1软土

第二章特殊土地基的特性与处理广义上讲，任何建筑物的基础都坐落在地基上，地基由各种各样的土或岩石组成。土是地球外壳整体岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积作用，形成的一种由固体矿物、流体水和气体组成的集合体。但是由于我国地域辽阔，南北纬度相差50余度，各地的地理环境、地形高差、气温、雨量、地质成因和地质历史千差万别，再加上组成土的物质成分和次生变化等多种复杂因素，因此形成了多种具有特殊性质的土。主要包括：湿陷性黄土、软土、膨胀土、红粘土、盐渍土、多年冻土以及污染土等等。这些土构成的地基就是特殊土地基。这些天然形成的特殊土的地理环境分布有一定的规律性和区域性，因此，这些土也称为区域特殊土，以这些土作为建筑地基时，应注意其特殊特性，采取必要的措施，防止发生工程事故。第一节软土一、软土的成因类型和工程性质软土一般指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等。淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的粘性土。这种粘性土的天然孔隙比大于或等于1.0，含有机质，且天然含水量大于液限，当天然孔隙比e大于1.5时，称为淤泥。天然孔隙比e小于1.5而大于1.0时，称为淤泥质土。当土的灼烧量大于5％时，称有机质土，大于60％时，称泥炭。(一)软土的成因类型软土按沉积环境有下列类型:1．滨海沉积——滨海相，泻湖相、溺谷相及三角洲相。在表层广泛分布一层由近代各种营力作用生成的厚为0~3.0m、黄褐色粘性土的硬壳。下部淤泥多呈深灰色或灰绿色，间夹薄层粉砂。常含有贝壳及海生物残骸。滨海相：常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒(粗、中、细砂)相掺杂，使其不均匀和极疏松，增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。泻湖相：沉积成颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。在泻湖边缘，表层常有厚约0.3~2.0m的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。溺谷相：孔隙比大、结构疏松、含水量高，有时甚于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松，颗粒细小。如上海地区深厚的软土层中夹有无数的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。2．湖泊沉积——湖相、三角洲相。是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。其物质来源与周围岩性基本一致，在稳定的湖水期逐渐沉积而成。沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的层理。淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，表层硬层不规律，厚为0~4m，时而有泥炭透镜体。淤泥厚度一般为l0m左右。最厚者可达25m。3．河滩沉积一—河漫滩相、牛轭湖相。主要包括河漫滩相和牛轭湖相。成层情况较为复杂，其成分不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。一般是软土常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层；其厚度不大，一般小于10m。4．沼泽沉积——沼泽相。分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，且蒸发量不足以干化淹水地面的情况下，形成的一种沉积物，多伴以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。(二)软土的分布和层理构造1．软土的分布软土多在我国沿海地区广泛分布，内陆平原和山区亦有。我国东海、黄海、渤海、南海等沿海地区，例如滨海相沉积的天津塘沽，浙江温州、宁波等地，以及溺谷相沉积的闽江口平原，河滩相沉积的长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等地区。