基础工程教学课件7-特殊地基基础文档.pptx
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1、第七章第七章 几种特殊土地基上的基础工程几种特殊土地基上的基础工程 在我国不少地区,分布着一些与一般土性质有显著不同在我国不少地区,分布着一些与一般土性质有显著不同的特殊土。由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成的特殊土。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,使它们具有一些特殊的成分、结构因以及次生变化等原因,使它们具有一些特殊的成分、结构和性质。当用以作为建筑物的地基时,如果不注意这些特点和性质。当用以作为建筑物的地基时,如果不注意这些特点就会造成事故。通常把那些具有特殊工程性质的土类称为特就会造成事故。通常把那些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多
2、,大部分都具有地区特点,故又有区殊土。特殊土种类很多,大部分都具有地区特点,故又有区域性特殊土之称。域性特殊土之称。我国主要的区域性特殊土包括我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土、软湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土土和冻土等。下面将主要介绍湿陷性黄土、膨胀土和冻土的等。下面将主要介绍湿陷性黄土、膨胀土和冻土的一些主要特征,对建筑物可能造成的危害以及用作地基时所一些主要特征,对建筑物可能造成的危害以及用作地基时所应采取的工程措施,以及应采取的工程措施,以及地震区的基础工程地震区的基础工程抗震设计及应采抗震设计及应采取的抗震措施。取的抗震措施。第一节第一节 湿陷性黄土地基湿陷性黄土地基一、黄
3、土的特征和分布一、黄土的特征和分布 黄土是一种第四纪沉积物,具有一系列内部物质黄土是一种第四纪沉积物,具有一系列内部物质成分和外部特征,不同于同时期的其它沉积物。成分和外部特征,不同于同时期的其它沉积物。黄土具有以下全部特征:黄土具有以下全部特征:1.颜色以黄色、褐黄色为主,有时呈灰黄色;颜色以黄色、褐黄色为主,有时呈灰黄色;2.颗粒组成以粉粒颗粒组成以粉粒(0.05-0.005mm)为主,含量为主,含量一般在一般在60%以上,几乎没有粒径大于以上,几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒;的颗粒;3.孔隙比较大,一般在孔隙比较大,一般在1.0左右;左右;4.富含碳酸钙盐类;富含碳酸钙盐类;5.垂直
4、节理发育;垂直节理发育;6.一般有肉眼可见的大孔隙。一般有肉眼可见的大孔隙。当缺少其中一项或几项特征的称黄土状土。当缺少其中一项或几项特征的称黄土状土。黄土的分类黄土的分类黄土按成因分为原生(或典型)黄土和次生黄土按成因分为原生(或典型)黄土和次生黄土。一般认为不具层理的风成黄土为黄土。一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运重新沉积而形成的原生黄土经过流水冲刷、搬运重新沉积而形成的具有层理含较多砂粒以至细粒的黄土称具有层理含较多砂粒以至细粒的黄土称次生黄土次生黄土。黄土的分布黄土的分布黄土分布很广,面积达黄土分布很广,面积达1300万平方公里,约占陆地总面万平
5、方公里,约占陆地总面积的积的9.3%。世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为:。世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为:欧洲欧洲7%,北美,北美5%,南美,南美10%,亚洲,亚洲3%,此外,在澳大利,此外,在澳大利亚、北非也有零星分布。亚、北非也有零星分布。我国黄土分布面积我国黄土分布面积635280平方公里,占世界黄土分布总平方公里,占世界黄土分布总面积的面积的4.9%左右,主要分布在北纬左右,主要分布在北纬33-47度,以度,以34-45度之间度之间最为发育,属于干旱、半干旱气候类型。最为发育,属于干旱、半干旱气候类型。我国湿陷性黄土分布面积约占我国黄土分布总面积的我国湿陷性黄土分布面积约
6、占我国黄土分布总面积的60%左右,为左右,为27万平方公里,大部分在黄土中游地区,北起万平方公里,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,东经度,东经102-114度之间。度之间。湿陷性黄土一般都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上,厚湿陷性黄土一般都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上,厚度以六盘山以西地区较大,达度以六盘山以西地区较大,达30米,六盘山以东地区稍薄,米,六盘山以东地区稍薄,如汾渭河谷多为几米至十几米,再向东至河南西部则更少,如汾渭河谷多为几米至十几米,再向东至河南西部则更少,并且有非湿陷性黄
