第七章幾種特殊土地基上的基礎工程
特殊土定義：由於生成時不同的地理環境、氣候條件、地質成因以及次生變化等原因，使一些土類具有特殊的成分、結構和工程性質。通常把這些具有特殊工程性質的土類稱為特殊土。
特殊土種類很多，大部分都具有地區特點，故又有區域性特殊土之稱。
第一節濕陷性黃土地基
一、濕陷性黃土的定義和分布
濕陷性黃土的定義：凡天然黃土在一定壓力作用下，受水浸濕後，土的結構迅速破壞，發生顯著的溼陷變形，強度也隨之降低的，稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土分為自重濕陷性和非自重濕陷性兩種。
黃土受水浸濕後，在上覆土層自重應力作用下發生溼陷的稱自重濕陷性黃土；若在自重應力作用下不發生溼陷，而需在自重和外荷共同作用下才發生溼陷的稱為非自重濕陷性黃土。
濕陷性黃土的分布：在我國，它佔黃土地區總面積的60%以上，約為40萬km2，而且又多出現在地表淺層，如晚更新世（q3）及全新世（q4）新黃土或新堆積黃土是溼陷性黃土主要土層，主要分布在黃河中游山西、陝西、甘肅大部分地區以及河南西部，其次是寧夏、青海、河北的一部分地區，新疆、山東、遼寧等地區域性也有發現。
二、黃土溼陷發生的原因和影響因素
黃土溼陷的原因：
（一）水的浸濕：由於管道（或水池）漏水、地面積水、生產和生活用水等滲入地下，或由於降水量較大，灌溉渠和水庫的滲漏或回水使地下水位上公升等原因而引起。但受水浸濕只是溼陷發生所必需的外界條件；而黃土的結構特徵及其物質成分是產生濕陷性的內在原因。
（二）黃土的結構特徵：季節性的短期雨水把鬆散乾燥的粉粒粘聚起來，而長期的乾旱使土中水分不斷蒸發，於是，少量的水分連同溶於其中的鹽類都集中在粗粉粒的接觸點處。可溶鹽逐漸濃縮沉澱而成為膠結物。
隨著含水量的減少土粒彼此靠近，顆粒間的分子引力以及結合水和毛細水的聯結力也逐漸加大。這些因素都增強了土粒之間抵抗滑移的能力，阻止了土體的自重壓密，於是形成了以粗粉粒為主體骨架的多孔隙結構。
黃土受水浸濕時，結合水膜增厚楔入顆粒之間。於是，結合水聯結消失，鹽類溶於水中，骨架強度隨著降低，土體在上覆土層的自重應力或在附加應力與自重應力綜合作用下，其結構迅速破壞，土粒滑向大孔，粒間孔隙減少。這就是黃土溼陷現象的內在過程。
（三）物質成分：黃土中膠結物的多寡和成分，以及顆粒的組成和分布，對於黃土的結構特點和溼陷性的強弱有著重要的影響。膠結物含量大，可把骨架顆粒包圍起來，則結構緻密。
粘粒含量多，並且均勻分布在骨架之間也起了膠結物的作用。這些情況都會使溼陷性降低並使力學性質得到改善。反之，粒徑大於0.
05mm的顆粒增多，膠結物多呈薄膜狀分布，骨架顆粒多數彼此直接接觸，則結構疏鬆，強度降低而溼陷性增強。此外，黃土中的鹽類，如以較難溶解的碳酸鈣為主而具有膠結作用時，濕陷性減弱，但石膏及易溶鹽的含量愈大時，濕陷性增強。
此外，黃土的溼陷性還與孔隙比、含水量以及所受壓力的大小有關。天然孔隙比愈大，或天然含水量愈小則溼陷性愈強。在天然孔隙比和含水量不變的情況下，隨著壓力的增大，黃土的溼陷量增加，但當壓力超過某一數值後，再增加壓力，溼陷量反而減少。
三、黃土濕陷性的判定和地基的評價
（一）黃土濕陷性的判定
黃土濕陷性在國內外都採用溼陷係數s值來判定，溼陷係數s為單位厚度的土層，由於浸水在規定壓力下產生的溼陷量，它表示了土樣所代表黃土層的溼陷程度。
試驗方法：s可通過室內浸水壓縮試驗測定。把保持天然含水量和結構的黃土土樣裝入側限壓縮儀內，逐級加壓，達到規定試驗壓力，土樣壓縮穩定後，進行浸水，使含水量接近飽和，土樣又迅速下沉，再次達到穩定，得到浸水后土樣高度（圖7-1），由式（7-1）求得土的溼陷係數s
7-1）
式中：h0——土樣的原始高度(m)；
hp——土樣在無側向膨脹條件下，在規定試驗壓力p的作用下，壓縮穩定後的高度(m)；
——對在壓力p作用下的土樣進行浸水，到達溼陷穩定後的土樣高度(m)。
濕陷性判定：我國《濕陷性黃土地區建築規範》（gbj25-90）按照國內各地經驗採用s=0.015作為濕陷性黃土的界限值，s≥0.
015定為濕陷性黃土，否則為非溼陷性黃土。濕陷性土層的厚度也是用此界限值確定的。一般認為s<0.
