浅谈特殊土的工程特性及地基处理

1、 浅谈区域性特殊土的工程特性及地基处理 卜志勇（安徽建筑工业学院09安全工程1班）摘要:本文通过对特殊土的简单介绍，阐述了软土、湿陷性黄土、红粘土、膨胀土等区域性特殊土的工程特性，进而详细地表达了不同特殊土地基的处理方法。关键字：特殊土 工程特性 地基处理前 沿我国幅员广大，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，使一些土类具有特殊的成分、结构、工程地质，从而形成了各种各样的区域性特殊土。当其作为建筑场地、地基、建筑环境时，由于它们自身的不同特点，如果不采取相应的措施，就会造成工地上的重大事故。因此，只有掌握了它们各自的特点，才有利于工程建设。一 软土的工程特性及地基处

2、理1.1软土的工程特性软土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。这类土的物理特性大部分是饱和的，含有机质，天然含水量大于液限，孔隙比大于1。当天然孔隙比大于1.5时，称为淤泥；天然孔隙比大于1而小于1.5时，则称为淤泥质土。这类土的抗剪强度很低，压缩性较高，渗透性很小，并具有结构性，广泛分布于我国东南沿海地区和内陆江河湖泊的周围，是软弱土的主要土类，通称软土1一般具有下列工程特性：（1）含水量较高，孔隙比大。一般含水量为35%80%，孔隙比为12。（2）抗剪强度很低。根据土工试验的结果，我国软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa，其变化范围在525kPa；有效内摩擦角约为

3、20°35°；固结不排水剪内摩擦角12°17°。正常固结的软土层的不排水抗剪强度往往是随距地表深度的增加而增大，每米的增长率约为12kPa。加速软土层的固结速率是改善软土强度特性的一项有效途径。（3）压缩性较高。一般正常固结的软土的压缩系数约为1-2=0.51.5MPa-1，最大可达1-2=4.5MPa-1；压缩指数约为Cc=0.350.75（4）渗透性很小。软土的渗透系数一般约为1×10-61×10-8cm/s（5）具有明显的结构性。软土一般为絮状结构，尤以海相粘土更为明显。这种土一旦受到扰动，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。我国

4、沿海软土的灵敏度一般为410，属于高灵敏度土。因此，在软土层中进行地基处理和基坑开挖，若不注意避免扰动土的结构，就会加剧土体变形，降低地基土的强度，影响地基处理效果。（6）具有明显的流变性。在荷载作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固结沉降。1.2软土的地基处理要求 应根据软土地区的特点，场地具体条件，综合建筑物的结构类型，对地基的要求按照一定的原则，选择合理处理方法进行处理。软土地区经常出现的问题及处理方法有以下几种：1.对地区经常出现的问题及处理方法有以下几种2(1)当范围不大时，一般采用基础加深或换填处理。(

5、2)当宽度不大时，一般采用基础梁跨越处理。(3)当范围较大时，一般采用短桩处理，短桩的类型有砂桩、碎石桩、灰土桩、施喷桩、和预测桩。桩的设计参数宜用试验确定。2.对表层及浅层不均匀地基及软土的处理(1)对不均匀地基采用机械碾压法或务实法。(2)对浅层软土常用垫层法。3.对深层软土的处理(1)排水固结法：对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法3。(2)桩基础：对荷载下，沉降限制严格的建筑物，宜用桩基础，以达到有效的沉降量或差异沉

6、降量的要求。二湿陷性黄土的工程特性及地基处理2.1湿陷性黄土的工程特性黄土是干旱或半干旱气候条件下的沉积物，在生成初期，土中水分不断蒸发，土孔隙中的毛细作用，使水分逐渐集聚到较粗颗粒的接触点处。同时，细粉粒、粘粒和一些水溶盐类也不同程度的集聚到粗颗粒的接触点形成胶结。我国大部分湿陷性黄土的工程地质特性为:可塑性较弱;含水量较少;压实程度很差,孔隙比较大;抗水性很弱,遇水强烈崩解,膨胀量较小,但是失水收缩较明显;有很强的透水性;强度较高,因为压缩中等,抗剪强度较高4。湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉，除上述在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外，还在于土的欠压密状态，干旱气候条

7、件下，无论是风积或是坡积和洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。接近地表2-3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在250500ram，而蒸发量却远远超过降雨量，因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右，或更低一些。在竖向剖面上，我国湿润陷性黄土的孔隙比一般随深度增加而减小，其含水量则随深度增加而增加，

