基础工程课件――第9章特殊土地基.ppt

第9章特殊土地基 本章主要内容湿陷性黄土地基、膨胀土地基红粘土地基、岩溶与土洞、山区地基1、了解特殊土地基的特征2、理解作为建筑地基时的特殊工程性质和等级的划分3、掌握设计施工的基本原则和方法要求 特殊土－－具有特殊工程性质的土类特殊土地基的分布具有区域性9.1概述9.2湿陷性黄土地基9.2.1黄土的特征和分布（一）湿陷性黄土的特征1、色黄2、粉土粒含量较大，占60%以上；3、含大量可溶性碳酸盐类；4、具有肉眼可见的大孔隙，竖直节理发育；5、未遇水时强度较高。 黄土高坡 黄土高原 黄土窑洞 （二）黄土的类型非湿陷性黄土：与一般天然地基无异湿陷性黄土非自重湿陷性黄土自重湿陷性黄土黄土的湿陷：黄土受水浸湿后，在压力（自重或附加压力）作用下由于结构破坏而显著下沉的现象。 1.根据是否具有湿陷性可分为：非湿陷性黄土——不发生湿陷的黄土。湿陷性黄土——在土的自重应力或自重应力与附加应力综合作用下受水浸湿而发生显著附加沉降的黄土。非自重湿陷性黄土——土在自重应力作用下受水浸湿不发生湿陷。自重湿陷性黄土——土在自重应力作用下受水浸湿发生湿陷。2.根据是否受到搬运和扰动可分为：原生黄土和次生黄土。3.根据形成年代可分为：老黄土和新黄土P311表9-1 9.2.2黄土湿陷的原因1、干旱或半干旱气候条件、土中水分蒸发、可溶盐浓缩沉淀形成胶结物；2、多孔、大孔结构形成；3、受水浸湿时，结合水联结消失，胶结物溶于水中，结构破坏，发生湿陷。黄土结构示意图1-砂粒；2-粗粉粒；3-胶结物；4-大孔隙 9.2.3、湿陷性黄土地基的评价1、湿陷系数δs：在规定压力P作用下正常沉降后的高度hp与加水湿陷后的高度hp’之差与土样原始高度h0之比。关于规定压力P的取值：(1)宜按黄土实际受到的自重压力与附加应力之和确定（特别是基底压力大于300KPa时）。(2)无法确定附加应力时，基底下10m以内土层用200KPa。(3)10m以下用上覆土层的饱和自重压力。结果判定： 2、湿陷起始压力psh——黄土即使浸水只发生土层正常的压缩变形，而不出现湿陷现象的界限压力。在设计非自重湿陷性黄土地基上荷载不大和土垫层时，可适当选择基底尺寸和埋深、土垫层的厚度，使基底压力或垫层底面的总压力不超过基底下土的湿陷起始压力，以避免湿陷。 2.湿陷类型和湿陷等级（1）建筑场地湿陷类型的划分根据计算自重湿陷量区分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，前者对工程危害大。结果判定：第i层土在上覆土饱和自重压力作用下的湿陷系数。 总湿陷量:第i层土的湿陷系数。注意：非湿陷性土层不参与累积。总湿陷量计算自重湿陷量决定湿陷等级(2)湿陷等级的确定 小结：湿陷性黄土地基评价几个指标符号用途界限湿陷系数判断是否湿陷<0.015非湿陷≥0.015湿陷自重湿陷量划分非自重与自重湿陷场地≤70mm非自重＞70mm自重总湿陷量判别黄土湿陷等级 9.2.4湿陷性黄土地基的工程措施1、地基处理地基处理的目的：破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便全部或部分消除地基的湿陷性，从根本上避免或消弱湿陷现象的发生。处理方法：垫层、重锤夯实、预浸水法、化学加固、土桩挤密等。2、防水措施、结构措施 9.3膨胀土地基膨胀土——指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩性能的粘性土或泥质岩石。主要特征1、强亲水性：<0.002mm胶粒超过20%2、强裂隙性：竖向，斜交，水平裂隙——引起滑坡3、强胀缩性：旱季地表地裂，雨季裂隙闭合 一、基本概念膨胀土呈棕黄、黄红、灰白、花斑（杂色）等各种颜色，有的富含铁锰质及钙质结核。