特殊土地基工程特性及地基處理方法

特殊土地基◆濕陷性黃土地基◆膨脹土地基◆凍土地區(qū)基礎(chǔ)工程

在我國不少地區(qū)，分布著一些與一般土性質(zhì)有顯著不同的特殊土。由于生成時(shí)不同的地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因以及次生變化等原因，使它們具有一些特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。當(dāng)用其作為建筑物的地基時(shí)，如果不注意這些特點(diǎn)就會(huì)造成事故。通常把那些具有特殊工程性質(zhì)的土類稱為特殊土。特殊土種類很多，大部分都具有地區(qū)特點(diǎn)，故又有區(qū)域性特殊土之稱。我國主要的區(qū)域性特殊土包括濕陷性黃土、膨脹土、軟土和凍土等。下面將主要介紹濕陷性黃土、膨脹土和凍土的一些主要特征，對建筑物可能造成的危害以及用作地基時(shí)所應(yīng)采取的工程措施。◆濕陷性黃土地基一、黃土的特征和分布

黃土是一種第四紀(jì)沉積物，具有一系列內(nèi)部物質(zhì)成分和外部特征，不同于同時(shí)期的其它沉積物。黃土具有以下全部特征：

1.顏色以黃色、褐黃色為主，有時(shí)呈灰黃色；

2.顆粒組成以粉粒(0.05-0.005mm)為主，含量一般在60%以上，幾乎沒有粒徑大于0.25mm的顆粒；

3.

孔隙比較大，一般在1.0左右；黃土的分類

黃土按成因分為原生（或典型）黃土和次生黃土。一般認(rèn)為不具層理的風(fēng)成黃土為原生黃土。原生黃土經(jīng)過流水沖刷、搬運(yùn)重新沉積而形成的具有層理含較多砂粒以至細(xì)粒的黃土稱次生黃土。4.富含碳酸鈣鹽類；

5.

垂直節(jié)理發(fā)育；

6.一般有肉眼可見的大孔隙。當(dāng)缺少其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)特征的稱黃土狀土。黃土的分布

黃土分布很廣，面積達(dá)1300萬平方公里，約占陸地總面積的9.3%。世界各大洲黃土覆蓋面積占總面積的比例為：歐洲7%，北美5%，南美10%，亞洲3%，此外，在澳大利亞、北非也有零星分布。我國黃土分布面積635280平方公里，占世界黃土分布總面積的4.9%左右，主要分布在北緯33-47度，以34-45度之間最為發(fā)育，屬于干旱、半干旱氣候類型。

我國濕陷性黃土分布面積約占我國黃土分布總面積的60%左右，為27萬平方公里，大部分在黃土中游地區(qū)，北起長城附近，南達(dá)秦嶺，西自烏鞘嶺，東至太行山，即北緯34-41度，東經(jīng)102-114度之間。

濕陷性黃土一般都覆蓋在下臥的非濕陷性黃土層上，厚度以六盤山以西地區(qū)較大，達(dá)30米，六盤山以東地區(qū)稍薄，如汾渭河谷多為幾米至十幾米，再向東至河南西部則更少，并且有非濕陷性黃土位于濕陷性黃土層之間。二、黃土濕陷發(fā)生的原因和影響因素

對黃土濕陷的原因和機(jī)理的各種不同論點(diǎn)，可以歸納為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因主要是由于土本身的物質(zhì)成分（顆粒組成、礦物成分和化學(xué)成分）和其結(jié)構(gòu)，外因則是水和壓力的作用。1.毛管假說

Terzaghi指出當(dāng)潮濕砂土內(nèi)的不連續(xù)水分積聚在顆粒接觸點(diǎn)時(shí)，相鄰顆?？紫吨兴涂諝饨唤缣幍谋砻鎻埩?，使土粒拉在一起。水浸入土中后，表面張力消失，于是砂土潰散。有的學(xué)者曾用這種觀點(diǎn)來解釋黃土的濕陷，以后遭到反對。J.G.Dudley認(rèn)為毛細(xì)壓力是黃土中形成細(xì)粉粒粘結(jié)和絮凝粘粒粘結(jié)的重要因素。黃土中的毛細(xì)作用是存在的，但將其作為濕陷的主要原因值得商榷。常寶琦曾用風(fēng)干的擾動(dòng)土樣制成試件，雖然破壞了毛細(xì)管通道，消除了彎液面作用，仍然有很大的的濕陷性。2.溶鹽假說

