜西的陜北地區(qū)、關(guān)中地區(qū)的黃土性質(zhì)最為典型。2/4/20234黃土的性質(zhì)一般在天然含水狀態(tài)下具有較高的強度和較小的壓縮性，但遇水浸濕后，有的即使在自身重力作用下也會發(fā)生劇烈而大量的變形，強度也隨之迅速降低。濕陷定義黃土在一定壓力下受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生附加下沉的現(xiàn)象浸水后發(fā)生濕陷的黃土稱為濕陷性黃土自重濕陷性黃土非自重濕陷性黃土類型9.1濕陷性黃土地基

2/4/202359.1濕陷性黃土地基

銅川新區(qū)某場地濕陷性黃土的電鏡掃描圖2/4/20236年代黃土名稱成因備注全新世Q4近期—新黃土新近堆積黃土次生黃土以水成為主一般有濕陷性，常具有高壓縮性早期—一般濕陷性黃土一般具有濕陷性晚更新世Q3馬蘭黃土老黃土原生黃土風(fēng)成為主中更新世Q2離石黃土非濕陷性黃土一般無濕陷性早更新世Q1午城黃土黃土地層的劃分和確定

9.1濕陷性黃土地基

2/4/20237因其標(biāo)準(zhǔn)剖面首先在山西隰縣午城鎮(zhèn)找到而得名午城黃土因其標(biāo)準(zhǔn)剖面首先在山西離石縣找到而得名離石黃土因其標(biāo)準(zhǔn)剖面首先在北京的馬蘭山谷階地上找到而得名馬蘭黃土9.1濕陷性黃土地基

2/4/20238顆粒組成

濕陷性黃土的顆粒組成以粉土顆粒為主，一般占總質(zhì)量的60%以上。而粉土中又以0.05～0.01mm的粗粉土顆粒為多，小于0.005mm的粘土顆粒含量較少，大于0.1mm的細(xì)砂顆粒含量在5%以內(nèi)，大于0.25mm的中砂以上的顆粒則很少見到。此外黃土中還含有大量的碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物等可溶鹽類。

礦物成分

粗顆粒的主要礦物成分是石英和長石，粘土顆粒的主要成分是中等親水性的伊里石，以及一些水溶性鹽類物質(zhì)，這些鹽類物質(zhì)呈固態(tài)或半固態(tài)分布在各種顆粒的表面?？扇茺}濃縮沉淀而成為膠結(jié)物，形成以粗粉粒為主體骨架的蜂窩狀大孔隙結(jié)構(gòu)。黃土的結(jié)構(gòu)

二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)9.1濕陷性黃土地基

2/4/20239黃土結(jié)構(gòu)示意圖（1-砂粒；2-粗粉粒；3-結(jié)物；4-大孔隙）

黃土柱狀構(gòu)造的成因黃土因失去大量水分而體積收縮，在土體中形成許多豎向裂隙，使黃土具有了柱狀構(gòu)造。9.1濕陷性黃土地基

2/4/202310（7）塑性指數(shù)：6.7～17.5，多數(shù)為9～12；（1）土粒相對密度：2.69～2.74，多數(shù)為2.70～2.72；（2）密度：1.33～1.81g／cm3，多數(shù)為1.40～1.60g／cm3；（3）干密度：1.14～1.69g／cm3，多數(shù)為1.25～1.33g／cm3；（4）天然含水量：3.3%～25.3%，塬、梁、峁上的黃土，多數(shù)6.0%～10%，低級階地上的黃土，多數(shù)為11.0%～21%；（5）孔隙比：0.78～1.50，多數(shù)為0.85～1.24；（6）液限：20.0%～35%，多數(shù)為25%～31%；濕陷性黃土的物理性質(zhì)9.1濕陷性黃土地基

2/4/202311壓縮變形

定義黃土在天然含水狀態(tài)下受外力作用所產(chǎn)生的變形，它不包括受力狀態(tài)下黃土受水浸濕后的濕陷變形。

壓縮性質(zhì)指標(biāo)

