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、穷湿陷寻性黄乡丰土地概基的盈处理湿陷藏性黄津土地帐基处秘理的蹄方法隶很多虽，在剖不同琴的地荡区，躺根据堂不同祸的地律基土啊质和爆不同圾的结雁构物片，地导基处氏理应步选用构不同慎的处挎理方鞋法。在勘斩察阶壮段，艺经过脸现场业取样灶，以布试验效数据行进行洗分析央，判竖定属冻于自重妇湿陷沈性黄朴土还踢是非鸡自重念湿陷搁性黄建土，以炒及湿陷陶性黄翁土层迷的厚夹度、骑湿陷牢等级锯、类闭别后，球通过旅经济化分析损比较神，综亡合考喇虑工匪艺环他境、精工期抢等诸题多方扬面的液因素。最笛后选攀择一擦个最贴合适耕的地抓基处疗理方四法，称经过引优化晶设计矛后，币确保离满足洒处理纽奉后的龟地基辰具有谷足够康的承旗载力潜和变穴形条制件的碌要求剖。所采躺用方船法的农有：重锤惯表层亏夯实唐和强予夯土垫战层土挤峰密桩桩基隔础化学烤加固则法其它屿加固浇方法(预浸烘水法欲、热略加固量法、邻水下滋爆破舌法、愁电火膨花加楚固法贩）◆膨胀语土地伴基膨胀袜土也跪是一亭种很莲重要延的地薄区性莲特殊斜土类语，按寄照我吵国《膨胀养土地溪区建弄筑技世术规餐范》（GB饲J1男12斤--扣87）（般以下时简称《膨胀看土规侍范》）中低的定名义，膨胀榜土应造是土互中粘机粒成挖分主烛要由燥亲水皇性矿剃物组代成，品同时锋具有士显著腿的吸蜘水膨折胀和货失水励收缩从两种墙变形草特性疾的粘贷性土。众院所周慢知，唤一般堪粘性应土也发都有迷膨胀雁、收锋缩特叶性，峡但其臣量不钱大，个对工岁程没渣有太隔大的贷实际匠意义予；而灿膨胀稻土的边膨胀—收缩—再膨圈胀的蹄周期响性变隐形特厚性非威常显彼著，柳并常织给工壁程带种来危住害，笛因而意工程德上将海其从伸一般淡粘性摩土中叙区别繁出来阀，作舰为特辣殊土绝对待画。膨胀柄土在妈我国扇分布意范围谨很广，据艺现有毅的资音料，里广西茶、云偷南、都湖北期、安丽徽、毯四川蛇、河傻南、原山东灾等20多个术省、共自治错区、孟市均线有膨叹胀土阳。国茂外也路一样长，如社美国励，50个州龄中有火膨胀续土的演占40个州宵，此静外在独印度铃、澳怎大利谎亚、港南美利洲、法非洲医和中网东广贱大地谣区，慌也都夜有不叉同程吵度的和分布组。目萄前膨迁胀土抵的工煎程问杆题，非已成速为世嘴界性竞的研墨究课剥题。一、厚膨胀堂土的戴判别链和膨承胀土校地基字的胀挪缩等酿级（一谅）影贞响膨凭胀土救胀缩摩特性猾的主狂要因白素影响祥膨胀辩土胀吊缩性奸质的谅内在疫机制鸡，主祖要是码指矿谜物成绘分及周微观魔结构肠两方再面。养实验叠证明家，膨疮胀土蚕含大馋量的最活性背粘土吐矿物穴，如蒙脱龄石和怨伊利才石，尤雀其是草蒙脱指石，英在低疯含水拾量时化对水烫有巨激大的这吸力慈，土控中蒙宇脱石侄含量崭的多暖寡直值接决仍定着趁土的进胀缩饰性质祥的大曾小。震除了汽矿物土成分使因素琴外，思这些破矿物某成分林在空弃间上渐的联匹结状涉态也堡影响钓其胀愁缩性盏质。川经对迟大量午不同玻地点餐的膨鲁胀土策扫描售电镜当分析胞得知货，面—面连狮接的格叠聚取体是隶膨胀浴土的远一种争普遍赴的结太构形视式，亮这种到结构木比团象粒结疑构具厨有更悬大的轻吸水劈燕膨胀鞠和失悲水吸捏缩的仇能力筋。影响号膨胀蔬土胀兄缩性阁质的最大饶外界胸因素是水对念膨胀蜂土的农作用，或恒者更龟确切疏地说程，水颤分的购迁移估是控步制土副胀、谨缩特跌性的情关键律外在眉因素滩。因疾为只腹有土产中存捐在着巨可能私产生睬水分样迁移装的梯比度和万进行坊水分野迁移始的途焰径，扩才有衫可能遥引起给土的承膨胀嘴或收胶缩。戴尽管殿某一门种粘喷土具区有潜渔在的希较高桥的膨西胀势探，但镜如果天它的抵含水茄量保技持不疼变，邻则不志会有诸体积推变化乡丰发生朝；相糠反，吐含水陡量的剩轻微概变化棒，哪采怕只勤是1%北-2默%的量园值，额实践彼证明狡就足奖以引透起有党害的水膨胀贞。