8、有的地区这种现象比较明显，为此较薄的湿陷性土层往往不具自重湿陷或自重湿陷不明显5。下图是我国湿润陷性黄土的孔隙比：孔隙比(e)地名平均值常见值兰州1.080.851.27西安1.040.851.22太原0.960.821.13洛阳0.930.821.03延安1.171.001.32子长1.040.891.22 表1 我国湿陷性黄土的孔隙2.2 湿陷性黄土的地基处理 对于各类建筑进行地基处理时，地基处理有以下要求：1.甲类建筑6对于甲类建筑进行地基处理时，应穿透全部湿陷土层或消除地基全部湿陷量，处理厚度要求：(1)非自重湿陷性黄土场地，应将基础下湿陷起始压力小于附加压力与上覆土的饱和自重压力之和

9、的所有土层进行处理，或处理至基础以下的压缩层下限为止。(2)在自重湿陷性黄土场地，应处理基础以下的全部湿陷性土层。2.乙类建筑对于乙类建筑进行地基处理时，应消除基础部分湿陷性，其最小处理厚度为：(1) 非自重湿陷性黄土场地,不应小于压缩层厚度的2/3。(2)自重湿陷性黄土场地，不应小于压缩层土层的2/3，并控制未处理土层的湿陷量不大于20cm。(3)若地基的宽度大或湿陷性土层的厚度大，处理2/3压缩层或2/3湿陷性土层有困难时，在建筑物范围内应采用整片处理，处理厚度前者不小于4m,后者不小于6m7.3.丙类建筑对于丙类建筑进行地基处理时，应消除基础部分湿陷性，方法同上。4.丁类建筑此类建筑的地

10、基一律不处理。三膨胀土的工程特性及地基处理3.1膨胀土的工程特性 膨胀土是指含有大量的强亲水性粘土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的高塑性粘土。一般具有下列工程特：(1)膨胀量、膨胀力均较小。试验表明，当上覆荷载压力由P=0增加至P=I6kPa时，其膨胀量能减少40 ；当增加至P=25kPa时，其膨胀量减少70 80 ，因此该膨胀土困膨胀对路基产生影响小，但其收缩产生的地裂破坏作用大，主要表现在路基经受长久千湿季节的反复收缩时，其裂隙不断发展，当有水渗入时，膨胀软化，从而影响路基稳定。(2)吸水膨胀，强度降低。膨胀土厦水后体积膨胀，其强度降低，尤其击实后的膨胀土，密实

11、度较高，而遇较多的水分补结时，其强度降低幅度较大。(3)裂隙发育。裂隙有竖向、斜交、水平3种，地表1-2m深度内见竖向张裂隙，裂面粗糙，上大下小逐渐尖灭；裂面呈油脂光泽或腊状光泽，有的裂隙面有擦痕及铁锰氧化物薄膜，裂隙中常充填灰绿、灰白色粘性土。(4)易风化。沿线膨胀土属强风化层。路基开挖后，土体在风化应力作用下，很快会产生碎裂、剥落和泥化现象，使土体结构破坏、强度降低。(5)压实困难。当天然含水量比较高时，粉碎压实需将土的含水量降到重型击宴标准的最佳含水量，在汀准多雨地区十分困难，凉晒费时费工，既影响工程进度，又增加成本，即使按重型击实标准压实到规定的密实度，若不做其它防护处理时，遇水浸泡后

12、仍膨胀变形，路基不能保持长久稳定。3.2膨胀土的地基处理根据下图的胀缩等级，当地材料及施工工艺等，进行综合技术经济比较后确定处理方法，有如下几种办法8： 地基分级变形量Sc(mm)级别15Sc3535Sc70Sc70 表二 膨胀土地基的胀缩等级(1) 换土垫层：可采用膨胀土或灰土，换土厚度通过计算确定。(2) 砂石垫层：平坦土地上、级膨胀土膨胀土地基可采用这种方法，厚度不应小于300mm,垫层厚度应大于垫底厚度,两侧宜用相同材料回填，并做好防水处理9。(3) 桩基础：桩基础应穿过膨胀土层，使桩尖进入非膨胀土层或伸入大气影响急剧层以下一定的深度，桩端可发挥锚固作用抵抗膨胀土对上部的上拔力。另外，

