第9章：特殊土地基.ppt

第9章 特殊土地基 特殊土 由于地理环境 地形高差 气温 雨量 地质成因和地质历史的不同 加上土的物质成分和次生变化等多种因素 形成了就有特殊性质的土 包括 软土 湿陷性黄土 膨胀土 红粘土 盐渍土等 淤泥 淤泥质土及饱和软粘土简称软土 为第四纪后期在滨海 河漫滩 河口 湖沼和冰碛等环境下的粘性土沉积而成 具有以下性质 强度低 软土的承载力通常为50 80kPa 含水量高 L 呈流塑 孔隙比大 e 1 5 淤泥 1 5 e 1 0淤泥质土 压缩性高 一般 1 2 0 7 1 5MPa 1 渗透性差 k i 10 6 i 10 8cm s 具有结构性 具有触变性与流变性 9 1软土 9 2湿陷性黄土 黄土 午城黄土 Q1 离石黄土 Q2 马兰黄土 Q3 黄土状土 Q4 200 300kPa 湿陷性黄土 非湿陷性黄土 自重湿陷性黄土 非自重湿陷性黄土分布陇西 关中 山西 河南 冀鲁 北部边缘地区 包括晋陕宁与河西走廊地区 湿陷性黄土 在一定压力下受水浸湿 土结构迅速破坏 并发生显著附加下沉的黄土 湿陷性黄土主要为马兰黄土和黄土壮土 非湿陷性黄土 在一定压力下受水浸湿 土结构不破坏 并无显著附加下沉的黄土 自重湿陷性黄土 在上覆土的自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土非自重湿陷性黄土 在大于上覆土的自重压力下 包括附加压力和土的自重压力 受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土 一般呈黄色或褐黄色 以粉粒为主 粉粒含量一般大于60 含水率低 一般 为10 20 孔隙比大 通常e 1 0天然密度小 为1 4 1 65g cm2 塑性指数偏低 IP为7 13 属粉土或粉质粘土富含碳酸盐 硫酸盐和氯化物等可溶盐类 湿陷系数的测定 分级加载 在0 200kPa压力以内 每级增量宜为50kPa 大于200kPa压力 每级增量宜为100kPa 测定湿陷系数的压力 应自基础底面 如基底标高不确定时 自地面下1 5m 算起 10m以内的土层应用200kPa 10m以下至非湿陷性土层顶面 应用其上覆土的饱和自重压力 当大于300kPa时 仍应用300kPa 当基底压力大于300kPa时 宜按实际压力测定的湿陷系数值判定黄土湿陷性 对压缩性较高的新近堆积黄土 基底下5m以内的土层宜用100 150kPa 5 10m和10m以下至非湿陷性土层顶面 应分别用200kPa和上覆土的饱和自重压力 湿陷起始压力psh kPa 施加压力低于psh时 黄土浸水也只产生压缩变形 不出现湿陷 或在p s曲线中 s 0 015所对应的压力 湿陷系数或湿陷起始压力的测定 室内压缩试验 单线法压缩试验 应在同一取土点的同一深度处 至少取5个环刀试样 均在天然湿度下分级加荷 分别加至不同的规定压力 下沉稳定后浸水 至湿陷稳定为止 双线法压缩试验 应在同一取土点的同一深度处 取2个环刀试样 一个在天然湿度下分级加荷 另一个在天然湿度下加第一级荷载 下沉稳定后浸水 至湿陷稳定 再分级加荷 分级加荷 在0 150kPa压力以内 每级增量为25 50kPa 在150kPa压力以上 每级增量为50 100kPa 每级加荷后和快速分级加荷最后一级的下沉稳定标准 为每隔1h的下沉量不大于0 01mm 湿陷性黄土压缩实验曲线 双线法 P hp P hp P s 计算自重湿陷量 zs cm 式中 zsi 第i层土在上覆土的饱和 sr 0 85 自重压力下的自重湿陷系数 hi 第i层土的厚度 cm n 总计算厚度内湿陷土层数目 从天然地面算起至下全部湿陷土层底面 zs 0 015土层不累计 0 因土质地区而异的修正系数 对陇西地区可取1 5 对陇东陕北地区可取1 2 对关中地区可取0 9 对其它地区可取0 5 式中 si 第i层土的湿陷系数 hi 第i层土的厚度 cm 考虑地基土的侧向挤出和浸水几率等因素的修正系数 基底下0 5m深度内 1 5 5 10m 1 在非自重湿陷性黄土场地 可不计算 在自重湿陷性黄土场地 可按 0值取用 总湿陷量 cm 总湿陷量应自基础底面 初步勘察时 自地面下1 5m 算起 在非自重湿陷黄土场地 累计至基底下10m 或压缩层 深度止 在自重湿陷性黄土场地 累计至非湿陷性土层顶面止 其中湿陷系数 s 10m下为 zs 小于0 015的土层不应累计 湿陷性的判别 建筑场地的湿陷类型 湿陷性黄土的湿陷等级 湿陷程度的判别 湿陷类型 例9 1 山西地区某百货商场拟建新的百货大楼 