内陆(山区)软土主要位于湖相沉积的洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周和古云梦泽地区边缘地带，以及昆明的滇池地区，贵州六盘水地区的洪积扇和煤系地层分布区的山间洼地等。我国东南沿海淤泥沉积的厚度及分布情况如表2-1-1。东南沿海软土分布范围及厚度表2-1-1分布范围沉积厚度(m)广州湾~兴化湾(汕头例外)兴化湾~温州湾南温州湾北~连云港5~2010~3040山区谷地软土的分布规律甚为复杂，如何鉴别场地是否有软土分布，可从下列几个方面进行分析：1)从沉积环境分析：在沟谷的开阔地段、山间洼地、支沟与主沟交汇地段、冲沟与河流汇合地段、河流两侧山洼地段、河流弯曲地段、河漫滩地段等处，往往有软土分布。在山区河流的中、上游地段，一般沉积粗颗粒物质，但应特别注意河流两侧支沟、冲沟的影响。当上述支沟或冲沟地段有形成软土的物质来源时，这些地段往往有软土分布或在卵石层间夹有软土。2)从水文地质条件分析；在泉水出露处，特别是潜水溢出泉出露处，水草发育，土体长期浸水呈饱和状态，这些地段往往有软土分布，在潜水位较浅的黄土及粉质粘土地区，也有软土分布。3)从古地理环境分析，一些古河道、古湖沼、古渠道等分布地段，往往有软土分布。4)从地表特征分析；如有些地段地势低洼，排泄条件不良，地表易于积水，往往出现湿地，沼泽等积水地形，喜水植物(如芦、蒲等草)发育，上述地段往往有软土分布。人工蓄水构筑物(如渠、水库等)大量漏水，引起地下水位上升的地段，也可能有软土分布。5)从人类活动分析：一些掩埋的粪池、牲畜棚圈、工厂及生活污水废池等地段，往往有软土分布，并由于渗透作用，在其周围也可能有软土分布。2．软土的层理构造厚度较大的软土，一般在表层中有一层为1~3m左右厚的中压缩性或低压缩性粘性土(俗称软土硬壳层或表土层)。按照我国有关软土地区的层理构造，从工程地质观点出发,大致可分为以下几种类型：1)表层为1~3m左右的褐黄色粉质粘土，第二、第三层为淤泥质粘性土,厚度一般在20m左右，属高压缩性土，第四层为较密实的粘土层或砂层。2)表层由人工填土及较薄的粉质粘土组成，厚度在3~5m左右，第二层厚度为5~8m左右的高压缩性的淤泥层，基岩离地表较近，起伏变化较大。3)表层为1m余厚的粘性土，以下为30m以上的高压缩性的淤泥层。4)表层为3~5m左右的褐黄色粉质粘土，以下为淤泥及粉砂夹层交错形成。5)表层为3~5m左右的褐黄色粉质粘土，第二层为高压缩性的淤泥，厚度变化很大，呈喇叭口状，第三层为较薄残积层下为基岩，分布在山前沉积平原或河流两岸靠山地区。6)表层为浅黄色的粘性土；以下为饱和软土或淤泥及泥炭，其成因复杂，极大部分为坡洪积，湖沼沉积，冲积以及残积，分布面积不大，厚度变化悬殊，土的物理力学性质变化极大，建筑性能很差。(三)软土的工程性质软土的主要特征是：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于1，压缩性高(a1-20.5Mpa-1或a1-31Mpa-1)，强度低，渗透系数小。因此，软土具有如下工程性质：1．触变性：软土具有触变特征，当原状土受到振动以后，破坏了结构连接，降低了土的强度或很快地使土变成稀释状态。触变性的大小，常用灵敏度St来表示。.软土的St一般在1~3之间，个别可达8~9。为此当软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降及基底面两侧挤出等现象。2．流变性：软土除排水固结引起变形外，在剪应力作用下，土体还会发生缓慢长期的剪切变形。这对建筑物地基的沉降有较大的影响，对斜坡、堤岸、码头及地基稳定性不利。3．高压缩性：软土是属于高压缩性的土，压缩系数大，这类土的大部分压缩变形发生在垂直压力为100kPa左右。反应在建筑物的沉降方面为沉降量大。4．低强度：由于软土具有上述特性，地基强度很低。其不排水抗剪强度一般均在20kPa以下。5．低透水性：软土透水性能弱，一般垂向渗透系数在scmi/)10~10(86之间，对地基排水固结不利，反映在建筑物沉降延续时间长。同时，在加载初期，地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度，同时也反映在建筑物沉降延续的时间很长。