地基基础工程设计第七章特殊土地基.ppt

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1、基基 础础 工工 程程第第 7 章章特特 殊殊 土土 地地 基基内容提要 膨胀土地基膨胀土地基湿陷性黄土地基湿陷性黄土地基岩溶与土洞岩溶与土洞红粘土地基红粘土地基其他特殊土介绍其他特殊土介绍7.1 膨胀土地基 膨胀土是一种非饱和的、结构不稳定的高塑性粘性土，主要有亲水性矿物蒙脱石和伊利石组成，并具有显著的吸水膨胀和失水干缩变形的特性。在天然状态下工程性质良好，强度较高，压缩性较低，因而过去常被看作是一种较好的天然地基。国际上对膨胀土的定义不一，我国在国家标准膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87）（简称膨胀土规范）中，将膨胀土定义为：土中粘性成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和

2、失水收缩两种变形特性的粘性土。众所周知，一般粘性土也都有膨胀收缩特性，但其变形量较小，对工程没有太大的实际意义；而膨胀土的膨胀-收缩的周期性变化特性非常显著，并常给工程带来极大的危害，因而将其从一般粘性土中区分出来，作为特殊土对待。7.1 膨胀土地基 国际上对膨胀土的定义不一，我国在国家标准膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87）（简称膨胀土规范）中，将膨胀土定义为：土中粘性成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。众所周知，一般粘性土也都有膨胀收缩特性，但其变形量较小，对工程没有太大的实际意义；而膨胀土的膨胀-收缩的周期性变化特性非常显著，并常给工程带

3、来极大的危害，因而将其从一般粘性土中区分出来，作为特殊土对待。膨胀土这种显著的吸水膨胀、失水收缩特性，给工程建设带来极大危害，是大量的轻型房屋开裂倾斜，公路路基发生破坏，堤岸路堑发生滑坡。1973年美国土木工程学会曾进行统计报导，在美国由于膨胀土地基造成的损失，至少达23亿美元。据不完全统计，我国在膨胀土地区修建的各类工业与民用建筑物，由于膨胀土胀缩性而导致破坏或损坏的有1000万m2。膨胀土带来的病害非常严重，已引起了国际上学术界和工程界的高度重视。膨胀土的工程性质影响膨胀土胀缩特性的主要因素 膨胀土胀缩特性机理相当复杂，定性分析认为膨胀土的胀缩特性可归因于内在机制（矿物成分和含量、微观结构

4、等）和外界因素（气候条件、地形地貌）两个方面。主要工程特性指标 膨胀土的主要工程特性指标有自由膨胀率、膨胀率、线缩率和收缩系数和膨胀力。1）自由膨胀率自由膨胀率表示膨胀土在无结构力影响下和无压力作用下的膨胀特性，可反映土的矿物成分和含量，用于初步判定是否为膨胀土。是人工制备的烘干土在水中增大的体积与原有体积之比，按下式计算 （7-1）式中 土样在水中膨胀稳定后的体积，ml；土样的原有体积，ml。膨胀率膨胀率是指原状土样在一定压力作用下，处于侧限条件浸水膨胀后，土样增高的高度与原高度之比。按下式计算 （7-2）式中 侧限条件下土样浸水膨胀稳定后的高度，mm；土样的原始高度，mm。膨胀土地基评价进

5、行膨胀土场地的评价，应查明建筑场地内膨胀土的分布及地形地貌条件，根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标综合评价，必要时尚应进行土的矿物成份鉴定及其他试验。1膨胀土的判别我国目前采用综合的判别方法，也即根据现场的工程地质特征、土的自由膨胀率和建筑物的破坏特征三部分来综合判定，其中前两者是用来判别是否是膨胀土的主要依据，但又不是惟一因素。按膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87）规定：具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率大于或等于40%的土，应判定为膨胀土：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

6、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。2膨胀土的膨胀潜势不同胀缩性能的膨胀土对建筑物的危害程度明显不同。故判定为膨胀土后还要进一步确定膨胀土的胀缩性能，即胀缩强弱。较小的膨胀土，膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微；较大的膨胀土，膨胀潜势较强，建筑物损坏严重。按的大小划分土的膨胀潜势强弱，以判别土的胀缩性高低，见表7-1所示。自由膨胀率/%膨胀潜势40%65%弱65%90%中90%强自由膨胀率/%膨胀潜势65%弱90%中90%强膨胀土的胀缩等级 膨胀土地基评价，应根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混房屋