黃土中存在大量的可溶鹽。當(dāng)黃土的含水量較少時(shí)，易溶鹽處于微晶體狀態(tài)，附著在顆粒表面，起著一定的膠結(jié)作用。這種膠結(jié)作用是黃土加固內(nèi)聚力的一部分，受水浸濕后，易溶鹽溶解，這部分強(qiáng)度就喪失了，因而產(chǎn)生濕陷。我國濕陷性黃土中的易溶鹽含量都較少，不是組成加固內(nèi)聚力的主要部分，難溶鹽含量雖高，但其溶解很緩慢，因此，較多的觀點(diǎn)認(rèn)為易溶鹽的溶解不是產(chǎn)生濕陷的主要原因。3.膠體不足說認(rèn)為黃土的濕陷性是含有小于0.05mm顆粒含量小于10%的土所固有的性質(zhì)，這種土缺少膠體部分；如果有顯著數(shù)量的膠體，則膨脹可防止?jié)裣莸陌l(fā)生。朱海之認(rèn)為當(dāng)粘粒含量大于15-20%時(shí)黃土不具有濕陷性，但發(fā)現(xiàn)蘭州西盆地北岸二級階地上的黃土粘粒含量大于30%，卻濕陷性強(qiáng)烈。4.水膜楔入說

低含水量黃土在細(xì)顆粒（主要是粘粒）表面上包裹著的結(jié)合水膜一般很薄，溶解在其中的陰、陽離子的靜電引力較強(qiáng)，將表面帶負(fù)電荷的粘粒連接起來，形成一定的凝聚強(qiáng)度。當(dāng)水進(jìn)入土中時(shí)，結(jié)合水膜變厚，象楔子一樣將牢固連接的顆粒分開，使土粒表面產(chǎn)生膨脹，體積增大，引力減弱，凝聚強(qiáng)度降低，因而產(chǎn)生濕陷。水膜楔入說能較好地解釋黃土在水一進(jìn)入就會(huì)立即發(fā)生濕陷這一現(xiàn)象；但是，還不足以解釋各種復(fù)雜的濕陷現(xiàn)象的（如濕陷性的強(qiáng)弱、自重濕陷與非自重濕陷等）產(chǎn)生。5.欠壓密理論黃土是在干旱或半干旱氣候條件下形成的。風(fēng)成黃土在沉積過程中，表面受大氣降水的影響。在干燥少雨的條件下，大氣降水浸濕帶的厚度常少于蒸發(fā)影響帶的厚度，a-a線以上土層在降水期，土中含水量較高，處于最優(yōu)壓密條件，但由于土層薄，自重壓力小，未能得到有效壓密。隨黃土繼續(xù)堆積，a-a線提高，在新的a-a線與b-b線之間的土層，大氣降水影響不到，但蒸發(fā)過程繼續(xù)進(jìn)行。由于水分減少，鹽類析出，膠體凝結(jié)產(chǎn)生了加固內(nèi)聚力。bbaaabba

雖然上覆土層壓力增大，但不足以克服土中形成的加固內(nèi)聚力，因而成為欠壓密狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，使得堆積的欠壓密土層越來越厚，一旦水浸入較深，加固內(nèi)聚力消失，就產(chǎn)生濕陷。當(dāng)降水量少，干旱期長時(shí)，欠壓密程度大，而且欠壓密土層也較厚；反之，黃土欠壓密程度就弱，形成的欠壓密土層也較薄。欠壓密論易于解釋我國黃土為什么西北部濕陷性強(qiáng)，東南部弱這一規(guī)律。三、黃土濕陷性的判定和地基的評價(jià)（一）黃土濕陷性的判定