7、土位于湿陷性黄土层之间。并且有非湿陷性黄土位于湿陷性黄土层之间。二、黄土湿陷发生的原因和影响因素二、黄土湿陷发生的原因和影响因素 对黄土湿陷的原因和机理的各种不同论点,可以归纳为对黄土湿陷的原因和机理的各种不同论点,可以归纳为内因和外因两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分内因和外因两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分(颗粒组成、矿物成分和化学成分)和其结构,外因则是水(颗粒组成、矿物成分和化学成分)和其结构,外因则是水和压力的作用。和压力的作用。毛管假说毛管假说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
8、交界处的表面张力,使土触点时,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。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,以后遭到反对。有的学者曾用这种观点来解释黄土的湿陷,以后遭到反对。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
9、试件,虽然破坏了毛细管通道,消除了弯液面作用,仍然成试件,虽然破坏了毛细管通道,消除了弯液面作用,仍然有很大的的湿陷性。有很大的的湿陷性。溶盐假说溶盐假说 黄土中存在大量的可溶盐。当黄土的含水量较少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失了,因而产生湿陷。我国湿陷性黄土中的
10、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。易溶盐的溶解不是产生湿陷的主要原因。胶体不足说胶体不足说认为黄土的湿陷性是含有小于认为黄土的湿陷性是含有小于0.05mm颗粒含量小于颗粒含量小于10%的土所固有的性质,这种土缺少胶体部分;如果有显的土所固有的性质,这种土缺少胶体部分;如果有显著数量的胶体,则膨胀可防止湿陷的发生。朱海之认为当著数量的胶体,则膨胀可防止湿陷的发生。朱海之认为当粘粒含量大于粘粒含量大于15-
11、20%时黄土不具有湿陷性,但发现兰州时黄土不具有湿陷性,但发现兰州西盆地北岸二级阶地上的黄土粘粒含量大于西盆地北岸二级阶地上的黄土粘粒含量大于30%,却湿陷,却湿陷性强烈。性强烈。水膜楔入说水膜楔入说低含水量黄土在细颗粒(主要是粘粒)表面上包裹着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,象楔子一样将聚强度。当水进入土中时,结合水膜变厚,象楔子一样将牢固连接
12、的颗粒分开,使土粒表面产生膨胀,体积增大,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;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的(如湿陷性的但是,还不足以解释各种复杂的湿陷现象的(如湿陷性的强弱、自重湿陷与非自重湿陷等)产生。强弱、自重湿陷与非自重湿陷等)产生。欠压密理论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
13、大气降水的影响。在干燥少雨的条件下,大积过程中,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,气降水浸湿带的厚度常少于蒸发影响带的厚度,a-a线以上土线以上土层在降水期,土中含水量较高,处于最优压密条件,但由于土层在降水期,土中含水量较高,处于最优压密条件,但由于土层薄,自重压力小,未能得到有效压密。随黄土继续堆积,层薄,自重压力小,未能得到有效压密。随黄土继续堆积,a-a线提高,在新的线提高,在新的a-a线与线与b-b线之间的土层,大气降水影响不线之间的土层,大气降水影响不到,但蒸发过程继续进行。由于水分减少,盐类析出,胶体凝到,但蒸发过程继续进行。由
14、于水分减少,盐类析出,胶体凝结产生了加固内聚力。结产生了加固内聚力。bbaaabba 虽然上覆土层压力增大,但不足以克服土中形成的加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层越来越厚,一旦水浸入较深,加固内聚力积的欠压密土层越来越厚,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,欠压密称消失,就产生湿陷。当降水量少,干旱期长时,欠压密称度大,而且欠压密土层也较厚;反之,黄土欠压密程度就度大,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
15、较薄。欠压密论易于解释我国黄弱,形成的欠压密土层也较薄。欠压密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。土为什么西北部湿陷性强,东南部弱这一规律。三、黄土湿陷性的判定和地基的评价三、黄土湿陷性的判定和地基的评价(一)黄土湿陷性的判定(一)黄土湿陷性的判定 黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数 s值来判定,值来判定,s可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构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,土样压缩稳定后,进行浸水,使含水