03為弱溼陷性黃土，0.030.07為強溼陷性黃土。
（二）濕陷性黃土地基溼陷型別的劃分
定義：黃土受水浸濕後，在上覆土層自重應力作用下發生溼陷的稱自重濕陷性黃土；若在自重應力作用下不發生溼陷，而需在自重和外荷共同作用下才發生溼陷的稱為非自重濕陷性黃土。
劃分：《濕陷性黃土地區建築規範》用計算自重溼陷量zs來劃分這兩種溼陷型別的地基，zs(cm)按下式計算
7-2）
式中：0——根據我國建築經驗，因各地區土質而異的修正係數。對隴西地區可取1.
5，隴東、陝北地區可取1.2，關中地區取0.7，其他地區（如山西、河北、河南等）取0.
5；zsi——第i層地基土樣在壓力值等於上覆土的飽和（s>85%）自重應力時，試驗測定的自重溼陷係數(當飽和自重應力大於300kpa時，仍用300kpa)；
hi——地基中第i層土的厚度(m)；
n——計算總厚度內土層數。
當zs>7cm時為自重濕陷性黃土地基，zs≤7cm時為非自重濕陷性黃土地基。
用上式計算時，土層總厚度從基底算起，到全部濕陷性黃土層底面為止，其中zs<0.015的土層（屬於非自重濕陷性黃土層）不累計在內。
（三）濕陷性黃土地基溼陷等級的判定
定義：濕陷性黃土地基的溼陷等級，即地基土受水浸濕，發生溼陷的程度，可以用地基內各土層溼陷下沉穩定後所發生溼陷量的總和（總溼陷量）來衡量。
《濕陷性黃土地區建築規範》對地基總溼陷量s（cm）用下式計算：
7-3）
式中：si——第i層土的溼陷係數；
hi——第i層土的厚度(cm)；
——考慮地基土浸水機率、側向擠出條件等因素的修正係數，基底下5m（或壓縮層）深度內取1.5；5m(或壓縮層)以下，非自重濕陷性黃土地基=0，自重濕陷性黃土地基可按式(7-2) 0取值。
溼陷等級的判定：可根據地基總溼陷量s和計算自重溼陷量zs綜合，按表7-1判定。
濕陷性黃土地基的溼陷等級表7-1
四、濕陷性黃土地基的處理
目的：改善土的性質和結構，減少土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的發生，部分或全部消除它的溼陷性。在明確地基濕陷性黃土層的厚度、濕陷性型別、等級等後，應結合建築物的工程性質，施工條件和材料**等，採取必要的措施，對地基進行處理，滿足建築物在安全、使用方面的要求。
橋梁工程中，對較高的墩、臺和超靜定結構，應採用剛性擴大基礎、樁基礎或沉井等型式，並將基礎底面設定到非溼陷性土層中；對一般結構的大中橋梁，重要的道路人工構造物，如屬ⅱ；如屬ⅰ級非自重濕陷性黃土也應對全部濕陷性黃土層進行處理或加強結構措施。小橋涵及其附屬工程和一般道路人工構造物視地基溼陷程度，可對全部濕陷性土層進行處理，也可消除地基的部分濕陷性或僅採取結構措施。
結構措施是指結構形式盡可能採用簡支梁等對不均勻沉降不敏感的結構；加大基礎剛度使受力較均勻；對長度較大且體形複雜的建築物，採用沉降縫將其分為若干獨立單元。
按處理厚度可分為全部濕陷性黃土層處理和部分濕陷性黃土層處理，前者對於非自重濕陷性黃土地基，應自基底處理至非溼陷性土層頂面（或壓縮層下限），或者以土層的溼陷起始壓力來控制處理厚度；對於自重濕陷性黃土地基是指全部濕陷性黃土層的厚度。後者指處理基礎底面以下適當深度的土層，因為該部分土層的溼陷量一般佔總溼陷量的大部分。這樣處理後，雖發生少部分溼陷也不致影響建築物的安全和使用。
處理厚度視建築物類別，土的溼陷等級、厚度，基底壓力大小而定，一般對非自重濕陷性黃土為1～3m，自重濕陷性黃土地基為2～5m。
常用的處理濕陷性黃土地基的方法：
（一）灰土或素土墊層
將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖到預計深度，然後用灰土（三分石灰七分土）或素土（就地挖出的粘性土）分層夯實回填，墊層厚度及尺寸計算方法同砂礫墊層，壓力擴散角對灰土用30，對素土用22。墊層厚度一般為1.0～3.
0m。它施工簡易，效果顯著，是一種常用的地基淺層濕陷性處理或部分處理的方法。
（二）重錘夯實及強夯法
重錘夯實法能消除淺層的溼陷性，如用15kn～40kn的重錘，落高2.5～4.5m，在最佳含水量情況下，可消除在1.
0～1.5m深度內土層的溼陷性。強夯法根據國內使用紀錄，錘重100～200kn，自由落下高度10～20m鎚擊兩遍，可消除4～6m範圍內土層的溼陷性。
兩種方法均應事先在現場進行夯擊試驗，以確定為達到預期處理效果（一定深度內濕陷性的消除情況）所必需的夯點、鎚擊數、夯沉量等，以指導施工，保證質量。
（三）石灰土或二灰（石灰與粉煤灰）擠密樁
用打入樁、衝鑽或爆擴等方法在土中成孔，然後用石灰土或將石灰與粉煤灰混合分層夯填樁孔而成（少數也有用素土），用擠密的方法破壞黃土地基的鬆散、大孔結構，達到消除或減輕地基的溼陷性。此方法適用於消除5～10m深度內地基土的溼陷性。
第七章工程進度計畫
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