7、的影响程度进行。地基的胀缩等级可按表7-2分为三级。计算分级变形量时，膨胀率的压力取50kPa。地基分级变形量/mm级 别1535357070膨胀土的建筑场地根据地形地貌条件，建筑场地可分为下列两类：1）平坦场地：地形坡度小于5；地形坡度大于5小于14，距坡肩水平距离大于10m的坡顶地带。2）坡地场地：地形坡度大于或等于5；地形坡度虽然小于5，但同一座建筑物范围内局部地形高差大于1m。膨胀土地基变形量计算膨胀土地基变形量可按下列三种情况分别计算：1当离地表1m处地基土的天然含水量等于或接近最小值时，或地面有覆盖且无蒸发可能时，以及建筑物在使用期间，经常有水浸湿的地基，可按膨胀变形量计算；2当离

8、地表1m处地基土的天然含水量大于1.2倍塑限含水量时，或直接受高温作用的地基，可按收缩变形量计算；3其他情况下可按胀缩变形量计算。1地基土的膨胀变形量，应按下式计算：(a)(b)(c)图图7-3 地基土地基土变变形形计计算示意算示意图图膨胀土地基的承载力可按下列规定确定：1现场浸水载荷试验方法确定对荷载较大的建筑物或没有建筑经验的地区采用这种方法，可以得到较精确可靠的地基承载力数值。通过实验绘制各级荷载下的变形和压力曲线即曲线，确定土的破坏荷载，取破坏荷载的一半为地基土承载力基本值。在特殊情况下，可按地基设计要求的变形值在曲线上选取所对应的荷载作为地基土承载力的基本值。2根据土的抗剪强度指标计

9、算采用饱和三轴不排水快剪试验确定土的抗剪强度指标，并利用公式来计算地基承载力设计值。3经验法某些地区已有大量的试验资料，制定了承载力表，可供一般工程采用。如无资料，可按表7-4来确定。膨胀土地区的工程措施1场址选择选择具有排水畅通或易于进行排水处理的地形条件；避开地裂、冲沟发育和可能发生浅层滑坡等地段；坡度小于14并有可能采用分级低档土墙治理的地段；地形条件比较简单，土质比较均匀，胀缩性较弱的地段；尽量避开地下溶沟、溶槽发育、地下水变化剧烈的地段。2总平面设计同一建筑物地基土的分级变形量之差不宜大于35mm；竖向设计宜保持自然地形避免大挖大填；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

10、分变化所造成的危害；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；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。膨胀土地区的工程措施3防排水、防滑动场地内的排洪沟、截水沟和雨水明沟，其沟底均应采取防水处理，以防渗漏。排洪沟、截水沟的沟边土坡，应设支挡，防止坍滑。地下排水管道接口部位应采取措施防止渗漏，管道距建筑物外墙基础外缘的净距不得小于3m。建筑场地平整后的坡度，在建筑物周围2.5m的范围内，不宜小于2%。4场地绿化场地内的绿化，应根据气候条件、膨胀土等级，结合当地经验采取下列相应的措施：在建筑物周围散水以外的空地，宜多种植草皮和绿篱；在距

11、离建筑物4m以内可选用低矮，耐修剪和蒸腾量小的果树，花树或松、柏等针叶树；在湿度系数小于0.75或孔隙比大于0.9的膨胀土地区，种植桉树、木麻黄、滇杨等速生树种，应设置灰土隔离沟，沟与建筑物距离不应小于5m。5基础埋深确定基础埋深应综合考虑下列条件：场地类型；膨胀土地基胀缩等级；大气影响急剧层深度；建筑物的结构类型；作用在地基上的荷载大小和性质；建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造；相邻建筑物的基础埋深。在地震区的高层建筑物基础埋深应经地基稳定性验算后确定。7.2 湿陷性黄土地基黄土的特征与分布 湿陷性黄土是黄土的一种，凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构

12、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。湿陷性黄土地基的湿陷特性，对建筑物存在不同程度的危害，使建筑物大幅度沉降、坼裂、倾斜甚至严重影响其安全和正常使用。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，约为40万km2，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。按工程地质特征和湿陷性强弱程

13、度，可将湿陷性黄土划分为7个分区。黄土湿陷机理与影响因素1黄土的湿陷机理黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，其湿陷机理国内外存在各种不同假说，如溶盐假说、毛管假说、胶体不足假说、欠压密理论和结构学假说等。但至今尚未获得能够充分解释所有湿陷现象和本质的统一理论。1）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，由于蒸发量大，水分减少，盐类析出，胶体凝结产生了加固内聚力。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

14、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。欠压密理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。欠压密理论没有涉及到具体的机理和作用，而是把复杂的物理化学作用笼统地归结为欠压密状态，避开了某些争论不休而暂时不能作出结论的假说。事实上，黄土高孔隙度的产生不是简单的物理压密不足过程形成的，它与黄土形成过程中的风化成土作用以及盐类淋溶、凝聚作用分不开，后者将改变土的表面活性，影响土的液限和塑限。因此，黄土欠压密状态的形成不仅与物理压密过程有关，也受到风化成土过程中胶

