第七章特殊土地基

第七章

特殊土地基7.1

概述7.2

濕陷性黃土地基7.3

凍土地基7.4

膨脹土地基7.5

紅黏土地基7.6

鹽漬土地基7.7

山區(qū)地基本章重點(diǎn)介紹濕陷性黃土地基和膨脹土地基，簡要介紹山區(qū)地基、紅粘土地基、凍土地基以及鹽漬土地基。要求掌握濕陷性黃土地基和膨脹土地基的主要工程特性、工程評價(jià)指標(biāo)與評價(jià)方法；了解凍土地基、紅粘土地基、鹽漬土地基、山區(qū)地基的工程特性或評價(jià)方法；了解各類特殊土地基的工程防護(hù)措施。本章提要及要求7.1

概述基本概念特殊土及特殊土地基：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，使一些土類具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)。通常把這些具有特殊性工程性質(zhì)的土稱為特殊性土，簡稱特殊土。由特殊性土構(gòu)成的地基稱為特殊土地基。特殊土大都具有地區(qū)特征，故特殊土是具有區(qū)域性特征的土。區(qū)域性地基其工程性質(zhì)具有區(qū)域性特征的地基稱為區(qū)域性地基。7.1

概述區(qū)域性地基分類區(qū)域性地基飽和軟黏土地基膨脹土地基紅粘土地基凍土地基特殊土地基……鹽漬土地基地震區(qū)地基山區(qū)地基……濕陷性黃土地基47.2

濕陷性黃土地基一、概述定義黃土是指一種產(chǎn)生于第四紀(jì)（地質(zhì)歷史）干旱條件下，具有獨(dú)特內(nèi)部物質(zhì)成分和外部形態(tài)特征的沉積物。特征①顏色：主要呈黃色或褐黃色；②

粒徑：粉粒(0.075～0.005mm)為主，同時(shí)含有砂粒和粘粒；③

孔隙：肉眼可見，但e≈1.0~1.1；④可溶性鹽含量：一般比較多；⑤

工程特性：通常具有濕陷性。5一、概述分布全球：1300萬km2，占陸地面積

9.3%，分布中緯度(半)干旱地區(qū)中國：64萬km2，其中濕陷性黃土約占3/4，多分布黃河中游地區(qū)7.2

濕陷性黃土地基6分類：在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著附加下沉的黃土在上覆土的自重應(yīng)力下受水浸濕，就發(fā)生顯著附加下沉的濕陷性黃土一、概述7.2

濕陷性黃土地基7黃土濕陷原因欠壓密理論：干旱少雨→水分蒸發(fā)→土粒間鹽析出→膠凝形成固化黏聚力→阻止被壓密→欠壓密黃土。若水浸入→固化黏聚力消失→濕陷。溶鹽假說：黃土中存在大量易溶鹽，含水量較低時(shí)易溶鹽處于微晶狀態(tài)，附于顆粒表面，起膠結(jié)作用。受水浸濕后，易溶鹽溶解，膠結(jié)作用喪失，產(chǎn)生濕陷。（這與我國情況不符）結(jié)構(gòu)學(xué)說：由集粒和碎屑組成的骨架顆粒相互聯(lián)結(jié)形成了一種架空結(jié)構(gòu)體系。該體系在干燥時(shí)，因顆粒間的連接強(qiáng)度可自穩(wěn)，但在水和外載共同作用下，連接強(qiáng)度降低、連接點(diǎn)破壞，結(jié)構(gòu)體系失穩(wěn)。7.2

濕陷性黃土地基二、黃土濕陷原因及影響因素8黃土濕陷影響因素黏粒含量：一般黏粒含量越多濕陷性越小。

在我國，從西北→東南，濕陷性遞減。土中鹽類：碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物等含量越多濕陷性越強(qiáng)?？紫侗龋嚎紫侗仍酱?，濕陷性越強(qiáng)。含水量：含水量越小，濕陷性越強(qiáng)。