因咱此，荣判断榴膨胀偷土的荷胀缩服性指公标都糕是反宋映含炼水量庸变化岗时膨主胀土待的胀饭缩量摘及膨忧胀力解大小粱的。（二率）膨味胀土或的胀皆缩性被指标1．自懂由膨我胀率ef将人头工制床备的螺磨细巩烘干弦土样微，经尤无颈保漏斗怕注入瘦量杯损，量斗其体锅积，祝然后茫倒入刑盛水久的量廊筒中音，经榜充分起吸水趟膨胀千稳定亿后，割再测花其体害积。塑增加重的体的积与派原体叔积的扯比值ef称为自由青膨胀慌率。2．膨狠胀率ep与膨彼胀力Pe膨胀绘率表示埋原状童土在瘦侧限侮压缩酒仪中例，在景一定遭压力旺下，屑浸水笨膨胀办稳定植后，菠土样洁增加柜的高这度与率原高铃度之辈比。以各劈燕级压分力下猛的膨篇胀率ep为纵页坐标垮，压巩力p为横扒坐标腐，将周试验院结果祸绘制尼成p-ep关系崇曲线苏，该云曲线豆与横矛坐标条的交鸭点Pe称为试样攀的膨尊胀力，膨检胀力滴表示箭原状挥土样纪，在耍体积呀不变蹦时，请由于部浸水赔膨胀独产生唤的最像大内心应力铺。膨棕胀力铺在选摸择基警础型谁式及樱基底仓压力柱时，骑是个逗很有念用的笔指标足。在盗设计肠上如眯果希谅望减叹少膨旅胀变犬形，轻应使锤基底位压力闲接近津于膨绩胀力头。3．线对缩率s与收缴缩系税数s膨胀下土失散水收制缩，担其收芬缩性骆可用侨线缩牙率与岭收缩晋系数轿表示殃。线失缩率s是指禁土的纳竖向筑收缩槐变形却与原励状土享样高之度之填比。根据聚不同屿时刻卵的线德缩率摊及相泉应含静水量狡，可少绘成越收缩剥曲线棒，利堤用直耕线收忌缩段森可求伯得收举缩系师数s，其损定义复为：险原状但土样侵在直彩线收进缩阶圣段内侦，含波水量卵每减坑少1%时所猾对应神的线纽奉缩率泡的改胡变值封，即扔：（三汁）膨类胀土网的判菌别根据淡我国阳十余储年来螺的实朽践经运验，撤判别玻膨胀瓜土的抚主要锤依据忌是工淘程地营质特路征与迁自由砍膨胀骑率。研因此《膨胀公土规献范》中规示定，凡具溪有下稼列工创程地丸质特异征的帽场地当，且稀自由闯膨胀薪率ef≥4滤0%的土润应判洗定为叛膨胀傲土。1．裂特隙发宽育，违常有每光滑辰面和售擦痕惕，有咳的裂乔隙中垦充填衫着灰典白、臣灰绿逃色粘穿土。样在自经然条蒸件下溜呈坚刚硬或受硬塑拿状态顽；2．多霸出露质于二惭级或炊二级状以上涨阶地第、山题前和耕盆地辱边缘执丘陵豪地带疯，地锦形平笑缓，半无明胞显自习然陡煤坎；3．常凤见浅马层塑扁性滑搬坡、幼地裂具，新嚷开挖底坑（凤槽）势壁易跟发生唉坍塌猫等；4．建袋筑物歇裂缝酒随气卷候变以化而泼张开敞和闭铁合。1．换返土垫票层2．合柄理选钻择基敏础埋插置深春度3．石域灰灌门浆加赵固4．合貌理选脊用基降础类印型5．合西理选潮择施昆工方魄法（四驻）膨献胀土哲地基在上桥侮涵基百础工香程设呈计与孤施工法应采取俭的措从施◆冻土警地区桃基础赔工程一、遥冻土责的定歇义冻土胖是一虚种温皂度低造于零纪摄氏泡度且堪含有荣冰的页岩土旁。冻译土是午一种鹊对温脚度十顿分敏揉感且格性质藏不稳千定的尚土体搁。冻宴土中怨的冰够可以筝冰晶卧或冰享层的病形式韵存在吗，冰搜晶可闭以小劲到微将米甚缘瑞至纳忍米级波，冰药层可抬厚到朴米或场百米蒸级，断从而默构成荷冻土标中五掌花八面门、盐千姿倚百态琴的冷珍生构的造。二、兄冻土予的分应布地球钳上多血年冻终土的授分布座面积用约占卖陆地棉面积五的23振%，主血要分桐布在够俄罗洞斯、丝式加拿维大、抖中国雪和美暑国的芽阿拉剪斯加饮等地我。我填多年篮冻土亏主要感处于驴高山辈多年累冻土嚷带和吴不连凤续多商年冻诉土带恶，多凡年冻楚土面洁积约抬为20动6.党8×翻10岔4平方茧公里高仅次智于原唯苏（10逗00落×1俗04平方比公里辱）和凑加拿逐大（39币0×失10敞4平方古公里散）约摔为美桥国的1.良5倍。公我国衣是世援界上亲第三喷冻土腔大国贫，约寺占世梁界多盖年冻这土分陕布