15、体化学变化的影响。黄土湿陷机理与影响因素2）结构学说这一学说通过对黄土的微观结构的研究，从土中骨架颗粒形态，接触关系，排列方式，胶结物种类与赋存状态，胶结类型等结构特征，来阐明湿陷现象的产生以及湿陷强弱程度差别的原因。该学说认为，黄土湿陷的根本原因是其特殊的粒状架空结构体系所造成。该结构体系由粒集和碎屑组成的骨架颗粒相互连接形成，含有大量架空孔隙。颗粒间的连接强度是在干旱、半干旱条件下形成的，来源于上覆土重的压密，少量的水在粒间接触处形成毛管压力，粒间电分子引力，粒间摩擦及少量胶凝物质的固化粘聚等。该结构体系在水和外荷载作用下，必然导致连接强度降低，连接点破坏，致使整个结构体系失去稳定。3）溶

16、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。黄土湿陷机理与影响因素4）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

17、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，仍然有很大的湿陷性。5）胶体不足假说认为黄土的湿陷与矿物成分和颗粒粒径有关。若黄土中小于0.05mm的颗粒超过10%且当伊利石和蒙脱石含量高时，黄土的湿陷微不足道。若黄土中小于0.05mm的颗粒不足10%或高岭石含量为主时，则黄土可能湿陷。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。因此，单从粘粒含量的多少来判断黄土的湿陷性强弱是不够的，还与粘粒的赋

18、存状态有关。6）水膜楔入假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，像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（如湿陷性的强弱、自重湿陷与非自重湿陷等）的产生。综上所述，黄土的湿陷现象是一个复杂的过程，湿陷的原因和机理不是目前已提出的哪一个假说所能完全解释清楚的，它受到多方面因素的制约与影响。影响黄

19、土湿陷性的主要因素从解释黄土湿陷机理的观点来看，可将其湿陷因素归结为内因和外因两个方面。黄土受水侵湿和荷载作用是湿陷发生的外因，黄土的结构特征及物质成分是产生湿陷性的内在因素。1）物质成分黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。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。这些情况都会使湿陷性降低并使力学性质得到改善。反之，粒径大于0.05mm的颗粒增多，胶结物多呈薄膜状分布，骨架颗粒多数彼此直接接触，则结构疏松，强度降低而湿陷性增强。我国黄土湿陷性存在由西北向东南递减的趋势，这与自

20、西北向东南方向砂粒含量减少而粘粒含量增多是一致的。此外，黄土中的盐类，如以较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时，湿陷性减弱，但石膏及易溶盐的含量愈大时，湿陷性增强。影响黄土湿陷性的主要因素2）黄土的物理性质黄土的湿陷性与其空隙比和含水量等土的物理性质有关。天然孔隙比愈大，或天然含水量愈小则湿陷性愈强。饱和度大于等于80%的黄土，称为饱和黄土，饱和黄土的湿陷性已退化。在天然含水量相同时，黄土的湿陷变形随湿度的增加而增大。3）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。但受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条

21、件；而黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。此外，黄土的湿陷性还与所受压力的大小有关。在天然孔隙比和含水量不变的情况下，随着压力的增大，黄土的湿陷量增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减少。湿陷性黄土的物理性质湿陷性黄土也是由固、液、气三相组成的，其三相组成间重量和体积的比例关系，可以反映出一系列物理性质，这些性质常用以下一系列指标表示：颗粒组成，土粒比重，含水量，重度，孔隙比，饱和度等。黄土的湿陷性评价1湿陷性的判定黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数值来判定，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

22、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场地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。对两种湿陷性黄土地基，所采取的设计和施工措施应有所区别。因此，必须正确划分场地的湿陷类型。湿陷性黄土地基的处理当地基的压缩变形、湿陷变形或强度不能满足设计要求时，应针对不同土质条件和建筑物的类别，在地基压缩层内或湿陷性土层内采取处理措施。湿陷性黄土地基的处理应符合，对甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或穿透全部湿陷性土层

23、；对乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。湿陷性黄土的处理方法有，垫层法、夯实法、挤密法、桩基法等。1垫层法垫层法可分为局部垫层和整片垫层，当仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用局部或整片土垫层；当同时要求提高土的承载力或水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层。垫层的平面处理范围应按规范要求计算确定。控制垫层质量的压实系数应满足，当垫层厚度不大于3m时，其压实系数不得小于0.98；当垫层厚度大于3m时，其压实系数不宜小于0.95。垫层的承载力设计值对土垫层不宜超过180kPa；对灰土垫层不宜超过250kPa。当有试验资料时，可按试验结果确定。湿陷性黄土地基的处理2夯实法当要求消除湿陷性的土层厚