黃土濕陷性在國內(nèi)外都采用濕陷系數(shù)s值來判定，s可通過室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)測定。把保持天然含水量和結(jié)構(gòu)的黃土土樣裝入側(cè)限壓縮儀內(nèi)，逐級加壓，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力，土樣壓縮穩(wěn)定后，進(jìn)行浸水，使含水量接近飽和，土樣又迅速下沉，再次達(dá)到穩(wěn)定，得到浸水后土樣高度，由下式求得土的濕陷系數(shù)s：

按照國內(nèi)各地經(jīng)驗(yàn)采用s=0.015作為濕陷性黃土的界限值，s≥0.015定為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。濕陷性土層的厚度也是用此界限值確定的。一般認(rèn)為0.015≤

s≤

0.03為弱濕陷性黃土，0.03<s≤0.07為中等濕陷性黃土，s>0.07為強(qiáng)濕陷性黃土。（二）濕陷性黃土地基濕陷類型的劃分

自重濕陷性黃土浸水后，在其上覆土自重壓力作用下，迅速發(fā)生比較強(qiáng)烈的濕陷，要求采取較非自重濕陷性黃土地基更有效的措施，保證橋涵等建筑物的安全和正常使用?！稘裣菪渣S土地區(qū)建筑規(guī)范》用計(jì)算自重濕陷量zs來劃分這兩種濕陷類型的地基，zs(cm)按下式計(jì)算：

當(dāng)計(jì)算自重濕陷量或?qū)崪y自重濕陷量小于等于70mm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場地；當(dāng)其大于70mm時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷性黃土場地。（三）濕陷性黃土地基濕陷等級的判定

濕陷性黃土地基的濕陷等級，即地基土受水浸濕，發(fā)生濕陷的程度，可以用地基內(nèi)各土層濕陷下沉穩(wěn)定后所發(fā)生濕陷量的總和（總濕陷量）來衡量，總濕陷量越大，對橋涵等建筑物的危害性越大，其設(shè)計(jì)、施工和處理措施要求也應(yīng)越高?！稘裣菪渣S土地區(qū)建筑規(guī)范》對地基總濕陷量s（cm）用下式計(jì)算：

濕陷性黃土地基的濕陷等級，可根據(jù)地基總濕陷量s和計(jì)算自重濕陷量zs綜合，按下表判定。

當(dāng)s小于5cm時(shí)，可按非濕陷性黃土地基進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。也可以采用野外浸水荷載試驗(yàn)確定黃土地基的濕陷系數(shù)、濕陷類型和等級，但工作量較大，較少采用，僅對自重濕陷性黃土地基的鑒別，有較大參考價(jià)值。四、濕陷性黃土地基的處理