壓縮系數(shù)、壓縮模量和變形模量

壓縮性

高壓縮性土

a1－2≥0.5MPa-1

中等壓縮性土

0.5MPa-1＞a1－2≥0.1MPa-1

低壓縮性土

a1－2

＜0.1MPa-1

黃土最為主要的力學(xué)性態(tài)

濕陷性還包括壓縮變形和強度性質(zhì)

包括

濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)9.1濕陷性黃土地基

2/4/202312壓縮模量

變形模量和壓縮模量之間的關(guān)系變形模量

w為沉降影響系數(shù)方形壓板取0.88，圓形壓板取0.79；b為承壓板邊長（方形）或直徑（圓形）；p1

為比例極限；s1為p1與對應(yīng)的地基沉降。土的泊松比m=0.25～0.4，隨液性指數(shù)的增大而增大。

抗剪強度指標(biāo)

抗剪強度指標(biāo)主要取決于土的含水量和密實程度。含水量越低，密實度越高，則其抗剪強度就越大。9.1濕陷性黃土地基

2/4/202313濕陷性黃土的滲透性

Kv＝1.6～3.0×10-6Kh＝8.0×10-7～1.0×10-6三、黃土的濕陷原因和影響因素

內(nèi)因蜂窩狀大孔隙結(jié)構(gòu)，黃土組成物質(zhì)中的水溶性鹽類膠結(jié)物質(zhì)

地基土浸水受濕（自重濕陷性黃土），或是由于浸水受濕和壓力的共同作用（非自重濕陷性黃土）。豎向滲透系數(shù)水平滲透系數(shù)外因9.1濕陷性黃土地基

2/4/202314濕陷現(xiàn)象的內(nèi)在過程

當(dāng)黃土受水浸濕或在一定外部壓力作用下受水浸濕時，結(jié)合水膜增厚并楔入顆粒之間，于是結(jié)合水聯(lián)系減弱，鹽類溶于水中，各種膠結(jié)物軟化，結(jié)構(gòu)強度降低或失效，使黃土的骨架強度降低，土體在上覆土層的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同作用下，其結(jié)構(gòu)迅速破壞，大孔隙塌陷，導(dǎo)致黃土地基產(chǎn)生附加的濕陷變形。

影響黃土濕陷性的主要因素

黃土的物質(zhì)組成情況黃土的物理性質(zhì)作用壓力黃土的微觀結(jié)構(gòu)9.1濕陷性黃土地基

2/4/202315濕陷系數(shù)

定義單位厚度的黃土土樣在給定的工程壓力作用下，受水浸濕后所產(chǎn)生的濕陷量，其值由室內(nèi)壓縮試驗測定。衡量黃土是否具有濕陷性及濕陷性大小的指標(biāo)是濕陷系數(shù)δs

黃土的濕陷量與所受的壓力大小有關(guān)

ds=

ds≥0.015時，應(yīng)定其為濕陷性黃土ds＜0.015時，應(yīng)定其為非濕陷性黃土

四、濕陷性黃土地基的評價1.濕陷系數(shù)和自重濕陷系數(shù)濕陷系數(shù)ds：9.1濕陷性黃土地基

2/4/202316非自重濕陷性黃土

自重濕陷性黃土定義定義作用壓力超過自重應(yīng)力才發(fā)生濕陷的黃土。δzs≥0.015時，為自重濕陷性黃土。δzs＜0.015時，為非自重非濕陷性黃土。僅在自重應(yīng)力（上覆土的飽和自重壓力）作用下就發(fā)生濕陷的黃土被稱為自重濕陷性黃土。自重濕陷系數(shù)：9.1濕陷性黃土地基

2/4/202317濕陷起始壓力定義只有當(dāng)壓力超過某個界限值時，黃土才開始產(chǎn)生濕陷變形（ds≥0.015），這個界限壓力值被稱為濕陷起始壓力Psh

確定方法室內(nèi)壓縮試驗或野外載荷試驗

雙線法單線法2.濕陷起始壓力雙線法黃土的濕陷起始壓力隨著土的密度、濕度、膠結(jié)物含量以及土的埋藏深度等的增加而增加

9.1濕陷性黃土地基

2/4/202318自重濕陷量計算Δzs≤7cm時，為非自重濕陷性黃土場地Δzs＞7cm時，為自重濕陷性黃土場地δzsi為第i層土在上覆土的飽和（Sr>0.85）自重應(yīng)力作用下的濕陷系數(shù)；hi為第i層土的厚度，cm；b0為因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)。