24、度为3-6m时，宜采用强夯法；当要求消除湿陷性的土层厚度为1-2m时，宜采用重夯法。但在房屋密集的地区和有精密仪表设备的房屋附近，采用上述方法时应采取行之有效的防振或隔振措施。采用强夯法处理湿陷性黄土地基时，地基的处理范围应大于基础的平面尺寸，每边超出基础外缘的宽度不宜小于3m。采用强夯法处理湿陷性黄土地基，土的含水量宜低于塑限含水量1-3%，在拟夯实的土层内，当土的含水量低于10%时，宜加水至塑限含水量；当土的含水量大于塑限含水量3%时，宜采取措施适当降低其含水量。对地基进行强夯施工，夯锤质量、落距、夯点布置、夯击遍数和夯击次数等参数应与试夯所确定的相同，施工中并应有专人监测和记录。夯击遍数

25、宜为2-3遍，第一遍夯点宜按正三角形布置，夯点中距可为锤底直径的1.5-2.2倍，其它各遍夯点宜满堂布置。土的含水量适中时，各遍夯点可采取连续夯击。最末一遍夯击后，宜以4-6m落距对表层松土夯实，也可将其压实或清除，夯面以上并宜设置一定厚度的灰土垫层。湿陷性黄土地基的处理3挤密法采用挤密法处理地基的宽度，当为局部处理时，在非自重湿陷性黄土场地，每边宜超出基础宽度的0.25倍，并不应小于0.5m；在自重湿陷性黄土场地，每边宜超出基础宽度的0.75倍，并不应小于1m。当为整片处理时，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，宜大于处理厚度的一半。成孔挤密可选用沉管、爆扩、冲击等方法。对含水量小于10%或大

26、于23%的地基土，不宜选用爆扩挤密。成孔挤密宜由外向里、间隔分批进行，孔成后应立即进行夯填，预留松动层的厚度；采用机械成孔宜为0.3-0.7m；采用爆扩成孔宜为1-2m，冬季施工可适当增大预留松动层的厚度。整片挤密地基时在基底下宜设置0.5m厚的灰土（或土）垫层。孔内填料的夯实质量，应及时抽样检查，其数量不得少于总孔数的2%，每台班并不应少于1孔，在全部孔深内宜每米取土样测定其干密度，检测点的位置应在距孔心2/3孔的半径处。孔内填料的夯实质量，也可通过现场试验测定。湿陷性黄土地基的处理4桩基础当采用桩基础时，应穿透湿陷性黄土层，对非自重湿陷性黄土场地，桩底端应支承在压缩性较低的非湿陷性土层中。

27、对自重湿陷性黄土场地桩底端应支承在可靠的持力层中。自重湿陷性黄土场地单桩承载力的确定，除不计湿陷性土层范围内的桩周正摩擦力外，尚应扣除桩侧的负摩擦力。正、负摩擦力的数值，宜通过现场试验确定。桩侧负摩擦力的计算深度，应自桩的承台底面算起，至其下非湿陷性的土层顶面为止。桩基础的施工应符合，预制桩的入土深度和贯入度均应符合设计要求；灌注桩成孔后必须将孔底清理干净。5预浸水法预浸水法可用于处理湿陷性土层厚度大于10m、计算自重湿陷量不小于50cm的场地。施工前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。浸水坑边缘至已有建筑物的距离不宜小于50m，并应防止由于浸水影响附近建筑物和场地边坡的稳定

28、性。浸水坑的边长不得小于湿陷性土层的厚度，当浸水坑的面积较大时，可分段进行浸水。浸水坑内水位不应小于30cm，连续浸水时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于5mm。地基预浸水结束后，在基础施工前应进行补充勘察工作，重新评定地基的湿陷性，并应采用垫层法或强夯法等处理上部湿陷性土层。岩溶与土洞 岩溶的发育条件 岩溶的形成是由于水对岩石的溶蚀结果，因而其形成条件是必须有可溶于水而且是透水的岩石；同时，水在其中是流动的、有侵蚀力的。这就是说，造成岩溶的物质基础有两个方面：岩体和水质，而水在岩体中是流动的。岩溶形态与分类岩溶也称喀斯特（Karst），是可溶性岩层（石灰岩、白云岩、石