地基为黄土 基础埋深为1 0m 岩土工程勘察报告结果如表所示 判别该地基是否为自重湿陷性黄土场地 并判别地基的湿陷等级 注 当 s 600 zs 300时 可判为 级 其他判为 级 解 计算自重湿陷量先判断自重湿陷性 1 5层为非自重湿陷性土层 山西 计算总湿陷量 基底下5m内取1 5 5 10m取1 10m下按 0取值 取0 5 据 zs及 s查表可确定该地基为 级 地基处理消除地基的全部或部分湿陷量 或采用基础 桩基础穿透全部湿陷性土层 垫层法 夯实法 挤密法 桩基础 预浸水法 化学加固法等 防水措施做好整个建筑场地的防水 排水工作 结构措施减小建筑物的不均匀沉降 或使结构适应地基的变形 选择适宜的结构体系和基础型式 加强结构的整体性与空间刚度 预留适应沉降的净空 9 3膨胀土地基 定义 指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成 同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土 危害 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 实际上 它具有较强烈的膨胀和收缩变形性质 a 山墙对称斜裂缝 b 外纵墙水平裂缝 c 墙面交叉裂缝 分布特征 膨胀土多出露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 物理性质特征 膨胀土的粘粒含量很高 粒径小于0 002mm的胶体颗粒含量往往超过20 塑性指数IP 17 且多在22 35之间 天然含水量与塑限接近 液性指数IL常小于零 呈坚硬或硬塑状态 膨胀土的颜色有灰白 黄 黄褐 红褐等色 并在土中常含有钙质或铁锰质结核裂隙特征 膨胀土中的裂隙发育 有竖向 斜交和水平裂隙三种 自由膨胀率 将人工制备的烘干样浸泡于水中 经充分吸水膨胀稳定后所增加的体积与原体积之比 称为自由膨胀率 膨胀率 在一定压力下 浸水膨胀稳定后 试样增加的高度与原高度之比 线缩率 指土样的垂直收缩变形与原始高度之比 膨胀力pe 指原状土样在体积不变的条件下 由于浸水产生的最大内应力 由膨胀力试验测定 收缩系数 在直线收缩阶段 线缩率与含水量的改变值之比 缩限 s 膨胀土地基的评价 膨胀土的判别 膨胀潜势 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 当具有如前所述膨胀土的一般特征 且自由膨胀率 ef 40 的土 应判定为膨胀土 膨胀土地基的胀缩等级 地基土的胀缩变形量 建筑设计措施 场址选择 总平面布置 单体建筑设计 结构设计措施 上部结构方面 基础设计方面 地基处理 施工措施 场址选择应符合下列要求 一 具有排水畅通或易于进行排水处理的地形条件 二 避开地裂 冲沟发育和可能发生浅层滑坡等地段 三 坡度小于14 并有可能采用分级低挡土墙治理的地段 四 地形条件比较简单 土质比较均匀 胀缩性较弱的地段 五 尽量避开地下溶沟 溶槽发育 地下水变化剧烈的地段 总平面设计宜符合下列要求 一 同一建筑物地基土的分级变形量之差 不宜大于35mm 二 竖向设计宜保持自然地形 避免大挖大填 三 挖方和填方地基上的砖混结构房屋 应考虑挖填部分土中水分变化所造成的危害 四 应考虑场地内排水系统的管道渗水或排水不畅对建筑物升降变形的影响 五 对变形有严格要求的建筑物 应布置在膨胀土埋藏较深 胀缩等级较低或地形较平坦的地段 单体建筑设计 建筑物体型应力求简单 并控制房屋长高比 必要时可采用沉降缝分隔措施隔开 屋面排水宜采用外排水 雨水管不应布置在沉降缝处 在雨水量较大地区 应采用雨水明沟或管道进行排水 做好室外散水和室内地面的设计 根据胀缩等级和对室内地面的使用要求 必要时可增设石灰焦碴隔热层 碎石缓冲层 对 级膨胀土地基和使用要求特别严格的地面 可采取混凝土配筋地面或架空地面 上部结构方面 应选用整体性好 对地基不均匀胀缩变形适应性较强的结构 而不宜采用砖拱结构 无砂大孔混凝土砌块或无筋中型砌块等对变形敏感的结构 对砖混结构房屋 可适当设置圈梁和构造柱 并注意加强较宽的门窗洞口部位和底层窗台砌体的刚度 提高其抗变形能力 对外廊式房屋宜采用悬挑外廊的结构形式 基础设计方面 同一工程房屋应采用同类型的基础形式 对排架结构可采用独立柱基 将围护墙 山墙及内隔墙砌在基础梁上 基础梁下应预留100 150mm的空隙并进行防水处理 对桩基础 其桩端应伸入非膨胀土层或大气影响急剧层下一定长度 选择合适的基础埋深 