特殊土地基工程特性及地基处理方法

特殊土地基◆湿陷性黄土地基◆膨胀土地基◆冻土地区基础工程

在我国不少地区，分布着一些与一般土性质有显著不同的特殊土。由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因，使它们具有一些特殊的成分、结构和性质。当用其作为建筑物的地基时，如果不注意这些特点就会造成事故。通常把那些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地区特点，故又有区域性特殊土之称。我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土等。下面将主要介绍湿陷性黄土、膨胀土和冻土的一些主要特征，对建筑物可能造成的危害以及用作地基时所应采取的工程措施。◆湿陷性黄土地基一、黄土的特征和分布

黄土是一种第四纪沉积物，具有一系列内部物质成分和外部特征，不同于同时期的其它沉积物。黄土具有以下全部特征：

1.颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；

2.颗粒组成以粉粒(0.05-0.005mm)为主，含量一般在60%以上，几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒；

3.

孔隙比较大，一般在1.0左右；黄土的分类

黄土按成因分为原生（或典型）黄土和次生黄土。一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运重新沉积而形成的具有层理含较多砂粒以至细粒的黄土称次生黄土。4.富含碳酸钙盐类；

5.

垂直节理发育；

6.一般有肉眼可见的大孔隙。当缺少其中一项或几项特征的称黄土状土。黄土的分布

黄土分布很广，面积达1300万平方公里，约占陆地总面积的9.3%。世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为：欧洲7%，北美5%，南美10%，亚洲3%，此外，在澳大利亚、北非也有零星分布。我国黄土分布面积635280平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%左右，主要分布在北纬33-47度，以34-45度之间最为发育，属于干旱、半干旱气候类型。

我国湿陷性黄土分布面积约占我国黄土分布总面积的60%左右，为27万平方公里，大部分在黄土中游地区，北起长城附近，南达秦岭，西自乌鞘岭，东至太行山，即北纬34-41度，东经102-114度之间。

湿陷性黄土一般都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上，厚度以六盘山以西地区较大，达30米，六盘山以东地区稍薄，如汾渭河谷多为几米至十几米，再向东至河南西部则更少，并且有非湿陷性黄土位于湿陷性黄土层之间。二、黄土湿陷发生的原因和影响因素

对黄土湿陷的原因和机理的各种不同论点，可以归纳为内因和外因两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分（颗粒组成、矿物成分和化学成分）和其结构，外因则是水和压力的作用。1.毛管假说

Terzaghi指出当潮湿砂土内的不连续水分积聚在颗粒接触点时，相邻颗粒孔隙中水和空气交界处的表面张力，使土粒拉在一起。水浸入土中后，表面张力消失，于是砂土溃散。有的学者曾用这种观点来解释黄土的湿陷，以后遭到反对。J.G.Dudley认为毛细压力是黄土中形成细粉粒粘结和絮凝粘粒粘结的重要因素。黄土中的毛细作用是存在的，但将其作为湿陷的主要原因值得商榷。常宝琦曾用风干的扰动土样制成试件，虽然破坏了毛细管通道，消除了弯液面作用，仍然有很大的的湿陷性。2.溶盐假说

黄土中存在大量的可溶盐。当黄土的含水量较少时，易溶盐处于微晶体状态，附着在颗粒表面，起着一定的胶结作用。这种胶结作用是黄土加固内聚力的一部分，受水浸湿后，易溶盐溶解，这部分强度就丧失了，因而产生湿陷。我国湿陷性黄土中的易溶盐含量都较少，不是组成加固内聚力的主要部分，难溶盐含量虽高，但其溶解很缓慢，因此，较多的观点认为易溶盐的溶解不是产生湿陷的主要原因。3.胶体不足说认为黄土的湿陷性是含有小于0.05mm颗粒含量小于10%的土所固有的性质，这种土缺少胶体部分；如果有显著数量的胶体，则膨胀可防止湿陷的发生。朱海之认为当粘粒含量大于15-20%时黄土不具有湿陷性，但发现兰州西盆地北岸二级阶地上的黄土粘粒含量大于30%，却湿陷性强烈。4.水膜楔入说

低含水量黄土在细颗粒（主要是粘粒）表面上包裹着的结合水膜一般很薄，溶解在其中的阴、阳离子的静电引力较强，将表面带负电荷的粘粒连接起来，形成一定的凝聚强度。当水进入土中时，结合水膜变厚，象楔子一样将牢固连接的颗粒分开，使土粒表面产生膨胀，体积增大，引力减弱，凝聚强度降低，因而产生湿陷。水膜楔入说能较好地解释黄土在水一进入就会立即发生湿陷这一现象；但是，还不足以解释各种复杂的湿陷现象的（如湿陷性的强弱、自重湿陷与非自重湿陷等）产生。5.欠压密理论黄土是在干旱或半干旱气候条件下形成的。风成黄土在沉积过程中，表面受大气降水的影响。在干燥少雨的条件下，大气降水浸湿带的厚度常少于蒸发影响带的厚度，a-a线以上土层在降水期，土中含水量较高，处于最优压密条件，但由于土层薄，自重压力小，未能得到有效压密。随黄土继续堆积，a-a线提高，在新的a-a线与b-b线之间的土层，大气降水影响不到，但蒸发过程继续进行。由于水分减少，盐类析出，胶体凝结产生了加固内聚力。bbaaabba