29、膏、岩盐等）以被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴随有机械作用而形成沟槽、裂隙、洞穴，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。即岩溶是由于地表水或地下水对可溶性岩石溶蚀的结果而产生的一系列地质现象。岩溶形态是可溶岩被溶蚀过程中的地质表现，可分为地表岩溶形态和地下岩溶形态。地表岩溶形态有溶沟（槽）、石芽、漏斗、溶蚀洼地、坡立谷、溶蚀平原等；地下岩溶形态有落水洞（井）、溶洞、暗河、天生桥等。1-石林；2-溶沟；3-漏斗；4-落水洞；5-溶洞；6-暗河；7-钟乳石；8-石笋 图7-5 岩溶形态示意图图图7-6 石钟乳、石笋和石柱石钟乳、石笋和石柱 图图7-7 天生桥天生桥岩溶地基稳定性

30、评价在碳酸盐类岩石地区，当有溶洞、溶蚀裂隙、土洞等存在时，应考虑其对地基稳定性的影响，必要时采取措施处理。1岩溶对地基稳定性的影响1）在地基主要受力层范围内，若有溶洞、暗河等，在附加载荷或振动载荷作用下，溶洞顶板坍塌，使地基突然下沉；2）溶洞、溶槽、石芽、漏斗等岩溶形态造成基岩面起伏较大，或者有软土分布，使地基不均匀沉降；3）基础埋深在基岩上，其附近有溶沟、竖向溶蚀裂隙、落水洞等，有可能使基础下岩层沿倾向于上述临空面的软弱结构面产生滑移；4）基岩和上覆土层内，由于岩溶地区较复杂的水文地质条件，易产生新的岩土工程问题，造成地基恶化。岩溶地基稳定性评价2地基稳定性的定性评价1）当场地存在下列情况之

31、一时，可以定为未经处理不宜作为地基的不利地段：（1）浅层地基或溶洞群，洞径大，且不稳定的地段；（2）埋藏的漏斗、槽谷等，并覆盖有软弱土体的地段；（3）岩溶水排泄不畅，可能暂时淹没的地段。2）当地基属于下列条件之一时，对二、三级工程可不考虑岩溶稳定性的不利影响：（1）基础底面以下土层厚度大于独立基础宽度的3倍或条形基础宽度的6倍，且不具备形成土洞或其他地面变形的条件；（2）基础底面与洞体顶板间土层厚度虽小于（1）的规定，但符合下列条件之一时：洞隙或岩溶漏斗被密实的沉积物填满且无被水冲饰的可能；洞体有基本质量等级为一级或二级的岩体组成，顶板岩石厚度大于或等于洞跨；洞体较小，基础底面尺寸大于洞的平面

32、尺寸，并有足够的支撑长度；宽度或直径小于1m的竖向洞隙、落水洞近旁地段。岩溶地基稳定性评价（3）当不符合上述可不考虑岩溶稳定性不利影响的条件时，应进行洞体地基稳定性分析，并符合下列规定：顶板不稳定，但洞内有密实堆积物充填且无流水活动时，可认为堆积物能受力，作为不均匀地基进行评价；当能取得计算参数时，可将洞体顶板视为结构自承重体系进行力学分析；有工程经验的地区，可按类比法进行稳定性评价；当基础近旁有洞隙和临空面时，应验算向临空面倾覆后沿裂面滑移的可能性；当地基为石膏、岩盐等易溶岩时，应考虑溶蚀继续作用的不利影响；对不稳定的岩溶洞隙可建议采取地基处理措施或桩基础；常用的地基稳定性评价方法，是一种经

33、验比拟方法，仅适用于一般工程。其特点是，根据已查明的地质条件，结合基底荷载情况，对影响溶洞稳定性的各种因素进行分析比较，作出稳定性评价。岩溶地基处理措施在进行建（构）筑物布置时，应先将岩溶的位置勘察清楚，然后针对实际情况做出相应的防治措施。当建（构）筑物的位置可以移位时，为了减少工程量和确保建（构）筑物的安全，应首先设法避开有威胁的岩溶区，实在不能避开时，再考虑处理方案，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件等综合分析，因地制宜的采取下列处理措施。1）挖填即挖除溶洞中的软弱充填物，回填以碎石、块石或混凝土等，并分层夯实，以达到改良地基的效果。2）跨盖当洞埋藏较深或洞顶板不稳定时，可

34、采用跨盖方案。如采用长梁式基础或桁架式基础或刚性大平板等方案跨越。但梁板的支承点必须放置在较完整的岩石上或可靠的持力层上，并注意其承载能力和稳定性。3）灌注对于溶洞因埋藏较深，不可能采用挖填和跨盖方法处理时，溶洞可采用水泥或水泥粘土混合灌浆于岩溶裂隙中。岩溶地基处理措施4）洞底支撑或调整柱距对于规模较大的洞隙，可采用这种方法，必要时可采用桩基。5）设置“褥垫”在压缩性不均匀的岩土组合褥垫上，凿去局部突出的基岩（如石芽和大块孤石），在基础与岩石接触的部位设置“褥垫”（可采用炉渣、中砂、粗砂、土夹石等材料），以调整变形量。6）调整基础底面面积对有平片状层间夹泥或整个基底岩体都受到较强烈的溶蚀时，可