6．不均匀性：由于沉积环境的变化，粘性土层中常局部夹有厚薄不等的粉土使水平和垂直分布上有所差异，作为建筑物地基则易产生差异沉降。7．在较大地震力作用下，而出现震陷。(四)软土的物理力学指标各类软土的物理力学指标及主要软土地区不同成因、类型软土的物理力学指标分别见表2-1-2。各类软土的物理力学指标统计表表2-1-2成因类型天然含水量w(%)重度γ(kN/m3)天然孔隙比e抗剪强度压缩系数a(MPa-1)灵敏度St内摩擦角φ(º)粘聚力c(kPa)滨海沉积软土湖泊沉积软土河滩沉积软土沼泽沉积软土40~10030~6035~7040~12015~1815~1915~1914~191.0~2.31.0~1.81.0~1.81.0~1.51~70~100~1102~205~305~255~191.2~3.50.8~3.00.8~3.00.52~74~82~10二、软土地基评价(一)建筑场地评价1．定性评价在建筑场地内，如遇下列情况之一时，应评价地基的稳定性。1)当建筑物离池塘、河岸、海岸等边坡较近时,应分析评价软土侧向塑性挤出或滑移的危险。2)当地基土受力范围内有基岩或硬土层，且其表面倾斜时，应分析判定该面以上的地基土沿此倾斜面产生滑移或不均匀变形的可能性；3)对含有浅层沼气带的地基，应分析判定沼气的逸出对地基稳定性和变形的影响；4)根据对场地地下水位的变化幅度、水力梯度或承压水头等水文地质条件的分析，判定其对软土地基稳定性和变形的影响；5)当建筑场地位于强地震区时，还应分析场地和地基的地震效应。如对饱和砂土或粉土的地基进行地震液化判别等，并对场地稳定性和震陷的可能性作出评定。在考虑上覆非液化土层厚度时，应将软土的厚度扣除。2．地貌条件及持力层选择1)当场地有暗浜、暗塘等不利因素存在时，建筑物的布置应尽量避开这些不利地段；如无法避开时，则必须进行处理。2)根据场地土层特点，分析评价软土地基的均匀性，选择适宜的持力层。当地表有硬壳层时，一般应充分利用。3)当地基主要受力层范围内，有薄砂层或软土与砂土互层时，应根据其排水、固结条件，分析判定其对地基变形的影响，以充分挖掘地基潜力。(二)地基强度和变形评价1．评价原则1)软土地基承载力和变形，不宜采用单一的方法计算确定，而应采用原位测试、理论计算、及地区建筑经验相结合的综合分析的方法确定；2)分析评价时，应考虑下列因素取：(1)软土的物理力学性质及取样技术、试验方法等；(2)软土的形成条件，成层特点、均匀性、应力历史、灵敏度、地下水及其变化条件；(3)上部建筑结构类型、刚度，对不均匀沉降的敏感性，荷载性质、大小和分布特征；(4)基础的类型、尺寸、埋深和刚度等；(5)施工方法，程序以及加荷速率对软土性质的影响。3)当地基沉降计算深度范围内有软弱下卧层时，应验算下卧层的强度。2．评价方法1)确定地基承载力的方法有：(1)根据软土的现场鉴别和物理力学试验指标或c、值统计指标(当采用直剪固结快剪法确定土的c、值时，宜对抗剪强度峰值乘以0.7的折减系数进行修正或根据当地的经验采用不充分固结快剪的c、值)，按《建筑地基基础设计规范》中的承载力计算公式（一般不考虑基础宽度项）计算或参照表2-1-3确定。沿海地区淤泥和淤泥土承载力f0(kPa)表2-1-3天然含水量w(%)36404550556575f0(kPa)100908070605040(2)利用静力触探及其它原位测试资料与载荷试验或其它相应土性的直接试验结果进行比较、统计而建立的地区性相关公式计算确定；(3)对于缺乏建筑经验的地区和一级建筑物地基，宜以载荷试验确定；(4)在总结提高地区的建筑经验的基础上，可以用工程地质类比法确定。2)评定地基变形的方法有：(1)按照《建筑地基基础设计规范》有关沉降量计算公式计算。(2)对于一级建筑物和重要的，有特殊要求的二级建筑物，应根据应力历史（前期固结压力）的沉降计算方法进行评价。进行地基变形计算时，应根据当地经验进行修正，必要时，应考虑软土的次固结效应。(三)地下水与施工1．地下水及其危害评价根据各类工程的性质及地下水作用效应和设计、施工的要求，应按下列要求进行评价：1)根据地下水水质分析资料，按现行规范评价地下水对混凝土腐蚀性及对金属腐蚀性；2)根据地下水位、流向、流速及有关地下水力学效应等参数和指标进行评价；（1）地下水对箱形、片筏基础以及其它结构物，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