虽然上覆土层压力增大，但不足以克服土中形成的加固内聚力，因而成为欠压密状态。如此循环往复，使得堆积的欠压密土层越来越厚，一旦水浸入较深，加固内聚力消失，就产生湿陷。当降水量少，干旱期长时，欠压密程度大，而且欠压密土层也较厚；反之，黄土欠压密程度就弱，形成的欠压密土层也较薄。欠压密论易于解释我国黄土为什么西北部湿陷性强，东南部弱这一规律。三、黄土湿陷性的判定和地基的评价（一）黄土湿陷性的判定

黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数s值来判定，s可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构的黄土土样装入侧限压缩仪内，逐级加压，达到规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度，由下式求得土的湿陷系数s：

按照国内各地经验采用s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，s≥0.015定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。一般认为0.015≤

s≤

0.03为弱湿陷性黄土，0.03<s≤0.07为中等湿陷性黄土，s>0.07为强湿陷性黄土。（二）湿陷性黄土地基湿陷类型的划分

自重湿陷性黄土浸水后，在其上覆土自重压力作用下，迅速发生比较强烈的湿陷，要求采取较非自重湿陷性黄土地基更有效的措施，保证桥涵等建筑物的安全和正常使用。《湿陷性黄土地区建筑规范》用计算自重湿陷量zs来划分这两种湿陷类型的地基，zs(cm)按下式计算：

当计算自重湿陷量或实测自重湿陷量小于等于70mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当其大于70mm时，应定为自重湿陷性黄土场地。（三）湿陷性黄土地基湿陷等级的判定

湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿，发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷量的总和（总湿陷量）来衡量，总湿陷量越大，对桥涵等建筑物的危害性越大，其设计、施工和处理措施要求也应越高。《湿陷性黄土地区建筑规范》对地基总湿陷量s（cm）用下式计算：

湿陷性黄土地基的湿陷等级，可根据地基总湿陷量s和计算自重湿陷量zs综合，按下表判定。

当s小于5cm时，可按非湿陷性黄土地基进行设计和施工。也可以采用野外浸水荷载试验确定黄土地基的湿陷系数、湿陷类型和等级，但工作量较大，较少采用，仅对自重湿陷性黄土地基的鉴别，有较大参考价值。四、湿陷性黄土地基的处理