Ds=bdsihi

δsi和hi分別為第i層土的濕陷系數(shù)和厚度（cm）；b為考慮黃土地基側(cè)向擠出和浸水幾率等因素的修正系數(shù)濕陷類型劃分

依據(jù)3.建筑場地的濕陷類型和地基的濕陷等級總濕陷量：9.1濕陷性黃土地基

2/4/202319Ⅳ（很嚴(yán)重Ⅲ（嚴(yán)重）—Δs＞60Ⅲ（嚴(yán)重）Ⅱ或ⅢⅡ（中等）30＜Δs≤60—Ⅱ（中等)Ⅰ（輕微）Δs≤30Δzs＞357＜Δzs≤35Δzs≤7自重濕陷性場地非自重濕陷性場地

濕陷類型

計算自重總濕陷量

濕陷量濕陷性黃土地基的濕陷等級9.1濕陷性黃土地基

2/4/202320當(dāng)濕陷性黃土地基的壓縮變形、濕陷變形或強度指標(biāo)無法滿足建筑物的設(shè)計要求時為防止地基浸水濕陷危害建筑物安全或正常使用減小地基的沉降量、提高地基的承載力應(yīng)考慮對軟弱地層的處理以部分或全部消除建筑物地基的濕陷性并達(dá)到減小地基沉降和提高地基承載力的目的

五、濕陷性黃土地基的工程措施9.1濕陷性黃土地基

2/4/202321地基處理的方法應(yīng)根據(jù)建筑物的類別濕陷性黃土的特性施工技術(shù)條件當(dāng)?shù)夭牧鲜┕すて跉夂驐l件

確定具體方法有強夯化學(xué)加固預(yù)浸水深層重錘夯實土或灰土擠密樁強力深層強夯重錘表面夯實壓實墊層換土墊層1.地基處理9.1濕陷性黃土地基

2/4/202322墊層法的墊層厚度B為需處理土層的底度；b為基礎(chǔ)的寬度；z為地基處理厚度；c為考慮施工機具影響而增設(shè)的附加寬度，q

為地基壓力擴散線與垂直線的夾角

濕陷性黃土產(chǎn)生濕陷的必備條件地基土浸水

因此做好建筑物防排水工作并考慮其在試用期間的防水措施無疑也可減少或避免地基的浸水濕陷事故

2.防水措施9.1濕陷性黃土地基

2/4/202323措施預(yù)留適應(yīng)沉降的凈空設(shè)置圈梁等以增強建筑物的整體剛度采用有利于抗衡不均勻沉降的基礎(chǔ)型式（如片筏基礎(chǔ)、交叉梁基礎(chǔ)等）選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系3.結(jié)構(gòu)措施9.1濕陷性黃土地基

2/4/2023249.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基膨脹土

定義粘粒成分主要由親水性礦物蒙脫石和伊里石組成、具有強烈的吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土。

膨脹土地區(qū)的地面變形特征

膨脹土地區(qū)易產(chǎn)生邊坡開裂、崩塌和滑動；土方開挖工程中遇雨易發(fā)生坑底隆起和坑壁側(cè)脹開裂；地下洞室周圍易產(chǎn)生高地壓和洞室周邊土體大變形現(xiàn)象；地裂縫發(fā)育，對道路、渠道等易造成危害。

膨脹土地區(qū)的建筑物變形

淺埋基礎(chǔ)的建筑物變形特征直接反映了地基的變形。

平坦場地上建筑物的變形特征，主要反映地基土含水量改變的方向、大小和均勻性及其發(fā)生的時間和延續(xù)期。一、膨脹土地基2/4/202325影響因素膨脹土的礦物成分離子交換量微觀結(jié)構(gòu)粘粒含量干密度初始含水量膨脹土的特征地形地貌特征地面變形特征建筑物變形植被問題9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202326膨脹土的判別方法通過測定粘性土蒙脫石含量的對其歸屬加以確定的方法指標(biāo)判定法綜合判定法指標(biāo)判定法自由膨脹率