35、进行地基变形验算，必要时刻适当调整基础底面面积，降低基底压力。适当扩大基础底面面积，以防止地基不均匀沉降造成基础倾斜。7）排导洞中水的活动可使洞壁和洞顶溶蚀、冲刷或潜蚀，造成裂隙和洞体扩大，或洞顶坍塌。因而对自然降雨和生产用水应防止下渗，采用截排水措施，将水引导至它处排泄。土洞和地表塌陷的处理常用的处理措施有：1）处理地表水和地下水在建筑场地和地基范围内，认真作好地表水的截流、防渗、堵漏等工作，杜绝地表水渗入土层。这种措施对地表水形成的土洞和地表塌陷，可以起到治本作用。对形成土洞的地下水，当地质条件许可时，亦可考虑采用地下水截流、改道的办法，阻止土洞和地表塌陷的发展。2）挖填处理法这种措施多用

36、浅埋土洞。对地表水形成的土洞和塌陷，先挖除软土，后用块石、片石或毛石混凝土等回填。对地下水形成的土洞和塌陷，除挖除软土抛填块石外，还应做反滤层，面层用粘土夯实。3）灌砂法适用于埋藏深、洞径大的土洞。施工时，在洞体范围内的顶板地面上打两个或更多的钻孔，其中直径较小的孔(直径50mm)作排气用，直径较大的孔(直径大于100mm)作灌砂用。灌砂时，同时进行冲水，待小孔中冒出砂时为止。如果洞内有水，灌注困难，可用150号的细石混凝土作灌料进行压力灌注，或灌注水泥、砾石也可。此外，对直径和危害较小的深埋土洞，可以采用钢筋混凝土梁板跨越；对重要的建筑物可采用桩基，采用桩基时，易优先采用大直径嵌岩桩，一般情

37、况下，不宜采用打入式端承桩。为了达到较好的处理效果，常常综合采用以上处理措施。红粘土地基红粘土的定义红粘土是石灰岩、白云岩等碳酸盐系出露区的岩石在炎热湿润的气候条件下，经岩溶化、红土化作用之后，钙、镁流失，硅、铝、铁富集，形成覆盖在碳酸盐岩上的残坡积且呈棕褐、黄褐、褐红等色的高塑性粘土，其液限大于或等于50%的应判定为原生红粘土。原生红粘土经搬运、沉积后，仍保持其基本性质，且其液限在45-50%之间的粘土，可判定为次生红粘土。2红粘土的形成条件1）岩性条件在碳酸盐类岩石分布区内，经常夹杂着一些非碳酸盐类岩石，它们的风化物与碳酸盐类岩石的风化物混杂在一起，构成了这些地段红粘土成土的物质来源。故红

38、粘土的母岩是包括夹在其间的非碳酸盐类岩石的碳酸盐岩系。2）气候条件红粘土是红土的一个亚类。红土化作用是在炎热湿润气候条件下进行的一种特定的化学风化成土作用。在这种气候条件下，年降水量大于蒸发量，形成酸性介质环境。红土化过程是一系列由岩变土和成土之后新生粘土矿物再演化的过程。红粘土的岩土工程评价红粘土地基的变形性质及均匀性评价红粘土的厚度随下卧基岩面起伏而变化，致使红粘土的厚度变化较大，地基均匀性较差，常引起地基不均匀沉降。因此，对一些建筑物地基要进行变形计算。根据规范规定，当相邻基础的荷载和尺寸相近，凡符合下列条件之一者，可不考虑地基不均匀对建筑物的影响，不做变形计算。对均匀地基，相邻基础底面

39、以下的土层厚度大于表7-7所列勘探孔深度时；对不均匀地基，相邻基础底面以下呈坚硬、硬塑状态，厚度均大于表7-8中所列h1值或均小于h2值时。不均匀地基的处理，应优先考虑地基处理为主的措施，宜采用改变基宽、调整相邻地段基底压力、增减基础埋深，使基底下可压缩土厚相对均一。对外露的石芽，用可压缩材料的褥垫处理，对土层厚度、状态分布不均的地段，用低压缩的材料作置换处理。红粘土地基的稳定性评价1）岩溶和土洞的评价由于红粘土成土母岩多为碳酸盐系岩石，这类基岩在水的作用下，岩溶发育，地下水在基岩面附近活动强烈，便可将溶沟、溶槽中的软塑和流塑状红粘土带走。上覆红粘土在地表水和地下水作用下形成土洞，因此在红粘土