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。所采用请方法的觉有：重锤表成层夯实洪和强夯土垫层土挤密桩桩基础化学加固扯法其它加固农方法(预浸水法退、热加固甘法、水下组爆破法、痛电火花加熔固法）◆膨胀土地聋基膨胀土也基是一种很途重要的地眯区性特殊广土类，按蝴照我国《膨胀土诵地区建播筑技术呆规范》（GBJ1替12--扎87）（以锹下简称《膨胀土规疾范》）中的定贤义，膨胀土旋应是土融中粘粒抗成分主砍要由亲遥水性矿缠物组成愁，同时份具有显略著的吸挂水膨胀喝和失水荒收缩两欠种变形影特性的食粘性土。众所籍周知，话一般粘桑性土也饥都有膨兽胀、收传缩特性亦，但其超量不大领，对工才程没有季太大的圈实际意葛义；而屡膨胀土浮的膨胀—收缩—再膨胀的失周期性变勺形特性非是常显著，鼠并常给工惠程带来危迈害，因而奖工程上将拣其从一般懂粘性土中丢区别出来甲，作为特转殊土对待路。膨胀土在秆我国分布设范围很广，据现毒有的资锤料，广器西、云蓝南、湖般北、安够徽、四嫩川、河骡南、山透东等20多个省、趴自治区、状市均有膨挣胀土。国植外也一样乓，如美国旱，50个州中广有膨胀俘土的占40个州，加此外在耳印度、南澳大利姑亚、南期美洲、撞非洲和葱中东广蔑大地区哗，也都塔有不同顿程度的而分布。低目前膨现胀土的蚂工程问陵题，已谷成为世钩界性的悼研究课梳题。一、膨胀等土的判别周和膨胀土钢地基的胀足缩等级（一）未影响膨务胀土胀漆缩特性续的主要驾因素影响膨远胀土胀供缩性质菊的内在炸机制，宅主要是躺指矿物剧成分及错微观结物构两方歌面。实医验证明呢，膨胀青土含大脾量的活治性粘土肤矿物，府如蒙脱石恰和伊利五石，尤其是碑蒙脱石，盾在低含水从量时对水星有巨大的关吸力，土护中蒙脱石闭含量的多摩寡直接决载定着土的贫胀缩性质片的大小。樱除了矿物获成分因素舱外，这些娇矿物成分伏在空间上耗的联结状粘态也影响烈其胀缩性阿质。经对用大量不同夫地点的膨烛胀土扫描疑电镜分析绢得知，面—面连接的旬叠聚体是绝膨胀土的间一种普遍京的结构形史式，这种挪结构比团砍粒结构具条有更大的挤吸水膨胀猛和失水吸警缩的能力掀。影响膨妹胀土胀妥缩性质镜的最大外界薪因素是水对膨休胀土的建作用，或者形更确切缎地说，搅水分的牙迁移是浊控制土孟胀、缩绘特性的梦关键外鼠在因素跨。因为章只有土阶中存在贝着可能左产生水通分迁移著的梯度学和进行挣水分迁穴移的途眠径，才登有可能逐引起土骂的膨胀吃或收缩坟。尽管集某一种嘴粘土具族有潜在窗的较高歼的膨胀面势，但揉如果它粒的含水荷量保持绿不变，蛙则不会零有体积养变化发布生；相院反，含旬水量的就轻微变棚化，哪扩怕只是1%-呼2%的量值，京实践证明被就足以引仇起有害的府膨胀。因蚊此，判断柄膨胀土的场胀缩性指骡标都是反本映含水量幅变化时膨锁胀土的胀丸缩量及膨元胀力大小赴的。（二）丙膨胀土集的胀缩帮性指标1．自由矮膨胀率ef将人工谈制备的危磨细烘号干土样信，经无良颈漏斗舍注入量亚杯，量敞其体积予，然后戚倒入盛扛水的量掌筒中，乒经充分够吸水膨愤胀稳定闭后，再那测其体弄积。增火加的体坑积与原销体积的昆比值ef称为自由膨胀脂率。2．膨胀研率ep与膨胀力Pe膨胀率表示原状奶土在侧限刺压缩仪中莫，在一定捐压力下，孟浸水膨胀叙稳定后，妈土样增加升的高度与悬原高度之六比。以各级压吼力下的膨车胀率ep为纵坐弦标，压渣力p为横坐咬标，将耐试验结纪果绘制泼成p-ep关系曲线壳，该曲线君与横坐标费的交点Pe称为试样的膨消胀力，膨胀嫩力表示沟原状土原样，在沈体积不娃变时，酱由于浸椒水膨胀例产生的额最大内促应力。守膨胀力匠在选择荷基础型皂式及基菌底压力涌时，是惠个很有奶用的指咽标。在蔑设计上弟如果希捧望减少烤膨胀变反形，应泉使基底证压力接酱近于膨戏胀力。3．线缩搜率s与收缩语系数s膨胀土失振水收缩，妈其收缩性塑可用线缩仁率与收缩厕系数表示腐。线缩率s是指土的驻竖向收缩乎变形与原愿状土样高阀度之比。根据不同掘时刻的线波缩率及相其应含水量歉，可绘成到收缩曲线衰，利用直祸线收缩段非可求得收地缩系数s，其定嫩义为：激原状土请样在直赛线收缩普阶段内服，含水赞量每减方少1%时所对较应的线鸡缩率的席改变值声，即：（三）膨惕胀土的判小别根据我乔国十余恨年来的拌实践经宗验，判筑别膨胀管土的主醋要依据较是工程混地质特塌征与自笔由膨胀葡率。因朱此《膨胀土规忠范》中规定原，凡具有热下列工院程地质些特征的逼场地，疏且自由庆膨胀率ef≥40%的土应茂判定为朋膨胀土。1．裂隙束发育，凤常有光暮滑面和锹擦痕，馒有的裂敏隙中充串填着灰卫白、灰国绿色粘波土。在第自然条骡件下呈远坚硬或塌硬塑状网态；2．多出落露于二袄级或二困级以上统阶地、侨山前和躺盆地边超缘丘陵析地带，发地形平虚缓，无莫明显自袭然陡坎朋；3．常见笨浅层塑赔性滑坡询、地裂估，新开悉挖坑（央槽）壁畏易发生加坍塌等果；4．建筑绞物裂缝摸随气候迁变化而殃张开和琴闭合。1．换土计垫层2．合理选合择基础埋盆置深度3．石灰灌沸浆加固4．合理选戚用基础类蚁型5．合理状选择施壁工方法（四）膨请胀土地基洽上桥涵基厅础工程设械计与施工痒应采取的柏措施◆冻土地插区基础叶工程一、冻雁土的定止义冻土是一扩种温度低徐于零摄氏什度且含有锈冰的岩土畏。冻土是愤一种对温说度十分敏击感且性质餐不稳定的誓土体。冻弊土中的冰难可以冰晶挥或冰层的有形式存在夏，冰晶可痕以小到微迅米甚至纳拥米级，冰胳层可厚到形米或百米办级，从而雀构成冻土让中五花八快门、千姿工百态的冷率生构造。二、冻土菜的分布地球上多忽年冻土的此分布面积浸约占陆地晋面积的23%，主要咸分布在盯俄罗斯莫、加拿尽大、中浴国和美勤国的阿之拉斯加雄等地。涉我多年炼冻土主游要处于廊高山多飘年冻土松带和不篮连续多街年冻土磁带，多胳年冻土土面积约器为206.搜8×10素4平方公拳里仅次貌于原苏效（100净0×1狼04平方公沿里）和项加拿大阵（390舟×10年4平方公