特殊土地基加固技术.ppt

1 第五节特殊土地基处理 概述 由于地理位置 气候条件 地质成因 物质成分及次生变化等原因 导致了一些土具有与一般土显著不同的特殊工程性质 如饱和软粘土的高压缩性 盐渍土的溶陷性 黄土的湿陷性 膨胀土的胀缩性 冻土的冻胀变形特性等 特殊类土当将其作为建筑结构物地基时 必须根据其独特的性质采取相应的设计和施工措施 否则就有可能酿成工程事故 2 一 湿陷性黄土地基处理 1 湿陷性黄土的定义和分布 凡天然黄土在一定压力作用下 受水浸湿后 土的结构迅速破坏 发生显著的湿陷变形 强度也随之降低的 称为湿陷性黄土 湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种 黄土受水浸湿后 在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土 若在自重应力作用下不发生湿陷 而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土 我国湿陷性黄土占黄土地区总面积的60 以上 约为40万km2 多出现在地表浅层 主要分布在黄河中游山西 陕西 甘肃大部分地区以及河南西部 其次是宁夏 青海 河北的一部分地区 3 4 2 黄土湿陷发生的原因 1 水的浸湿 由于管道 或水池 漏水 地面积水 生产和生活用水等渗入地下 或由于降水量较大 灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升等原因而引起 2 黄土的结构特征 以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构 黄土受水浸湿时 结合水膜增厚楔入颗粒之间 土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力作用下 其结构迅速破坏 土粒滑向大孔 粒间孔隙减少 3 物质成分 胶结物含量大 可把骨架颗粒包围起来 则结构致密 粘粒含量多 并且均匀分布在骨架之间也起了胶结物的作用 5 3 黄土湿陷性的判定和地基的评价 1 黄土湿陷性的判定 湿陷系数 湿陷系数为0 015所对应的压力即为湿陷起始压力 6 3 湿陷性黄土地基湿陷等级的判定 总湿陷量 湿陷性黄土地基的湿陷等级 mm 7 4 湿陷性黄土地基的处理 湿陷性黄土地基的常用地基处理方法 5 土 灰土 挤密桩 方法 土桩和灰土桩的施工方法是利用打入钢套管 或振动沉管 在地基中成孔 通过挤压作用 使地基上得到加密 然后在孔内分层填入素土 或灰土 粉煤灰加石灰 后夯实而成土桩或灰土桩 8 承载力对于土挤密桩地基 不应该大于处理前的1 4倍 并不大于180kpa 对于灰土挤密桩地基 不应该大于处理前的2倍 并不应大于250mpa 二 软土处理技术 软土是软弱粘性土的简称 一般是指在水流缓慢的环境中沉积 有微生物参与作用 含有较多有机质 天然含水量大 孔隙比大 压缩性高 承载力低的一种软塑到流塑状态的土 例如淤泥 淤泥质土 泥炭以及其他高压缩性饱和粘性土等 我国软土分布广泛 丰要位于沿海 平原地带 内陆湖盆 洼地及河流两岸地I必沿海 平原地带软土多位于大河下游入海三角洲或冲积平原处 如长汀 珠江三角洲地带 塘沽 温卅I 闽江口平原等地带 内陆湖盆 洼地则以洞庭湖 洪泽湖 久湖 滇池等地为代表 山问盆地及河流中下游两岸漫滩 阶地 废弃河道等处也常有软土分布 