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應(yīng)選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個(gè)最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。所采用請方法的覺有：重錘表成層夯實(shí)洪和強(qiáng)夯土墊層土擠密樁樁基礎(chǔ)化學(xué)加固扯法其它加固農(nóng)方法(預(yù)浸水法退、熱加固甘法、水下組爆破法、痛電火花加熔固法）◆膨脹土地聾基膨脹土也基是一種很途重要的地瞇區(qū)性特殊廣土類，按蝴照我國《膨脹土誦地區(qū)建播筑技術(shù)呆規(guī)范》（GBJ1替12--扎87）（以鍬下簡稱《膨脹土規(guī)疾范》）中的定賢義，膨脹土旋應(yīng)是土融中粘?？钩煞种骺骋捎H遙水性礦纏物組成愁，同時(shí)份具有顯略著的吸掛水膨脹喝和失水荒收縮兩欠種變形影特性的食粘性土。眾所籍周知，話一般粘桑性土也饑都有膨獸脹、收傳縮特性亦，但其超量不大領(lǐng)，對工才程沒有季太大的圈實(shí)際意葛義；而屢膨脹土浮的膨脹—收縮—再膨脹的失周期性變勺形特性非是常顯著，鼠并常給工惠程帶來危邁害，因而獎(jiǎng)工程上將揀其從一般懂粘性土中丟區(qū)別出來甲，作為特轉(zhuǎn)殊土對待路。膨脹土在稈我國分布設(shè)范圍很廣，據(jù)現(xiàn)毒有的資錘料，廣器西、云藍(lán)南、湖般北、安夠徽、四嫩川、河騾南、山透東等20多個(gè)省、趴自治區(qū)、狀市均有膨掙脹土。國植外也一樣乓，如美國旱，50個(gè)州中廣有膨脹俘土的占40個(gè)州，加此外在耳印度、南澳大利姑亞、南期美洲、撞非洲和蔥中東廣蔑大地區(qū)嘩，也都塔有不同頓程度的而分布。低目前膨現(xiàn)脹土的螞工程問陵題，已谷成為世鉤界性的悼研究課梳題。一、膨脹等土的判別周和膨脹土鋼地基的脹足縮等級（一）未影響膨務(wù)脹土脹漆縮特性續(xù)的主要駕因素影響膨遠(yuǎn)脹土脹供縮性質(zhì)菊的內(nèi)在炸機(jī)制，宅主要是躺指礦物劇成分及錯(cuò)微觀結(jié)物構(gòu)兩方歌面。實(shí)醫(yī)驗(yàn)證明呢，膨脹青土含大脾量的活治性粘土膚礦物，府如蒙脫石恰和伊利五石，尤其是碑蒙脫石，盾在低含水從量時(shí)對水星有巨大的關(guān)吸力，土護(hù)中蒙脫石閉含量的多摩寡直接決載定著土的貧脹縮性質(zhì)片的大小。櫻除了礦物獲成分因素艙外，這些嬌礦物成分伏在空間上耗的聯(lián)結(jié)狀粘態(tài)也影響烈其脹縮性阿質(zhì)。經(jīng)對用大量不同夫地點(diǎn)的膨燭脹土掃描疑電鏡分析絹得知，面—面連接的旬疊聚體是絕膨脹土的間一種普遍京的結(jié)構(gòu)形史式，這種挪結(jié)構(gòu)比團(tuán)砍粒結(jié)構(gòu)具條有更大的擠吸水膨脹猛和失水吸警縮的能力掀。影響膨妹脹土脹妥縮性質(zhì)鏡的最大外界薪因素是水對膨休脹土的建作用，或者形更確切緞地說，攪水分的牙遷移是濁控制土孟脹、縮繪特性的夢關(guān)鍵外鼠在因素跨。因?yàn)檎轮挥型岭A中存在貝著可能左產(chǎn)生水通分遷移著的梯度學(xué)和進(jìn)行掙水分遷穴移的途眠徑，才登有可能逐引起土罵的膨脹吃或收縮墳。盡管集某一種嘴粘土具族有潛在窗的較高殲的膨脹面勢，但揉如果它粒的含水荷量保持綠不變，蛙則不會(huì)零有體積養(yǎng)變化發(fā)布生；相院反，含旬水量的就輕微變棚化，哪擴(kuò)怕只是1%-呼2%的量值，京實(shí)踐證明被就足以引仇起有害的府膨脹。因蚊此，判斷柄膨脹土的場脹縮性指騾標(biāo)都是反本映含水量幅變化時(shí)膨鎖脹土的脹丸縮量及膨元脹力大小赴的。