40、地基评价时，要查明有无土洞的存在，掌握土洞的形状、大小和分布规律，发展趋势，并提出治理方案。实际上红粘土与岩溶、土洞之间有不可分割的联系，它们的存在可能严重影响建筑物的场地，并且造成地基的不均匀性。2）地裂和裂隙的评价红粘土地基的地裂是由于地震、岩溶坍塌及土体大幅度失水后收缩而引起的，评价时要查明地裂的形状大小，分布规律，形成原因，并提出治理方案。裂隙与水的共同作用，将导致边坡土体散落、崩塌、滑动、塑流等病害的发生；软化土层，降低强度，促进土洞的发生发展和地表塌陷。避免建筑物跨越裂隙发育带；控制裂隙的发生发展应采取一定的防护措施，如种植草皮、浆砌片石护坡、设置支挡或分级放坡等。红粘土地基的稳定

41、性评价3）胀缩性的评价红粘土部分坚硬和硬塑状土体中，收缩状的网格状裂隙发育为土体的软弱结构面，遇水浸润后，土体强度急剧下降，边坡失稳变形以致失稳崩塌。因此要对建筑物附近天然边坡或开挖边坡进行评价。红粘土的网状裂隙及土层的胀缩性，对边坡及地基均有不利影响。评价时应决定是否按膨胀土地基考虑。若为膨胀土时，对低层、三级建筑物建议的基础埋深应大于当地大气影响急剧层深度。对炉窑等高温设备基础，应考虑基底土不均匀收缩变形的影响。开挖明渠，应考虑土体干湿循环以及在有石芽出露的地段，由于土的收缩形成通道，导致地表水下渗冲蚀形成地面变形的可能性，并避免把建筑物设置在地裂密集带和深长地裂地段。当地基土的膨胀收缩变

42、形量超过允许值时，应采取防治措施，及时维护、防止土的收缩，易取保温保湿为主的处理准则，如适当加大基础深度，与地基铺设保温材料，做好室外排水，适量加宽建筑物四周散水坡，清除距建筑物过近的吸水量大的阔叶树木，种植草、铺设盖层等。4）压实填料的评价红粘土经适当处理后，可作为填筑堤坝的材料。最优含水率一般等于塑限，但红粘土的天然含水量较大，气候湿热，压实土很难达到较大干密度。当使用红粘土筑路(坝)或作为压实填土地基时，土料应先减水，其最优含水量、最大干密度按工程要求，由不同功能的击实试验确定，红粘土地基的工程措施红粘土地基的处理要针对地基不均匀性、土洞、地裂、收缩性裂隙及软弱持力层等问题进行。要坚持采

43、取地基处理、基础设计和结构调整相结合的方法，搞好红粘土地基的处理。1对不均匀地基的处理不均匀地基应采用以下处理措施：应优先考虑地基处理为主的措施，宜采用改变宽度、调整相邻地段基底压力、增减基础埋深，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、状态分布不均的地段，用低压缩的材料做置换处理。基础下红粘土厚度变化较大的地基，主要采用调整地基沉降差的办法，此时可以选用压缩性较低的材料进行置换或密度较小的填土来置换局部原有的红粘土已达到沉降均匀的目的。石芽密集的地基，石芽间距小于2m，其间为坚硬或硬塑状红粘土，处于侧向受压状态，压缩性低，承载力较高，当房屋为六层或六层以下的

44、砌体承重结构，三层或三层以下的框架结构或具有15t和15t以下吊车的单层排架结构，其基底压力小于200kPa时，可不做地基处理，而将基础置于其上；如不能满足上述要求时，可利用石芽做支墩或基础，也可在石芽出露部位做褥垫，当石芽间有较厚软弱土层时，可用碎石、土加石进行置换。个别或稀疏石芽出露的地基，石芽和周边土的强度和压缩性相差悬殊，在建筑物的荷载下，石芽更加突出，使基础破裂，建筑物变形破坏。对石芽零星分布，周围有厚度不等的红粘土地基，其中以岩石为主地段，应处理土层，以土层为主时，处理方法是将石芽凿至基础底下0.3m，铺设褥垫层。红粘土地基的工程措施2红粘土地基中的土洞处理红粘土地基中只有个别土洞

45、，没有潜在发展的可能，对地基的稳定性影响不大，可用下述方法进行加固处理。对浅埋土洞，实行地面开挖，清除软土，用块石回填，再加毛石混凝土至基础地面下0.3m，再用土夹石填至基础底面即可。对深埋土洞，地面上对准洞体顶板，打钻孔多个，用水冲砂将砂砾石灌进洞内，如灌注困难，可借助压力灌注混凝土。红粘土地基的工程措施3红粘土地基中的地裂处理除与土洞、地面塌陷有关的地裂外，其余所有地裂都要进行填充封密，防止地表水下渗，使深部红粘土软化，形成土洞，地基更加失稳。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。对有潜在发展的地裂，在其密集地段和延伸地带，不易拟建新的建筑物