沼泽地带则分仿着富含有机质的软土和泥炭 9 1 软土的定义和分布 2 软土地基处理方法 软土层厚度小于3米时 浅层处理 一般路基 软土层较厚 排水固结法 路基过度段 复合地基软土地基厚 施工受地域影响 采用粉喷桩 10 11 1 浅层处理法 1 换填法 1 加固原理 根据土中附加应力的分布规律 让垫层承受上部较大的应力 软弱土层承受较小的应力 2 作用 提高持力层承载力 减小沉降量 加速软土层的排水固结 防止冻胀 相除膨胀土的膨胀作用 2 抛石挤淤法3 砂垫层法 含反滤层 4 土工合成材料垫层 12 原理 孔隙水排出 孔隙体积减小 地基产生固结变形 目的 解决沉降与稳定性问题组成 排水系统 水平排水体 砂垫层竖向排水体 砂井 袋装砂井 塑料排水板 加压系统 堆载法 真空预压法 降水法 电渗法 联合法 13 2 排水固结法 3 井点降水预压降低软弱土层的地下水水位 以增大土的自重压力 可以达到预压的效果 4 深层搅拌桩深层搅拌桩加固地基是以实惠浆或水泥浆与软土搅拌在一起 形成由桩和桩间土共同组成的复合地基 14 15 三 膨胀土处理技术 1 膨胀土的一般特征 膨胀土地基是指粘粒成分主要由亲水性矿物组成 同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘土 膨胀土一般强度较高 压缩性低 容易被误认为是良好的天然地基 1 分布特征膨胀土多分布于二级或二级以上的河谷阶地 山前和盆地边缘及丘陵地带 一般地形坡度平缓 无明显的天然陡坎 2 物理性质特征膨胀土的粘粒含量很高 粒径小于0 002mm胶体颗粒超过20 塑性指数 17 且多在22 35之间 天然含水量与塑限接近 液性指数常小于零 呈坚硬或硬塑状态 按粘土矿物成分为两大类 一类以蒙脱石为主 一类是以伊利石为主 云南蒙自 广西宁明 河北邯郸 河南平顶山等地的膨胀土多属第一类 安徽合肥 四川成都 湖北郧县 山东临沂等地的膨胀土多属第二类 16 17 3 裂隙特征膨胀土中的裂隙发育 有竖向 斜交和水平裂隙3种 2 膨胀土的工程特性指标 1 自由膨胀率 2 膨胀率 18 3 膨胀潜势与地基评价 1 膨胀土的膨胀潜势 1 裂隙发育 常有光滑面和擦痕 有的裂隙中充填着灰白 灰绿色粘土 在自然条件下呈坚硬或硬塑状态 2 多出露于二级或二级以上阶地 山前和盆地边缘丘陵地带 地形平缓 无明显自然陡坎 3 常见浅层塑性滑坡 地裂 新开挖坑 槽 壁易发生坍塌等 4 建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合 由于自由膨胀率能综合反映亲水性矿物成分 颗粒组成 膨胀特征及其危害程度 因此可用自由膨胀率评价膨胀土膨胀性能的强弱 表16 3膨胀土的膨胀潜势分类 19 2 膨胀土地基评价 表16 4膨胀土地基的胀缩等级 20 4 膨胀土地基的处理方法 1 换填法 换填法是将膨胀土全部或部分挖掉 换填非膨胀黏性土 砂 砂砾土 碎石或灰土 以消除或减小地基胀缩变形的一种方法 2 土质改良法 1 压实法 压实法适用于弱膨胀性土 2 掺合料法 在膨胀土中掺入一定比例的掺合料 如石灰 粉煤灰 矿渣 砂砾石和水泥等无机材料或有机化学添加剂 分层夯实 或通过设置石灰砂桩 压力注人石灰浆液 消除或减小地基土体的胀缩变形 按加固机理的不同 可将掺合料法划分为物理改良法 化学改良法与综合改良法 21 3 温度控制法 1 暗沟保湿法 