（二）丙膨脹土集的脹縮幫性指標(biāo)1．自由矮膨脹率ef將人工談制備的危磨細(xì)烘號(hào)干土樣信，經(jīng)無良頸漏斗舍注入量亞杯，量敞其體積予，然后戚倒入盛扛水的量掌筒中，乒經(jīng)充分夠吸水膨憤脹穩(wěn)定閉后，再那測其體弄積。增火加的體坑積與原銷體積的昆比值ef稱為自由膨脹脂率。2．膨脹研率ep與膨脹力Pe膨脹率表示原狀奶土在側(cè)限刺壓縮儀中莫，在一定捐壓力下，孟浸水膨脹敘穩(wěn)定后，媽土樣增加升的高度與懸原高度之六比。以各級壓吼力下的膨車脹率ep為縱坐弦標(biāo)，壓渣力p為橫坐咬標(biāo)，將耐試驗(yàn)結(jié)紀(jì)果繪制潑成p-ep關(guān)系曲線殼，該曲線君與橫坐標(biāo)費(fèi)的交點(diǎn)Pe稱為試樣的膨消脹力，膨脹嫩力表示溝原狀土原樣，在沈體積不娃變時(shí)，醬由于浸椒水膨脹例產(chǎn)生的額最大內(nèi)促應(yīng)力。守膨脹力匠在選擇荷基礎(chǔ)型皂式及基菌底壓力涌時(shí)，是惠個(gè)很有奶用的指咽標(biāo)。在蔑設(shè)計(jì)上弟如果希捧望減少烤膨脹變反形，應(yīng)泉使基底證壓力接醬近于膨戲脹力。3．線縮搜率s與收縮語系數(shù)s膨脹土失振水收縮，媽其收縮性塑可用線縮仁率與收縮廁系數(shù)表示腐。線縮率s是指土的駐豎向收縮乎變形與原愿狀土樣高閥度之比。根據(jù)不同掘時(shí)刻的線波縮率及相其應(yīng)含水量歉，可繪成到收縮曲線衰，利用直禍線收縮段非可求得收地縮系數(shù)s，其定嫩義為：激原狀土請樣在直賽線收縮普階段內(nèi)服，含水贊量每減方少1%時(shí)所對較應(yīng)的線雞縮率的席改變值聲，即：（三）膨惕脹土的判小別根據(jù)我喬國十余恨年來的拌實(shí)踐經(jīng)宗驗(yàn)，判筑別膨脹管土的主醋要依據(jù)較是工程混地質(zhì)特塌征與自筆由膨脹葡率。因朱此《膨脹土規(guī)忠范》中規(guī)定原，凡具有熱下列工院程地質(zhì)些特征的逼場地，疏且自由慶膨脹率ef≥40%的土應(yīng)茂判定為朋膨脹土。1．裂隙束發(fā)育，鳳常有光暮滑面和鍬擦痕，饅有的裂敏隙中充串填著灰衛(wèi)白、灰國綠色粘波土。在第自然條騾件下呈遠(yuǎn)堅(jiān)硬或塌硬塑狀網(wǎng)態(tài)；2．多出落露于二襖級或二困級以上統(tǒng)階地、僑山前和躺盆地邊超緣丘陵析地帶，發(fā)地形平虛緩，無莫明顯自襲然陡坎朋；3．常見笨淺層塑賠性滑坡詢、地裂估，新開悉挖坑（央槽）壁畏易發(fā)生加坍塌等果；4．建筑絞物裂縫摸隨氣候遷變化而殃張開和琴閉合。1．換土計(jì)墊層2．合理選合擇基礎(chǔ)埋盆置深度3．石灰灌沸漿加固4．合理選戚用基礎(chǔ)類蟻型5．合理狀選擇施壁工方法（四）膨請脹土地基洽上橋涵基廳礎(chǔ)工程設(shè)械計(jì)與施工癢應(yīng)采取的柏措施◆凍土地插區(qū)基礎(chǔ)葉工程一、凍雁土的定止義凍土是一擴(kuò)種溫度低徐于零攝氏什度且含有銹冰的巖土畏。凍土是憤一種對溫說度十分敏擊感且性質(zhì)餐不穩(wěn)定的誓土體。凍弊土中的冰難可以冰晶揮或冰層的有形式存在夏，冰晶可痕以小到微迅米甚至納擁米級，冰胳層可厚到形米或百米辦級，從而雀構(gòu)成凍土讓中五花八快門、千姿工百態(tài)的冷率生構(gòu)造。二、凍土菜的分布地球上多忽年凍土的此分布面積浸約占陸地晉面積的23%，主要咸分布在盯俄羅斯莫、加拿盡大、中浴國和美勤國的阿之拉斯加雄等地。涉我多年煉凍土主游要處于廊高山多飄年凍土松帶和不籃連續(xù)多街年凍土磁帶，多胳年凍土土面積約器為206.搜8×10素4平方公拳里僅次貌于原蘇效（100凈0×1狼04平方公沿里）和項(xiàng)加拿大陣（390舟×10年4平方公