飽和度≥80%的黃土稱為飽和黃土，濕陷性已退化。外加壓力：外加壓力越大，濕陷量顯著增加，但當(dāng)壓力超過

某一數(shù)值后，再增加壓力，濕陷量反而減小。7.2

濕陷性黃土地基二、黃土濕陷原因及影響因素9濕陷系數(shù)

s定義：單位厚度的土樣所產(chǎn)生的濕陷變形，以小數(shù)表示。測定：在壓縮儀中將原狀試樣(高為h0)逐級加壓到規(guī)定壓力

p，當(dāng)壓縮穩(wěn)定后測得試樣高度

hp，再加水至飽和測得下沉穩(wěn)定后試樣高度hp′，則

s為：黃土濕陷性評價(jià)：h0hphp'7.2

濕陷性黃土地基三、黃土地基濕陷性評價(jià)00.0150.030.07輕微中等強(qiáng)烈

s不濕陷10m以內(nèi)的土層應(yīng)采用200kPa；10m以下至非濕陷性土層頂面采用上覆土的飽和自重壓力(≤300kPa)p

取土樣上覆土層飽和自重應(yīng)力時(shí)，則測得的

s為自重濕陷系數(shù)

zs。10濕陷起始壓力

psh定義：黃土產(chǎn)生濕陷的界限壓力值。

蘭州：psh=

20~50

kPa；

洛陽：

psh≥

120kPa。測定方法①

雙線法：同一取土點(diǎn)取2個試樣

分別測定不浸水試樣的p-hp曲線

和浸水試樣的p-hp′曲線，計(jì)算各級荷載下

s，并繪制p-

s曲線。②單線法：同一取土點(diǎn)至少取5個試樣。做試驗(yàn)繪制p-

s曲線。h0hphp'7.2

濕陷性黃土地基三、黃土地基濕陷性評價(jià)11p自重濕陷量

ZS：總濕陷量

S：黃土地基的濕陷等級7.2

濕陷性黃土地基三、黃土地基濕陷性評價(jià)12地基處理：常用換填、夯實(shí)、擠密、樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水、單液硅化或堿液加固等方法防水措施：做好防水、排水系統(tǒng)，防止地基受水浸濕。結(jié)構(gòu)措施：選取合適結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)整體剛度，預(yù)留沉降凈空等施工及維護(hù)措施：防止施工時(shí)用水和場地雨水流入建筑物地基引起濕陷；使用時(shí)，經(jīng)常性檢修防水、排水設(shè)施，確保防水措施有效發(fā)揮。7.2

濕陷性黃土地基四、濕陷性黃土地基防治措施13凍土：凡溫度≤0

C，且含有固態(tài)冰的土，稱為凍土。季節(jié)性凍土：是指地殼表層冬季凍結(jié)而在夏季又全部融化的土。在我國主要分布在華北、西北和東北地區(qū)，對地基穩(wěn)定性影響較大。多年凍土：指凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)

2

年或

2

年以上的土。分布在黑龍江大小興安嶺一帶，內(nèi)蒙古大緯度區(qū)，青藏高原和甘肅、新疆的高山區(qū)。7.3

凍土地基一、基本概念多年凍土剖面圖14凍土的融沉性凍土在無外荷條件下融化過程中所產(chǎn)生的沉降稱為融陷。凍土的平均融沉系數(shù)

0

是評價(jià)凍土工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，可由試驗(yàn)確定：7.3

凍土地基二、主要工程特性指標(biāo)凍土試樣融化前的厚度凍土試樣融化后的厚度凍土試驗(yàn)融化前的孔隙比凍土試驗(yàn)融化后的孔隙比15凍土的凍脹性土的凍脹性是指土凍結(jié)過程中體積增大的現(xiàn)象。土的凍脹性以平均凍脹率

