失陷性黄土地基

特殊土的概念：具有特殊工程性质的土类称为特殊土。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。特殊土的种类：我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土等。第七章几种特殊地基上的基础工程第一节湿陷性黄土地基一、黄土的特征和分布二、黄土湿陷发生的原因和影响因素三、黄土湿陷性的判定和地基的评价四、湿陷性黄土地基的处理五、湿陷性黄土地基的承载力特征值和沉降计算黄土的分类湿陷性黄土：凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，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。自重湿陷性黄土：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；非自重湿陷性黄土：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。一、黄土的特征和分布黄土的分布在我国，它占黄土地区总面积的60%以上，约为40万km2，而且又多出现在地表浅层，如晚更新世（Q3）及全新世（Q4）新黄土或新堆积黄土是湿陷性黄土主要土层，主要分布在黄河中游山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部，其次是宁夏、青海、河北的一部分地区，新疆、山东、辽宁等地局部也有发现。二、黄土湿陷发生的原因和影响因素黄土湿陷的原因：（一）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。（二）黄土的结构特征：季节性的短期雨水把松散干燥的粉粒粘聚起来，而长期的干旱使土中水分不断蒸发，于是，少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒的接触点处。可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构。黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间。于是，结合水联结消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力综合作用下，其结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间孔隙减少。这就是黄土湿陷现象的内在过程。（三）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。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。此外，黄土的湿陷性还与孔隙比、含水量以及所受压力的大小有关。天然孔隙比愈大，或天然含水量愈小则湿陷性愈强。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。三、黄土湿陷性的判定和地基的评价（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s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s0'hhhpps（7-1）h0——土样的原始高度(m)；hp——土样在无侧向膨胀条件下，在规定试验压力p的作用下，压缩稳定后的高度(m)；——对在压力p作用下的土样进行浸水，到达湿陷稳定后的土样高度(m)。'ph按照国内各地经验采用s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，s≥0.015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。一般认为0.015≤s≤0.03为弱湿陷性黄土，0.03s≤0.07为中等湿陷性黄土，s0.07为强湿陷性黄土。（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，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。《湿陷性黄土地区建筑规范》用计算自重湿陷量zs来划分这两种湿陷类型的地基，zs(cm)按下式计算niizsizsh10（7-2）•0——根据我国建筑经验，因各地区土质而异的修正系数。对陇西地区可取1.5，陇东、陕北地区可取1.2，关中地区取0.7，其他地区（如山西、河北、河南等）取0.5；•zsi——第i层地基土样在压力值等于上覆土的饱和（S85%）自重应力时，试验测定的自重湿陷系数(当饱和自重应力大于300kPa时，仍用300kPa)；•hi——地基中第i层土的厚度(m)；n——计算总厚度内土层数。•当zs7cm时为自重湿陷性黄土地基，zs≤7cm时为非自重湿陷性黄土地基。•用上式计算时，土层总厚度从基底算起，到全部湿陷性黄土层底面为止，其中zs0.015的土层（属于非自重湿陷性黄土层）不累计在内。niizsizsh10（7-2）（三）湿陷性黄土地基湿陷等级的判定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、施工和处理措施要求也应越高。《湿陷性黄土地区建筑规范》对地基总湿陷量s（cm）用下式计算：niisish1（7-3）•si——第i层土的湿陷系数；•hi——第i层土的厚度(cm)；•——考虑地基土浸水机率、侧向挤出条件等因素的修正系数，基底下5m（或压缩层）深度内取1.5；5m(或压缩层)以下，非自重湿陷性黄土地基=0，自重湿陷性黄土地基可按式(7-2)0取值。niisish1（7-3）湿陷性黄土地基的湿陷等级，可根据地基总湿陷量s和计算自重湿陷量zs综合，按下表判定。当s小于5cm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、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。湿陷性黄土地基的湿陷等级表7-1非自重湿陷性地基自重湿陷性地基湿陷类型zs(cm)s(cm)≤77zs≤3535≤3030s≤7070Ⅰ(轻微)Ⅱ(中等)Ⅱ(中等)Ⅱ(中等)*Ⅱ(中等)或Ⅲ(严重)Ⅲ(严重)——Ⅲ(严重)Ⅳ(很严重)*注：当湿陷量的计算值s60cm，自重湿陷量的计算值zs30cm时，可判为Ⅲ级，其他情况可判为Ⅱ级。四、湿陷性黄土地基的处理目的：改善土的性质和结构，减少土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生，部分或全部消除它的湿陷性。在明确地基湿陷性黄土层的厚度、湿陷性类型、等级等后，应结合建筑物的工程性质，施工条件和材料来源等，采取必要的措施，对地基进行处理，满足建筑物在安全、使用方面的要求。常用的处理湿陷性黄土地基的方法：（一）灰土或素土垫层（二）重锤夯实及强夯法（三）石灰土或二灰（石灰与粉煤灰）挤密桩（四）预浸水处理《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）规定，湿陷性黄土地基承载力特征值，应根据地基载荷试验及当地经验数据确定。五、湿陷性黄土地基的承载力特征值和沉降计算当基础宽度大于3m或埋置深度大于1.5m时，地基承载力特征值应按下式修正：)50.1()3(][][mdbakadbff（7-4）对进行消除全部湿陷性处理的地基，可不再计算湿陷量（但仍应计算下卧层的压缩变形）；对进行消除部分湿陷性处理的地基，应计算地基在处理后的剩余湿陷量；对仅进行结构处理或防水处理的湿陷性黄土地基应计算其全部湿陷量。压缩变形计算可参照本书第二章内容进行，湿陷量计算可参照式（7-3）进行。压缩沉降及湿陷量之和如超过沉降容许值时，还必须采取减少沉降量、湿陷量措施。