為自由膨脹率，為試樣在水中膨脹后的體積(m1)；試樣原體積，試驗時一般取10ml。9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202327膨脹率

deq為某荷載下的膨脹率；hw為試樣在該荷載作用下浸水膨脹穩(wěn)定后的高度；hp為試樣在該荷載作用下壓縮變形穩(wěn)定后的高度；h0試樣原始高度。

收縮系數(shù)

其中活性數(shù)

定義式Ip為土的塑性指數(shù)；m為土中小于2mm的微小顆粒百分含量（去掉百分號）9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202328綜合判別法膨脹土的特點膨脹巖

（A）多分布在二級或二級以上階地、山前丘陵和盆地邊緣，地形平緩，無明顯自然陡坎；（B）常見淺層滑坡、地裂，新開挖的路塹、邊坡、基槽易發(fā)生坍塌；（C）裂縫發(fā)育，方向不規(guī)則，常有光滑面和擦痕，裂縫中常充填灰白、灰綠色粘土，干時堅硬，遇水軟化，自然條件下呈堅硬或硬塑狀態(tài)；（D）自由膨脹率一般大于40％；（E）未經(jīng)處理的建筑物成群破壞，低層較多層嚴(yán)重，剛性結(jié)構(gòu)較柔性結(jié)構(gòu)嚴(yán)重，建筑物開裂多發(fā)生在旱季，裂縫寬度隨季節(jié)變化。（A）多見于粘土巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖。伊利石含量大于20％；（B）具有膨脹土中的第(B)項至第(E)項的特征。9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202329膨脹地基土的等級劃分膨脹土地基變形量當(dāng)離地表1.0m出地基土的天然含水量等于或接近于最小值時，或地面有覆蓋切無蒸發(fā)可能時，以及建筑物在試用期間經(jīng)常有水浸濕的地基，可按膨脹變形量計算。

當(dāng)離地表1.0m出地基土的天然含水量大于1.2倍塑限含水量時，或直接受高溫作用的地基，可按收縮變形量計算。

其他情況下可按脹縮變形量計算。膨脹變形量

ye為計算膨脹變形量的經(jīng)驗系數(shù)，depi為基礎(chǔ)底面下第i層土在該層土的平均自重壓力與平均附加壓力之和作用下的膨脹率，hi為第i層土的計算厚度(mm)；n為自基礎(chǔ)底面至計算深度內(nèi)所劃分的土層數(shù)。9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202330收縮變形量

ys為計算收縮變形量的經(jīng)驗系數(shù)lsi為基礎(chǔ)底面下第i層土的收縮系數(shù)；D

wi

為地基土收縮過程中第i層土可能發(fā)生的含水量變化的平均值；hi為第i層土的計算厚度(mm)；n為自基礎(chǔ)底面至計算深度內(nèi)所劃分的土層數(shù)

脹縮變形量

y為計算脹縮變形量的經(jīng)驗系數(shù)9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202331（1）初步查明膨脹土的地質(zhì)時代、成因和脹縮性能；（2）劃分地貌單元，了解地形形態(tài)；（3）查明場地內(nèi)有無淺層滑坡、地裂。沖溝和隱伏巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象；（4）調(diào)查地表水排泄積聚情況，地下水類型，多年水位和變化幅度；（5）收集當(dāng)?shù)囟嗄隁庀筚Y料(包括降水量，蒸發(fā)力、干旱持續(xù)時間、氣溫和地溫等)，了解其變化特點；（6）調(diào)查當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)經(jīng)驗，分析建筑物損壞的原因。

膨脹土地區(qū)的勘察工作、設(shè)計措施和地基處理原則工程地質(zhì)調(diào)查的主要內(nèi)容9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202332膨脹土地區(qū)的設(shè)計措施（1）場地內(nèi)的排洪溝，截水溝和雨水明溝，其溝底均應(yīng)采取防水處理，以防滲漏；（2）排洪溝，截水溝的溝邊土坡，應(yīng)設(shè)支擋，防止坍滑；（2）地下排水管道接口部位應(yīng)采取措施防止?jié)B漏，管道距建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的凈距不得小于3m；（3）建筑場地平整后的坡度，在建筑物周圍2.5m的范圍內(nèi)，不宜小于2％；（4）場地內(nèi)的綠化，應(yīng)根據(jù)氣候條件，膨脹土等級，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗進(jìn)行膨脹土地區(qū)的地基處理換土可采用非膨脹性材料或灰土、水泥土等，換土厚度可通過變形計算確定