0

（即單位凍結(jié)深度的凍脹量）來衡量：7.3

凍土地基二、主要工程特性指標(biāo)zd=h

z，h為凍層深度地面凍脹量，由試驗(yàn)確定16季節(jié)性凍土（含多年凍土季節(jié)融化層土）7.3

凍土地基三、凍土地基評價(jià)凍脹類別凍脹土分類平均凍脹率工程危害性Ⅰ類不凍脹土

≤1%凍脹量小，對基礎(chǔ)無危害Ⅱ類弱凍脹土1%＜

≤3.5%地表無明顯凍脹隆起，對一般淺基礎(chǔ)無危害Ⅲ類凍脹土3.5%＜

≤6%形成冰夾層，若建筑物輕、基礎(chǔ)埋深淺，將產(chǎn)生較大凍脹變形，凍深較大時(shí)可使基礎(chǔ)上拔。Ⅳ類強(qiáng)凍脹土6%＜

≤12%形成較厚冰夾層，凍脹嚴(yán)重，即使基礎(chǔ)埋深超過凍脹線，也可能因切向凍脹力而上拔。Ⅴ類特強(qiáng)凍脹土

＞12%凍脹量很大，是使基礎(chǔ)凍脹上拔破壞的主要原因。17多年凍土其溶陷性與土的類別、含水量及融化后的潮濕程度有關(guān)。7.3

凍土地基三、凍土地基評價(jià)土的融沉級別土的融沉性平均融沉系數(shù)工程特性Ⅰ級土不融沉

0≤1%僅次于基巖的好土，不考慮凍融問題Ⅱ級土弱融沉1%＜

0≤3%較好地基土，可直接作為建筑物地基Ⅲ級土融沉3%＜

0≤10%較大融沉量，冬天回凍時(shí)凍脹量較大Ⅳ級土強(qiáng)融沉10%＜

0≤25%融沉量很大，往往造成建筑物破壞Ⅴ級土融陷

0＞25%為含土冰層，融化后呈流動、飽和狀態(tài)，不能作為建筑物地基。18融化原則：容許基底以下多年凍土在施工和使用期間處于融化狀態(tài)，可視情況在施工前采用人工融化壓密或換填碎、砂石等進(jìn)行處理，換填深度可至季節(jié)融化深度或受壓層深度。保持凍結(jié)原則：保持多年凍土地基在施工和使用期間處于凍結(jié)狀態(tài)，宜用于凍層較厚、多年地溫較低和多年凍土相對穩(wěn)定的地帶，或用于按融化原則處理有困難時(shí)。施工：宜選在冬季，注意保護(hù)地表植被，或地表鋪蓋保溫性能較好的材料，減少熱滲入等?；A(chǔ)形式：適當(dāng)增大基底面積，減小基底壓力或加大基礎(chǔ)埋深，采用深基礎(chǔ)等。四、凍土地基防治措施7.3

凍土地基197.4膨脹土地基一、概述定義：土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，且具有明顯吸水膨脹和失水收縮變形特性的黏性土，稱為膨脹性土。膨脹土的特征：出露于二級及其以上的河谷階地、山前和盆地邊緣及丘陵地帶；具黃、紅、灰白等色，常呈斑狀，并含有鐵錳質(zhì)或鈣質(zhì)結(jié)核；結(jié)構(gòu)上多呈堅(jiān)硬-硬塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，呈棱形土塊者常具有脹縮性，且棱形土塊愈小，脹縮性愈強(qiáng)；裂隙發(fā)育，常見光滑面或擦痕；一般黏粒含量很高，液限大于40%，塑性指數(shù)多在22~35之間。20分布：在我國常呈島狀分布，主要在黃河以南地區(qū)分布。膨脹土的危害：致使房屋開裂、傾斜，路堤、路塹滑坡，涵洞、橋梁等剛性結(jié)(構(gòu))筑物沉降不均勻，等等。膨脹土地基上建(構(gòu))筑物破壞特征：開裂破壞呈地區(qū)性成群出現(xiàn)，裂縫隨氣候變化不停地張開和閉合；建筑物在水平和垂直方向受彎扭，故轉(zhuǎn)角處先開裂，墻上常出現(xiàn)八字、X形裂縫；膨脹土邊坡易產(chǎn)生淺層滑坡。一、概述7.4

膨脹土地基21內(nèi)因礦物成分：膨脹土含大量蒙脫石、伊利石等親水性粘土礦物，它們比表面積大，有強(qiáng)烈的活動性，既易吸水又易失水。微觀結(jié)構(gòu)：礦物的空間聯(lián)結(jié)狀態(tài)也會影響膨脹土的脹縮性質(zhì)。電鏡分析表明，面-面連接的分散結(jié)構(gòu)是膨脹土普遍結(jié)構(gòu)形式，此結(jié)構(gòu)比團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有更大的吸水膨脹和失水收縮的能力。二、影響膨脹土脹縮變形的主要因素蒙脫石7.4