16、量接近饱和,压力,土样压缩稳定后,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,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由下式求得土的湿陷系数 s 按照国内各地经验采用按照国内各地经验采用 s=0.015作为湿陷性黄土作为湿陷性黄土的界限值,的界限值,s0.015定为湿陷性黄土,否则为非湿陷定为湿陷性黄土,否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。一般认为一般认为 s0.03为弱湿陷性黄土,为弱湿陷性黄土,0.030.07为强湿陷性黄土。为强湿陷性黄土。(二)湿陷性黄土
17、地基湿陷类型的划分(二)湿陷性黄土地基湿陷类型的划分 自重湿陷性黄土浸水后,在其上覆土自重压力作用下,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。地基更有效的措施,保证桥涵等建筑物的安全和正常使用。湿陷性黄土地区建筑规范湿陷性黄土地区建筑规范用计算自重湿陷量用计算自重湿陷量 zs来划来划分这两种湿陷类型的地基,分这两种湿陷类型的地基,zs(cm)按下式计算按下式计算(三)湿陷性黄土地基湿陷等级的判定(三)湿陷性黄土地基湿陷等级的判定 湿陷性
18、黄土地基的湿陷等级,即地基土受水浸湿,发湿陷性黄土地基的湿陷等级,即地基土受水浸湿,发生湿陷的程度,可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷的程度,可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷量的总和(总湿陷量)来衡量,总湿陷量越大,对生湿陷量的总和(总湿陷量)来衡量,总湿陷量越大,对桥涵等建筑物的危害性越大,其设计、施工和处理措施要桥涵等建筑物的危害性越大,其设计、施工和处理措施要求也应越高。求也应越高。湿陷性黄土地区建筑规范湿陷性黄土地区建筑规范对地基总湿陷对地基总湿陷量量 s(cm)用下式计算:)用下式计算:湿陷性黄土地基的湿陷性黄土地基的湿陷等级湿陷等级,可根据地基总湿陷,可根据地基总
19、湿陷量量 s和计算自重湿陷量和计算自重湿陷量 zs综合,按下表判定。综合,按下表判定。当当 s小于小于5cm时,可按非湿陷性黄土地基进行设计和施时,可按非湿陷性黄土地基进行设计和施工。也可以采用野外浸水荷载试验确定黄土地基的湿陷系数、工。也可以采用野外浸水荷载试验确定黄土地基的湿陷系数、湿陷类型和等级,但工作量较大,较少采用,仅对自重湿陷湿陷类型和等级,但工作量较大,较少采用,仅对自重湿陷性黄土地基的鉴别,有较大参考价值。性黄土地基的鉴别,有较大参考价值。四、湿陷性黄土地基的处理四、湿陷性黄土地基的处理 湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,根据湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区
20、,根据不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段,经过现场取样,以试验数据进行分析,理方法。在勘察阶段,经过现场取样,以试验数据进行分析,判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土,以及湿陷判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土,以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后,通过经济分析比较,性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后,通过经济分析比较,综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法,经过优化设计后,确保满足处理后最合适的地基处理方
21、法,经过优化设计后,确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。所采用方法的有:所采用方法的有:重锤表层夯实和强夯重锤表层夯实和强夯土垫层土垫层土挤密桩土挤密桩桩基础桩基础化学加固法化学加固法其它加固方法其它加固方法(预浸水法、热加固法、水下预浸水法、热加固法、水下爆破法、电火花加固法)爆破法、电火花加固法)第二节第二节 膨胀土地基膨胀土地基 膨胀土也是一种很重要的地区性特殊土类,按照我国膨胀土也是一种很重要的地区性特殊土类,按照我国膨胀土地区建筑技术规范膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112-87)(以下简称)(以下简称膨胀土规范膨胀土规范)中
22、的定义,膨胀土应是土中粘粒成分主)中的定义,膨胀土应是土中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性土。众所周知,一般粘性土也都有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,但其量不大,对工程没有太大的实际意膨胀、收缩特性,但其量不大,对工程没有太大的实际意义;而膨胀土的膨胀义;而膨胀土的膨胀收缩收缩再膨胀的周期性变形特再膨胀的周期性变形特性非常显著,并常给工程带来危害,因而工程上将其从一性非常显著,并常给工程带来危害,因而工程上将其从一般粘性土中区别出来,作为特殊土对待。般粘性土中区
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