有的因裂隙很发育，而被称为裂土。膨胀土的液限和塑性指数较大，压缩性偏低，常处于硬塑或坚硬状态，所以很容易被误认为是好的地基土，但实际上该类土对工程建设具有严重的潜在破坏性，且治理难度大。因此，有人称其为“隐藏的灾难”。 膨胀土 基本概念膨胀土的分布很广，遍及亚洲、非洲、欧洲、大洋洲、北美洲及南美洲的40多个国家和地区。全世界每年因膨胀土湿胀干缩灾害造成的经济损失达50亿美元以上。中国是世界上膨胀土分布最广、面积最大的国家之一，全国有21个省（区）发育有膨胀土。 经初步调查膨胀土在全国分布概况（小黑点为取样位置） 二、膨胀土对建筑物的危害1、建筑物开裂呈地区性成群出现；（1）山墙上出现八字形裂缝。（2）外纵墙下水平裂缝，墙体侧倾，基础转动。（3）墙体交叉型裂缝。胀缩反复作用引起。（4）室内外地裂，地裂处墙体上产生相应的裂缝。2、边坡易产生浅层滑坡。在我国，据不完全统计，在膨胀土地区修建的各类工业与民用建筑物，因地基土胀缩变形而导致损坏或破坏的有1000万m2，其中广西就占1／10。 膨胀土地基上的房屋因地基胀缩变形而开裂 膨胀土边坡滑塌 膨胀土地基的破坏作用膨胀土灾害可使房屋等建筑物的地基发生变形而引起房屋沉陷开裂。对于轻型建筑物的破坏尤其严重，特别是三层以下民房建筑，变形破坏严重而且分布广泛，有时即使加固基础或打桩穿过膨胀土层，膨胀土的变形仍可导致桩基变形或错断。高大建筑物因基础荷载大，一般不易遭受变形破坏。另外，膨胀土对铁路、公路以及水利工程设施的危害也十分严重，常导致路基和路面变形、铁轨移动、路堑滑坡等，影响运输安全和水利工程的正常运行。 三、膨胀土地基的评价1、自由膨胀率（1）用于判断是否为膨胀土为膨胀土（2）膨胀性能强弱（膨胀潜势）的分类P322膨胀土地基的破坏作用主要源于明显而反复的胀缩变化。因此，膨胀土的性质和发育情况是决定膨胀土危害程度的基础条件。膨胀土厚度越大，埋藏越浅，危害越严重。2、膨胀率——用于计算地基的胀缩变形量。 2、膨胀力pe——表示原状土样在体积不变条件下，由于浸水产生的最大压力。(在浸水条件下维持体积不变所需要的力)膨胀力<基底压力<地基承载力 四、膨胀土地基的工程措施1、建筑规划措施（1）正确选择建筑场地，避免大挖大填；（2）作好排水系统；用蒸发量小的树木绿化；（3）建筑体型简单。2、结构措施——结构措施的目的是为提高建筑物适应地基变形的能力。（1）设圈梁（2）提高砌体强度，基础梁与地面脱空等。 3、地基处理措施（1）充分利用地基承载力，缩小基底面积、合理选择基底型式，以便增大基底压力，减少地基膨胀变形。（2）换土垫层（3）改变基础型式4、施工措施主要解决水的问题。 9.4红粘土地基红粘土是碳酸盐岩系在炎热湿润气候条件下红土化作用形成的高塑性粘土。一、红粘土的工程特征1、较高的粘粒含量使具有高分散性和较大孔隙比；2、一般处于硬塑和坚硬状态；3、较高的强度和较低的压缩性； 二、红粘土地基的评价1、天然状态下红粘土膨胀量小，但有强失水收缩性；2、红粘土中常有溶洞或土洞，裂隙发育，地基稳定性差。3、地基承载力较高；4、土层不均匀 红粘土地区的岩溶和土洞石芽 三、红粘土的工程措施1、充分利用红粘土上部坚硬或硬塑状态的土层作持力层；2、对石芽密布的地基可将基础直接置于其上；对石芽出露的地基，可作褥垫；3、对基础下红粘土厚度变化较大的地基，可进行换填，以调整基础沉降差。 9.5岩溶与土洞岩溶——可溶性岩石受水的化学和机械作用而形成的溶洞。土洞——岩溶地区上覆土层在地表水或地下水作用下形成的洞穴。 