往往是减小或消除地基胀缩变形的很有效途径 一般情况埋深不小于1m 可根据地基胀缩等级和大气影响强烈深度等因素按变形确定 对坡地场地 还需考虑基础的稳定性 地基处理 应根据土的胀缩等级 材料供给和施工工艺等情况确定处理方法 一般可采用灰土 砂石等非膨胀土进行换土处理 9 4红粘土地基 定义 石灰岩 白云岩等碳酸盐类岩石 在湿热气候条件下经长期化学风化作用形成的一种以红色为主的粘性土 液限一般大于50 有少数原地红粘土经间歇性水流搬运再次沉积于低洼地区 当搬运沉积后仍能保持红粘土基本特征 且液限大于45 者称为次生红粘土 主要分布于云南 贵州 广西 湖南 湖北 安徽等丘陵山地 颜色 呈褐红 棕红 紫红及黄褐色土层厚度 一般3 10m 个别地带20 30m 厚度分布不均状态 沿深度方向上部硬 下部软 红粘土中网状裂隙发育 破坏了土体的完整性 在斜坡 陡坎处的竖向裂隙 容易引起滑坡 主要物理力学性质 天然含水量 30 60 与塑限接近含有较多粘粒 粘粒含量达55 70 Ip 20 50 为高塑性粘土孔隙比较大 e 1 1 1 7 常处于饱和状态 Sr 85 强度高 c 40 90kPa 8 10 中低压缩性 a1 2 0 3MPa 1地基承载力高 一般fak 180 380kPa 红粘土地基设计要点 确定合适的持力层 尽量利用浅层坚硬 硬塑状态的红粘土作为地基的持力层 控制地基的不均匀沉降 当土层厚度变化大 或土层中存在软弱下卧层 石芽 土洞时 应采取必要的措施 如换土 填洞 加强基础和上部结构刚度等 使不均匀沉降控制在允许值范围内 控制红粘土地基的胀缩变形 当红粘土具有明显的胀缩特性时 可参照膨胀土地基 采取相应的设计 施工措施 以便保证建筑物的正常使用 9 5岩溶与土洞地基 定义 岩溶 或称喀斯特 指可溶性岩石经水的长期作用所形成的各种奇特地质形态 如石灰岩 泥灰岩 大理岩 石膏 盐岩受水作用可形成溶洞 溶沟 暗河 落水洞等一系列形态 1 石芽 石林 2 漏斗 3 落水洞 4 溶蚀裂隙 5 塌陷洼地 6 溶沟 溶槽 7 暗河 8 溶洞 9 钟乳石 石牙 石林 溶沟 漏斗 竖井 岩溶地区的地基基础设计 应全面 客观地分析 评价地基的稳定性 下列情况可以不考虑溶洞对地基的稳定性影响 溶洞被密实的沉积物填满 其承载力超过150kpa 且不存在被水冲蚀的可能性 洞体较小 基础尺寸大于洞的平面尺寸 并有足够的支承长度 微风化硬质岩石中 洞体顶板厚度接近或大于洞跨 对洞口较小的洞隙 宜采用镶补 嵌塞与跨盖的方法处理 对洞口较大的洞隙 宜采用梁 板和拱结构跨越处理 也可采用浆砌块石等堵塞措施 对规模较大的洞隙 可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理 对于围岩不稳定 风化裂隙破碎的岩体 可采用灌浆加固或清爆填塞等措施 处理措施 土洞地基 定义 土洞是岩面以上的土体在水的潜蚀作用下 遭到迁移流失而形成地表水形成的土洞 由于地表水下渗 土体内部被冲蚀而逐渐形成土洞或导致地表塌陷 地下水形成的土洞 当地下水位随季节升降频繁或人工降低地下水位时 水对结构性差的松软土产生潜蚀作用而形成的土洞 对土洞常用的处理措施 由地表水形成的土洞或塌陷地段 当土洞或陷坑较浅时 可进行挖填处理 边坡应挖成台阶形 逐层填土夯实 当洞穴较深时 可采用水冲砂 砾石或灌注C15细石混凝土 灌注时 需在洞顶上设置排气孔 另外 应认真做好地表水截流 防渗 堵漏工作 由地下水形成的塌陷及浅埋土洞 先应清除底部软土部分 再抛填块石作反虑层 面层可用粘性土夯填 深埋土洞可采用灌填法或采用桩 沉井基础 采用灌填法时 尚应结合梁 板或拱跨越办法处理的土洞 9 6冻土 根据持续时间可分为季节冻土与多年冻土 根据所含盐类与有机物的不同可分为盐渍化冻土与冻结泥炭化土 根据其变形特性可分为坚硬冻土 塑性冻土与松散冻土 根据冻土的融沉性与土的冻胀性又可分成若干亚类 保持地基土冻结状态的设计 架空通风基础填土通风管基础用粗颗粒土垫高的地基桩基础保温隔热地板基础底面延伸至计算的最大融化深度之下 第9章 地基地基的抗震设计 地基的震害 震陷地基土的液化地震滑坡与泥石流地裂基础的震害 沉降和不均匀沉降水平位移受拉破坏 场地的类别划分 场地可分为三到四类 场地覆盖层厚度的确定方法一般情况下 应按地面至剪切波速大于500m s的坚硬土层或岩层顶面的距离确定 当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2 5倍的下卧层 且其下卧岩土层的剪切波速均不小于