13、在美国采用石灰浆灌入法，加固膨胀土地区铁路路基；澳大利亚采用移去树或在树木与房屋中间设置竖直隔墙及深基托换等方法来减少或避免大树吸水与蒸发引起的房屋破坏。对于补偿垫底，化学固化处理，预侵水等方法不再赘述，可参看相关书目。四红粘土的工程特性及地基处理4.1红粘土的工程特性红粘土是指亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石(石灰石，白云石，泥质泥石等)经强烈风化后形成的残积、坡积的褐红色、棕红色或黄褐色的一种高塑性粘土。下图较好的反映了其颜色，其一般具有下列工程特性：(1)天然含水量高、低密度。天然含水量一般为4060，最高达90，密度小天然孔隙比一般为1.41.7，最高为2，具有大孔隙性。(2)塑性高

14、和分散性。塑限一般为4060，最高达90，塑性指数一般为2050。由于塑性很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，甚至饱水的红黏土也是坚硬状态的。图一 亚热带的红粘土颜色图 (3)压缩性较低。红粘土的压缩性一般不高，例如：潞西市芒别水库、蚌相水库、77332部队营区等的土样在100200kPa压力范围内，压缩系数均在0.10.5Mpa-1之间，按照分类标准，均属中等或中等偏低压缩性土，这对控制坝体和地基的沉陷量是有利的。但是该类土ep关系曲线多为光滑曲线，且保持一定的坡度，也就是说压缩变形尚未达到稳定。(4)渗透性好。由于红粘土中的游离氧化铁胶结作用水稳性较好，胶结体在水中不易

15、分散，故其抗渗性比较好。又由于该类土中存在着大小集合体，集合体间存在较大孔隙，故其渗透系数比分散性粘土的渗透系数相对要大，一般在1×10-41×10-7cm/s之间。(5)抗剪强度。红粘土虽然一般含水量较高，干容重较低，孔隙比较大，但这类土的抗剪强度值并不低，其内磨擦角一般在20o30o之间，凝聚力一般在20100kPa之间，这类土用作筑坝材料，其强度值是能满足要求的。4.2红粘土的地基处理红粘土地基的处理要针对地基不均匀性、土硐、地裂等问题进行，要坚持采取地基处理，基础设计和结构调整相合的方法，搞好红粘土的地基的处理。1. 对地基不均匀性红粘土处理应优先考虑地基处理为主的

16、措施，宜采用改变基宽，调整相邻地基基底压力、增减地基埋深，使基底下可压缩土厚相对均一，对外露石芽，可用压缩材料褥垫处理；对土层厚度状态分布不均匀的地段，用低压缩的材料作置换处理。2.红粘土地基中土硐处理(1)对于红粘土地基中只有个别土硐存在，且对地基稳定性影响不大时，分两种：,当浅埋土硐，实行地面开挖，消除软土，用块石回填，再加毛石混凝土至底面下0.3m,再用土夹石填至基础底面即可；当深埋土硐，地面上对准硐体顶板，打砖孔多个，用水冲法将砂砾石灌进洞里。若灌注困难，可借助压力灌注细石混凝土10。(2) 对于红粘土地基中含有较多土硐时，其其有发展趋势，对地基稳定性影响较大应考虑放弃红粘土地基，采用

17、桩基础，以下伏基岩作持续力。3. 红粘土地基中地裂处理详细了解地裂的情况，根据实际情况，除与图硐地面塌陷有关的地裂处，其余所有地裂都要进行充填封实，防治地表水下渗，使深部红粘土软化，形成土硐，地基失去稳定。在填实了的地裂上施工建筑时，采用梁、拱跨越，并在基础设计和建筑结构上，采取相应的措施。队友潜在的发展的地裂，在其密保地段和建伸地带，不宜拟建新的建筑物。总结通过以上简单地介绍，我们了解了区域性特殊土的工程特性，并对各种特殊土的地基处理有了较为清楚认识，较好的帮助我们在建筑工程上减少重大事故。然而由于文章蝙蝠的限制，我未能够全面的介绍各种区域性特殊土的地基处理。另外，本文只说了较为常见的软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土，对于那些不常见的如冻土、盐渍土、人工填土和污染土等未作介绍，想了解可参考相关文件。参考文献1 邵艳. 工程地质. 合肥: 合肥工业大学出版社. 2008. 1481492 侯兆霞等. 特殊土地基. 北京: 中国建材工业出版社. 2007. 31333 杨小平. 建筑地基基础. 广州: 华南理工大学出版社. 2007. 1221234 赵明华. 基础工程. 北京: 高等教育出版社.