基础工程-第5章 特殊土地基.ppt

第5章 特殊土地基,5.1 概述 2.2 湿陷性黄土地基 5.3 膨胀土地基 5.4 红黏土地基 5.5 冻土地基 5.6 岩溶和土洞地基 5.7 盐渍土地基 5.8 污染土,1.1 概述,由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质条件、次生变化或人为条件等原因，使一些土类具有特殊的成分、结构和工程性质，这些土类被称为特殊土。 特殊土主要包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土、红黏土、盐渍土以及污染土等。,特征： 颜色以黄色、褐色为主； 主要为粉土颗粒(0.0050.05mm)，占总重量约5070%； 土质较均匀、结构疏松、孔隙发育； 在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。,5.2 湿陷性黄土地基,概念：湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土。,黄土高原图片,窑洞,黄土的分区,黄土在我国分布很广，面积约60万km2，其中湿陷性黄土约占34。按工程地质特征和湿险性强弱程度，把湿陷性黄土分为七个分区： (1)陇西地区：黄土厚度h10m，湿陷性强烈； (2)陇东陕北地区：黄土h10m，湿陷性大； (3)关中地区：具有中等湿陷性； (4)山西地区：土层h510m，中等湿陷性； (5)河南地区：非自重湿陷性，湿陷性较弱； (6)冀鲁地区：一般为非自重湿陷性，湿陷性弱或无。 (7)北部边缘地区：黄土h5m，非自重湿陷性，湿陷性中等或弱。,（1）湿陷系数：,自重湿陷系数：,非湿陷性黄土：s0.07,湿陷性黄土的判定,（2）湿陷起始压力：,湿陷与非湿陷性黄土的界限湿陷系数为s=0.015。,当s=0.015时对应的试样所受压力即为湿陷起始压力。 （可见例题5.1）,湿陷性黄土的判定,（3）自重湿陷量：,湿陷性黄土地基的工程措施,地基处理,湿陷性黄土地基的工程措施,场地防水措施 单体建筑物防水措施 施工阶段防水措施,防水处理,加强整体性和空间刚度 选择适宜的结构和基础形式 预留沉降净空,结构措施,一、膨胀土概念及分布 膨胀土是由亲水性强的粘土矿物成分组成的,具有吸水膨胀，失水收缩的性能,主要分布在我国中南、西南地区。 我国膨胀土多属第四纪晚更新世（Q3）或更早一些。膨胀土分布的相对来说是范围比较小，在西北、西南地区都有分布，但是总体上范围是比较小的，应该是属于一种局部性的，不像整个华南地区、东南沿海这样的大面积沉降。,5.3 膨胀土地基,二、膨胀土的矿物成分: 主要为蒙脱土、伊利石、高岭石等。液限40%，塑限均为17%33%。Ip在22-35之间， IL0。 呈硬塑或坚硬状态，颜色多呈黄、红、灰、白色及斑状。 裂隙较为发育，有光滑面及擦痕。 天然含水量接近或略小于塑限，一般强度高，压缩性低，易误认为是工程性能较高的地基土,四、膨胀土的胀缩性指标及评价,三、膨胀土的工程特性指标,（1）自由膨胀率ef,(1)自由膨胀率,(2) 膨胀率（侧限条件下）,(3)膨胀力,（3）膨胀力Pe,(4)线缩率与收缩系数,四.膨胀土地基的等级,五.膨胀土地基上建筑物的变形特征,六、影响膨胀土胀缩变形的主要因素 1、影响膨胀土胀缩变形的内在因素 （1）矿物及化学成分 （2）微观结构 （3）黏粒的含量 （4）土的密度 （5）含水量 （6）土的结构强度 2、影响膨胀土胀缩变形的外在因素 (1)气候条件 (2)地形地貌 (3)日照环境,七、膨胀土地基的工程措施,(1)设计措施,场地选择应避开地质条件不良地段。,基础埋置深度：不小于1m。当坡角为514时，基础外边缘至坡肩的水平距离为510时，埋深按下式确定：,(3)地面设计,室内地面可采取地面配筋或地面架空等措施；建筑物四周应设宽散水，散水最小宽度、构造要求以及材料要求。,(4)建筑体型,力求简单，设置沉降缝,(5)结构措施,(6)施工措施,5.4 红黏土地基,东川七彩云南红绿蓝,东川七彩云南红绿蓝,红土荒丘,2.工程地质特性及工程问题,由于黏粒含量大，而且含有较多的高岭石等亲水矿物成份，因而极易吸水膨胀失水收缩，具有胀缩性。土体中网状裂隙发育一般可延伸至地下3-4m。 厚度不均匀，其厚度与下卧基岩有关，由于石芽、溶沟的存在，上覆红粘土的厚度在短距离内相差悬殊珠，有时两三米范围内竞相关8m之多，致使地基很不均匀。 红黏土地基上硬下软，红粘土一般处于坚硬或硬塑状态，而接近基岸面处常呈现软塑或流逆状态，其强度低压缩性大。 