在膨脹土中添加非膨脹材料或使膨脹土失去膨脹性的材料。在膨脹土中拌合一定量的石灰(石灰：膨脹土常為1：9或2：8)可消除填料的膨脹性。在膨脹土地基中設(shè)置石灰砂樁或石灰粉煤灰樁，也可達(dá)到消除地基土膨脹性的目的

9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202333多年凍土剖面示意圖

多年凍土定義多年凍土是位于高寒地區(qū)的部分處于常年負(fù)溫狀態(tài)、結(jié)冰水常年不融化的土層，這是由于高寒地區(qū)地表土層的年散熱量大于其吸熱量，自地表向下一定深度范圍內(nèi)存在著負(fù)溫積累

季節(jié)性凍土層過渡層多年凍土層二、凍土地基9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202334與多年凍土有關(guān)的其他概念切向凍脹力法向凍脹力水平凍脹力凍結(jié)強度凍土抗剪強度整體狀構(gòu)造層狀構(gòu)造網(wǎng)狀構(gòu)造冰夾層包裹冰凍土地溫特征值地溫年振幅年平均地溫相對含冰量凍結(jié)界(鋒)面鹽漬化凍土凍結(jié)泥炭化土未凍水含量起始凍結(jié)溫度季節(jié)凍結(jié)層季節(jié)融化層9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202335與厚層地下冰有關(guān)與地下水及地表水有關(guān)多年凍土在平面上的分布特征

根據(jù)融區(qū)的存在與否可分為整體多年凍土和非整體多年凍土。整體多年凍土的定義非整體多年凍土的定義多年凍土地區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象厚層地下冰熱融滑坍熱融沉陷冰椎冰丘多年凍土沼澤凍土區(qū)濕地9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/202336凍土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)包括

凍土的含水量凍土的含冰量土的導(dǎo)熱系數(shù)土的熱容量導(dǎo)溫系數(shù)凍土的分類根據(jù)持續(xù)時間根據(jù)所含鹽類根據(jù)變形特性根據(jù)凍土的融沉性與土的凍脹性注意凍土地基的勘察要點凍土地區(qū)的巖土工程設(shè)計原則與處理方法一般規(guī)定保持凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計逐漸融化狀態(tài)的設(shè)計預(yù)先融化狀態(tài)的設(shè)計9.2膨脹土、鹽漬土和凍土地基2/4/2023379.3軟土及其工程特性

軟土的概念軟土的工程特性

當(dāng)其天然孔隙比大于1.5時，稱為淤泥當(dāng)其天然孔隙比小于1.5但大于1.0稱淤泥質(zhì)土軟土主要是指這些淤泥和淤泥質(zhì)土屬于中液限與高液限無機粘土含水量w＝34％～49％滲透性小屬高壓縮性土屬于靈敏性土具有明顯的流變特性具有吸附力2/4/2023389.4地基處理的目的

地基處理的目的

改善地基上部土體的工程性質(zhì)，使地基能夠達(dá)到和滿足建筑物對地基強度、穩(wěn)定性和變形的要求

軟弱土指淤泥、淤泥質(zhì)土、部分沖填土、雜填土或其它高壓縮性土

幾個概念

土的壓實原理

最優(yōu)含水量最大干密度壓實系數(shù)復(fù)合地基

置換率

樁間土承載力折減系數(shù)確定地基處理方法步驟實施地基處理步驟2/4/2023399.5換填墊層法

換填墊層法適用于淺層軟弱地基和不均勻地基的處理矩形基礎(chǔ)附加壓力值

條形基礎(chǔ)

附加壓力值

墊層厚度應(yīng)滿足的要求

墊層的寬度應(yīng)滿足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴散的要求

b′≥b+2ztgθ

2/4/202340