46、。4红粘土地基中的收缩性裂缝处理根据收缩性网格状裂隙的密集程度和延伸深度确定基础的类型和埋深。对丙级建筑物可适当加大建筑物角端基础的深度，对炉窑等高温设施基础，要对土体的高温收缩性进行试验和研究，采取措施，防止因地基土的收缩开裂，引起建筑物基础的变化。5红粘土地基中软弱持力层的处理软塑、流塑状红粘土强度低，压缩性高，用作建筑物结构物地基时，必须进行加固处理，达到提高承载力，减小沉降量的目的。常用的地基处理方法有：当软弱土层不厚时，采用换土或垫层法；当软弱土层较厚时，采用砂桩形成复合地基；当已建建筑物基础以下有软弱土层时，可采用旋喷法对地基进行加固处理。其他特殊土介绍3盐渍土的工程评价1）盐渍土

47、的溶陷性评价当符合下列条件之一的盐渍土地基，可初步判定为非溶陷性土或不考虑溶陷性对建筑物的影响：碎石类盐渍土中洗盐后粒径大于2mm的颗粒超过全重70%时，可判为非溶陷性土；碎石类、砂类盐渍土的湿度为很湿至饱和、粉土类盐渍土的湿度为很湿、粘性土类盐渍土的状态为软塑至流塑时，可判为非溶陷性土；2）盐渍土的盐胀性评价盐渍土地基的盐胀性系指整平地面以下2m深度范围内土的盐胀性。主要发生在硫酸盐渍土中，由于硫酸钠结晶时吸收10个水分子，造成体积膨胀，故称盐胀。一般盐渍土地基的盐胀性可以分为结晶盐胀和非结晶盐胀两类，结晶盐胀是由于因温度降低失去水分后，溶于孔隙水中的盐浓缩并析出结晶所产生的体积膨胀；非结晶

48、膨胀是指由于盐渍土中存在着大量吸附性阳离子，特别是低价的水化阳离子与粘土胶粒相互作用，是扩散层水膜厚度增大引起的土体膨胀。3）盐渍土的腐蚀性评价盐渍土的腐蚀性是一个十分复杂的问题，盐渍土中含有大量的无机盐使土体有明显的腐蚀性，从而对建筑物基础和地下设施构成腐蚀作用，影响其耐久性。按其不同的作用机理，盐渍土的腐蚀可分为物理侵蚀和化学腐蚀两类。4）盐渍岩土的承载力评价盐渍岩的承载力应采用载荷试验确定，试验方法可按建筑地基基础设计规范执行；对完整、较完整和较破碎的盐渍岩，可根据室内饱和单轴抗压强度按建筑地基基础设计规范的公式计算；但对折减系数易取小值，并应考虑盐渍岩的水溶性影响。盐渍土地基防护措施1

49、）防水措施建筑物周围场地的坡度，在建筑物外缘以外6m范围内不宜小于2%；在6m以外，不宜小于0.5%。在山前倾斜平原地区，应设截水沟，保证排洪畅通。在碎石类盐渍土层下有浅埋的膨胀泥岩且有地下水出露时，应设隔、排水沟。建筑物周围6m距离内应为防水监护区。在监护区内，不宜设水池，雨水明沟、排水直埋地下管道和绿化带等，如必须设置时，应采取有效措施防止水渗入建筑物地基。建筑物周围应做宽度不小于1m的散水，其横向坡度不得小于5%，外缘应略高于平整后的场地，在溶陷性土上，散水下宜做厚度不小于15cm的沥青砂、砾石或其他不透水层，散水与外墙交接处和散水伸缩缝，应采用柔性防水材料填封。2）地基基础措施地基基础

50、的处理措施，应根据盐渍土溶陷等级及现场条件进行技术经济比较后选用，可采用浸水预溶、预压、换土、盐渍化处理等措施。对非溶陷性盐渍土地基，可采用其他地基基础处理措施。浸水预溶适用于厚度不大或渗透性较好的盐渍土，需经现场试验确定浸水时间与预压深度；强夯适用于地下水位以上，空隙比较大的低塑粘性土和砂土，需经现场试验，选择最佳夯击能量与夯击参数。浸水预溶与强夯综合处理措施适用于厚度较大，渗透性较好的盐渍土，处理深度取决于预溶深度和夯击能量。浸水预溶与预压综合处理措施适用于厚度较大，渗透性较好的盐渍土，处理深度取决于预溶深度和预压深度，需经现场试验，检验压密效果。换土适用于溶陷性或盐胀性较大且厚度不大的盐