溶洞 黄龙岩溶 重庆武隆岩溶 岩溶地貌 岩溶塌陷 岩溶地面塌陷 岩溶剖面 岩溶 土洞 土洞 岩溶发育的基本条件1、具有可溶性岩层；2、岩体透水，有地表水下渗和地下水流动的途径；3、有足够溶解能力和足够流量的水。导水水流不断裂隙、孔隙溶蚀发生溶蚀发展透水循环交替 岩溶地基评价和处理措施1、在调查的基础上进行地基稳定性评价2、处理措施（1）小洞和浅洞可用梁板跨越或填充；（2）大洞采用支撑；（3）裂隙采用灌注；（4）疏导地下水。 土洞地基1、处理地下水；2、挖填、灌砂处理；3、垫层处理；4、梁板跨越；5、采用桩基或沉井。 补充山区地基(1)地形崎岖，大量的挖填方易造成地基软硬不均、或边坡失稳；(2)基岩起伏多变，土类分布不均匀，形成山区特有的土岩组合地基；(3)存在多种不良地质现象，给建筑物造成直接或潜在的威胁；(4)位于斜坡地段的地基，有可能失稳；(5)地质构造对建筑物地基有明显地影响；(6)水文及水文地质条件比较复杂，地面水、地下水对建筑物地基的影响常较突出。山区地基特点，主要表现在地基的不均匀性和场地的稳定性这两个方面。一、山区地基的特点 二、岩石地基1）岩石地基的特点强度较高和压缩性较低但是作为岩石地基的岩体，相对于岩石的复杂性主要表现在以下几个方面： (1)岩体的地质不连续性包括岩性不连续和结构不连续两个方面。岩性不连续指岩体内岩石性质沿一些界面发生突变，这些界面如不整合面、层面、侵入岩接触带、火山熔岩与下覆岩层的接触面等。结构不连续指岩体中岩石被各种结构面，如节理、断层、劈理等所切断。其中后者对岩体的工程性质影响最大。 （2）岩体的非均匀性指岩体物理~力学特性随所测定点的空间位置不同而有差异的性质。（3）岩体的各向异性指岩体的性质随着岩体结构的取向而具方向性的特性。。 岩石光弹试验岩石地基中应力等值线，从图中可看出，岩体中的结构面对地基的应力分布有较大影响。 （4）岩体中存在天然应力场岩体中常存在不同于自重应力的地应力，包括古构造运动的残余应力和现代构造应力。坡顶卸荷裂隙 （1）墙下无大放脚基础（2）现浇柱直接插入岩体（3）在岩石地基上开凿杯口，承插上部结构预制柱（4）锚杆基础2）岩石地基上的基础型式（1)(2)(3)(4)(4) 三、土岩组合地基土岩组合地基过去又称岩土不均匀地基、岩土混合地基，是山区常见的地基之一。定义：建筑地基的主要受力层范围内，遇到下列情况之一者，属于土岩组合地基：①下卧基岩坡度较大的地基；②石芽密布并有出露的地基；③大块孤石或个别石芽出露的地基。 1）土岩组合地基特点特点之一：地基变形不均匀与软土地基相比，一般来说强度方面问题不是很大，关键是下卧岩石起伏不平，土层在平面及空间方向均不均匀，导致地基变形的不均匀。特点之二：场地的稳定性问题一般土岩组合地基往往伴随着边坡存在，特别是暗藏的下伏基岩，经常给地基稳定性造成威胁。 基岩面与倾斜情况（a）单向倾斜；（b）相背倾斜；（c）相向倾斜1—土层；2—岩层（1）下卧基岩表面坡度较大2）土岩组合地基的类型 石芽密布地基1—土层；2—岩层（2）石芽密布并有出露地基可作褥垫 大块孤石地基1—土层；2—岩层（3）大块孤石地基 3）土岩组合地基的利用和处理（1）加强上部结构刚度；（2）采用不同的基础形式；（3）采取适当的处理措施。土岩组合地基的处理原则：（1）地基土质部分所占比例较大时，改造（处理）岩石地基；（2）地基岩石部分所占比例较大时，改造（处理）土质地基。 岩石地基的处理方法：最常用的办法是采用褥垫。褥垫：在基底下一定深度范围内，将局部压缩性低的岩石凿去，换填上压缩性较大的材料，然后分层夯实形成垫层，作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形协调。土质地基的处理方法：换填法，梁板跨越法，局部桩基等。 谢谢！