膨脹土地基22二、影響膨脹土脹縮變形的主要因素7.4膨脹土地基外因水分遷移是控制膨脹土脹、縮特性的關(guān)鍵外在因素。因?yàn)橹挥型林写嬖谥赡墚a(chǎn)生水分遷移的梯度和進(jìn)行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。而土中水分變化與各種環(huán)境因素有關(guān)，比如：①氣候條件：②地形地貌：③日照環(huán)境：④水文地質(zhì)條件：23自由膨脹率

ef（無壓力條件下）將制備的磨細(xì)烘干土樣，經(jīng)無頸漏斗注入量杯，量其體積(V0)，然后倒入盛水的量筒中，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，測其體積(V0)。則：膨脹率

ep（有壓力條件下）原狀土在側(cè)限壓縮儀中，在壓力

p作用下，浸水膨脹穩(wěn)定后，土樣增加的高度與原高度之比即為膨脹率

ep：，當(dāng)

ep=0時(shí)，此時(shí)對應(yīng)的作用壓力pe

稱為膨脹力。7.4膨脹土地基三、膨脹土的工程特性指標(biāo)hwh0p24線縮率

xs指含水量降至wi時(shí)土的豎向收縮變形量與原狀土樣高度之比：根據(jù)不同時(shí)刻的

xs及相應(yīng)的含水量wi可繪制出收縮曲線圖。收縮系數(shù)

s指原狀土樣在直線收縮階段內(nèi)，含水量每減少

1%時(shí)所對應(yīng)的線縮率改變量：7.4

膨脹土地基三、膨脹土的工程特性指標(biāo)25地基脹縮變形量

se計(jì)算式計(jì)算深度確定可取大氣影響深度；有浸水可能時(shí)，可按浸水影響深度確定。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可取0.7第i層土的計(jì)算厚度可取基底寬度0.4倍7.4

膨脹土地基四、膨脹土地基的評價(jià)自重應(yīng)力+附加應(yīng)力作用下的膨脹率垂直收縮系數(shù)土在收縮過程中可能發(fā)生的含水量變化平均值(小數(shù)表示)26膨脹土的膨脹潛勢膨脹土地基的脹縮等級自由膨脹率

ef/(％)膨脹潛勢破壞程度40≤

ef＜65弱輕微65≤

ef＜90中中等

ef≥90強(qiáng)嚴(yán)重地基分級變形量se/mm級別破壞程度15≤se＜35Ⅰ輕微35≤se＜70Ⅱ中等se≥70Ⅲ嚴(yán)重7.4

膨脹土地基四、膨脹土地基的評價(jià)27設(shè)計(jì)措施選址盡量避免類似的不良地質(zhì)條件的地段；建筑物力求體型簡單、長度適中，必要時(shí)設(shè)置沉降縫；加強(qiáng)建筑物整體剛度，承重墻宜采用拉結(jié)良好的實(shí)心磚墻；加大基礎(chǔ)埋深，且不應(yīng)小于1m；采用地基處理方法，比如換填法、土性改良法、復(fù)合地基法。施工措施施工時(shí)盡量防止地基中含水量的變化。7.4

膨脹土地基五、膨脹土地基防治措施28定義：指碳酸鹽(石灰?guī)r、白云巖等)出露區(qū)巖石在炎熱濕潤氣候下，經(jīng)長期成土化學(xué)風(fēng)化(紅土化)作用形成的棕紅、褐黃等顏色的粘土。分布：云、桂、黔、湘、鄂等地。主要為殘積、坡積類型。工程特性：①

礦物主要為石英和高嶺石(或伊利石)，含SiO2、Fe2O3、Al2O3為主；②

黏粒含量較高，孔隙比大，天然含水量、液限、塑限都很高，但液

性指數(shù)較小(-0.1~0.4,硬塑~堅(jiān)硬狀態(tài))，強(qiáng)度較高、壓縮性較低；③

厚度分布不均，上硬下軟，巖溶現(xiàn)象一般較發(fā)育，有些地區(qū)的

紅粘土具有脹縮性。防護(hù)措施：①充分利用紅粘土地基上硬下軟的特性，基礎(chǔ)盡量淺埋，注意防排水；②巖溶區(qū)紅黏土地基，可采用換土、填洞、加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)等措施。7.5紅粘土地基29定義：含有較多易溶鹽(＞3%)，具有溶陷、鹽脹和腐蝕等特性的土.易溶鹽主要有：氯化物鹽類、硫酸鹽類和碳酸鹽類。分布：青海、新疆有大面積內(nèi)陸鹽漬土，沿海各省有濱海鹽漬土。工程特性：（鹽漬土對建筑材料均具有不同程度的腐蝕性）①

氯鹽漬土脹縮性小