红黏土地区一般存伏岩溶上的红粘土层常有土洞存在，影响地基的稳定性。,3.红粘土的工程措施,一般情况下宜采用浅埋基础，以充分利用红黏土地基上部承载高的“硬壳层”。 注意岩溶土洞的预防和处理。 基坑开挖后应立即建造基础，或留有一定的厚度（一般20-30cm）待施工基础时再挖除并立即做基础。切忌基坑遭暴晒或水泡，以免基底土层干缩或湿化破坏原有状态。 做好场地的排水措施，防止地表水从发育的裂隙中不渗入土层，造成地基的工程性质恶化。 施工时对局部软弱土，应进行清除，对孔洞预以充填，并作好相应的防渗排水措施。,1、冻土的分布及特征 温度摄氏零度以下且含有冰的土叫冻土。 冻土可分为多年冻土和季节性冻土（冬季冻结，夏季融化）。 我国冻土分布极为广泛，若包括冻结深度大于0.5m的季节冻土在内，其面积约占国土面积的68.6%。 多年冻土主要分布在东北大、小兴安岭，青藏高原以及西部高山区（天山、阿乐泰山、祁连山等），占国土面积的22.3%，冻深在2m以上，有的可达几十米。 季节冻土主要分布于东北、华北和西北地区，其冻结深度随气候条件而不同，一般为0.52.0m。,5.5 冻土地基,2、冻土的工程性质 土的冻胀：由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的部分水结冰体积膨胀，在水势梯度作用下未冻区的水分向冻结区迁移、聚集，并冻结膨胀。由于冰的存在，东土地基的瞬时承载力特别大，长期荷载下冰的塑性、冻土的流变性较为突出。 土的融沉：当温度上升时，冻土融化，孔隙水排出，土颗粒间黏聚力完全丧失，土体产生下沉，会形成突然性融陷。,最小埋深dmin的计算 ：,冻土对基础埋深的影响,3、冻土的特性指标,平均融化下沉系数0 其中：h1，e1 融化前时的高度和孔隙比； h2，e2 融化后的高度和孔隙比。,平均冻胀率 其中：z 地表冻胀量（mm） h 冻层厚度（mm）,4、冻土的分类,根据平均冻胀率指标，可将冻土分为五类。,4、冻土的分类,根据平均融化下沉系数0指标，可将多年冻土分为五类。,1、冻胀防治措施,（1）基础四周换填较纯净的砂或砂夹卵石等粗颗粒土，夯实。 （2）应尽量减少墩台和基础受冻拔作用范围的粗糙率，提高建筑物表面的光滑度，可大大降低切向冻胀力。 （3）选用抗冻胀性基础、改变基础断面性状。由于切向冻胀力是在地面处较大，往下迅速减小，故基础顶截面小于基底截面，以减小切向冻胀力。,5、防止冻害的措施,2融沉防治措施,（1）换填基底土。对采用融化原则的基底土可换填碎、卵、砾石或粗砂换填，换填深度可达季节融化深度。 （2）选择施工季节。采用冻结原则施工的基础宜于冬季施工，采用融化原则的基础宜夏季施工。 （3）选择基础形式。对融沉、强融沉土基，宜采用轻型桥台，适当增大基底面积，减少压应力，或结合具体情况，加大基础埋置深度。 （4）采取隔热措施。采用冻结原则施工中应保护地面上的覆盖植被，或以保温性能好的材料铺盖地表，减少热渗入量。,2、融沉防治措施,概念： 在碳酸盐、硫酸盐以及卤化物等类可溶性岩石分布的地区，由于长期遭受水的化学溶蚀、冲刷和构造作用，形成了的溶沟、溶洞、漏斗、落水洞、暗河、石芽、石笋及石钟乳等地表和地下的奇特形态，总称为岩溶或喀斯特（ Karst）。 岩溶发育地区上覆土层在地下水或地表水的作用下形成的洞穴称为土洞。土洞是岩溶在上覆土层中的表现形象，往往上有土洞，下有岸溶。,5.6 岩溶和土洞,岩溶和土洞的工程问题,岩溶地基由于岩体内或上覆土层中存在各种洞穴、基岩表面起伏不平以及地下岩溶水的活动，在土自重和上部荷载作用下，常会形成地面变形、地基塌陷而危有建筑物的安全。 因此在岩溶地面进行工程建设，首先要认真做好地质勘察工作，查明岩溶、土洞的分布和规模分析它的形成条件及稳定性，然后根据岩溶规模、特征及建筑物的类型，对不稳定洞隙采取适当的预防办法和工程处理措施。,岩溶地基的处理,较小的竖向洞穴，可彩用补、嵌、填或跨盖等措施。 对顶板不稳定的浅层溶液洞或风化岸石，应采取清爆挖填（灌的办法即清除表土，爆开顶板，挖去洞内充填物，分层回填上细下粗的碎水滤水层，再盖以填土，对风化破碎岩石，可灌浆加固。 对洞口较大竖洞或顶板风化严重的洞穴，宜用梁、拱跨越。 对规模较大而顶板厚度不够的洞体，可采用洞内支撑或调整柱（墙）距将基础轩于稳定的围岩之上。 对岩深水宜疏不宜堵。,土洞地基的处理,设置地表排水系统，减小大气降水和人共用水的下渗。 合理开彩地下水使地下水位稳定在土层中或岩面以下。 将建筑物置于降水漏斗造成塌陷的范围之外。 对浅层土洞，可挖除松土，下部设反滤层，上部填土夯实。 对于深而大的土洞，采用“清、灌、填”的办法，即清除洞内散土，灌注混凝土再分层回填素土致基底。若洞