适用于有经常水源的三层以下房屋的处理 对于无经常水源的房屋 强膨胀土地基和长期干旱地区不得采用 2 地基预浸水法 用人工方法增大地基土的含水量 使膨胀土层全部或部分膨胀 并维持其高含水量 从而消除或减小地基的膨胀变形量 3 帷幕保湿法 将用不透水材料做成的帷幕没置于结构物周围 阻止地基土体中的水分与外界的交换 减小地基胀缩变形 4 全封闭法 在膨胀土路堤中应用多 又称为包盖法或包边路堤法 用接近最优含水量的中 弱膨胀土填筑路堤堤心部位 用普通粘土或改性土作为路堤两边边坡与基底及顶面的封层 从而形成包心填方 让膨胀土永久地封存于非膨胀土之中 保证路堤避免胀缩破坏 全封闭法仅适用于非浸水路堤 2020 3 16 22 可编辑 23 4 砂包基础法将基础置于砂层包围中 砂层选用砂 碎石 灰土等材料 厚度宜采用基础宽度的1 5倍 宽度宜采用基础宽度的1 8 2 5倍 砂层不能采用水振法施工 5 增大基础埋深法6 桩基础法7 土工合成材料加固法土工合成材料具有加筋 隔离 防护 防渗 过滤和排水等多种功能 将土工合成材料应用于处治膨胀土 路基工程 已十分普遍 四 盐渍土处理技术 1 盐渍土的定义 形成条件及分布 1 定义 岩土中易溶盐含量大于0 3 并且有溶陷 盐胀 腐蚀等工程特性时 应判定为盐渍岩土 2 盐渍土的形成条件盐渍土的形成及其所含盐类的成分和数量与当地的地形地貌 气候条件 地下水的埋藏深度和矿化度 土壤性质以及人类活动有关 干旱半干旱地区 年降水量小于蒸发量的地区 容易形成盐渍土 因降雨量小 毛细作用强 有利于盐分在地表的聚集 内陆盆地因地势低洼 周围封闭 排水不畅 地下水位高 有利于水分蒸发盐类聚集 农田洗盐 压盐 灌溉退水 渠道渗漏等进入某水层也会促使土壤盐渍化 3 盐渍土的分布盐渍土的形成由于受上述条件的限制 因此其分布一般在地势比较低而且地下水位较高的地段 如内陆洼地 盐湖和河流两岸的漫摊 低阶地 牛轭湖以及三角洲洼地 山间洼地等地段 24 25 2 盐渍土的类型及其工程特征 盐渍土的性质与所含盐的成分和含盐量有关 按土中含盐类型可分为氯盐 硫酸盐和碳酸盐三类盐渍土 氯盐渍土 土中含有NaCl KCl CaCl2 MgC12等盐类 硫酸盐渍土 土中主要含有Na2S04和MgS04等盐类 也具有很大的溶解度 110 350g L 碳酸盐渍土 土中主要含有NaHC03和Na2CO3等盐类 也具有较大的溶解度 其水溶液有较大的碱性反应 26 3 盐渍土地基的危害及其预防措施 1 盐渍土地基的危害 盐渍土地基的强度变化大 并随着季节和气候的改变而变化 硫酸盐渍土地基的胀缩性使地基土的结构破坏 强度降低 并形成松胀盐土 由于盐类遇水溶解 使地基土容易产生溶蚀现象 降低了地基的稳定性 含盐量的增大 降低了盐渍土的夯实效果 当含盐量超过一定限度时 就不易达到标准密度 如用含盐量较高的土作为路堤填料 则需要加大夯实能量 盐渍土对金属管道一般具有腐蚀性 27 2 预防措施盐渍土地基虽然具有上述危害 但由于其厚度不大 易于处理 通常是防止盐渍土不被水浸湿使盐类溶解 或形成再盐渍化 其预防措施有 整理地表排水系统 防止上下水管漏水 不使地基及其附近受水浸湿 降低地下水位 增大临界深度 不易用盲沟排水来降低地下水位 因盲沟易被盐分沉淀淤塞而失效 设置毛细水上升的隔断层 当基础埋置在盐渍土以下时 为了防止基础周围盐渍土对基础的影响 可设置防护层 一般不宜用盐渍土本身作防护层或垫层 28 五 红黏土的处理技术 29 1 红黏土的定义与分布红粘土 指碳酸盐类岩石 石灰岩 白云岩 泥质泥岩等 在亚热带温湿气候条件下 经风化而成的残积 坡积或残 坡积的褐红色 棕红色或黄褐色的高塑性粘土 我国红粘土主要分布在南方 以贵州 云南和广西最为典型和广泛 其次 在四川盆地南缘和东部 鄂南 湘西 湘南 粤北 皖南和浙西等地也有分布 在西部 主要分布在较低的溶蚀夷平面及岩溶洼地 谷地 在中部 主要分布在峰林谷地 孤峰准平原及丘陵洼地 在东部 主要分布在高阶地以上的丘陵区 30 2 红粘土处理技术 晾晒法通过晾晒 以降低红粘土的天然含水量 换填法选取低液限 低塑线或采用其他的天然碎 砾 石土 开山石渣的符合要求的材料 将红粘土换掉 再按设计要求碾压密实 深层搅拌法 石灰 粉煤灰稳定处理 水泥稳定处理 31 土工合成材料加固法通过在红粘土地基中分层铺设土工格栅 网 充分利用土工格栅 网 与红粘土填料间的摩擦力和咬合力 增大红粘土抗压强度 约束其变形 隔断外界因素影响 以达到稳定地基的目的 预压排水固结法土层在荷载作用下通过排水系统排水 加快土体固结 强夯置换法强夯法又名动力固结法或动力压实法 这种方法是反复将夯锤提高使其自由落下 给地基以冲击和震动能量 从而提高地基承载力并降低其压缩性 改善地基性能 32 33 六 冻土地区地基处理 1 冻土的一般概念 冻土是指温度等于或低于0 含有固态水 冰 的各类土 冻土是由冰与胶结着的土颗粒组成的 多年冻土 冻结状态持续三年以上的冻土 季节性冻土 冻结时间等于或大于1个月 冻结深度从数十毫米至1 2m 为每年冬季冻结 夏季全部融化的周期性冻土 瞬时冻土 冻结时间小于1个月 冻结深度从数毫米至数十毫米 冻胀现象 冬季随着大气温度的下降 土体孔隙中的水和外界补给水汽水冻结面形成晶体 透镜体 冰夹层等形式的冰浸入体 引起土体体积增大 导致地表不均匀上升 沉陷现象 夏季 冻结后的土体产生融化 伴随着土体中冰浸入体的消融 出现沉陷 使土体处于饱和或过饱和状态 导致地基承载力的降低 34 2 冻土的结构特征冻土的结构主要有以下四种类型 1 整体结构 块状结构 2 层状结构 3 网状结构 4 扁豆体和楔形冰结构冻土的结构形式对其融陷性有很大的影响 整体结构的冻土 融陷性不大 层状结构和网状结构的冻土 在融化时将产生很大的融陷 扁豆体和模形冰结构则与冰异离体的空间分布情况有关 在冰异离体部位融陷性显著 35 36 3 多年冻土的工程性质 1 多年冻土按其融沉性的等级划分 根据融化下沉系数 多年冻土可分为不融沉 弱融沉 融沉 强融沉和融陷五级 融化下沉系数 37 2 多年冻土对工程的危害性 1 冻胀引起的破坏冻融变形超过结构物所允许变形值时 便会产生各种形式的裂缝和破坏 2 融沉引起的破坏在天然情况下发生的融沉往往表现为热融凹地 热融湖沼和热融阶地等 都是不利于工程建筑物安全和正常运营的条件 3 多年冻土融沉量计算 最终沉降量 38 4 多年冻土地基设计原则 1 保持冻结原则保持基底多年冻土在施工和使用过程中处于冻结状态 适用于多年冻土较厚 地温较低和冻土比较稳定的地基或地基土为融沉 强融沉时 2 容许融化原则有自然融化和人工融化 对厚度不大 地温较高的不稳定状态冻土及地基土为不融沉或弱融冻土时 宜采用自然融化原则 对较薄的 不稳定状态的融沉和强融沉冻土地基 采用人工融化冻土 然后挖除换填 采用保持冻结原则时 应首先考虑桩基 因桩基施工对冻土暴露面小 有利保持冻结 39 5 多年冻