特殊土地基處理

1、試論特殊土地基的特性與處理班級：08交通工程（1）班6號 姓名：吳興嬌 學(xué)號：20080110020106摘要: 隨著我國高速公路建設(shè)日新月異, 許多公路路線不可避免會通過膨脹土地區(qū)。膨脹土是指粘粒成分主要由強(qiáng)條水性礦物質(zhì)組成, 并且具有顯著脹縮性的粘性土, 在廣西地區(qū)分布較為廣泛。為了保證道路在較長時間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度, 達(dá)到安全、舒適行車的目的, 必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題。近年來, 我國巖土工程界在膨脹土微觀結(jié)構(gòu)特征及其工程性質(zhì)的研究中取得了豐碩的成果, 對膨脹土產(chǎn)生工程病害的原因給予科學(xué)的解釋, 并提出許多切實可行的處理辦法。關(guān)鍵詞: 膨脹土地基;性質(zhì);處理方法。

2、論點：在此我論述特殊土（膨脹土）的特性與處理方法，從而對膨脹土有更深的了解和認(rèn)識，也掌握膨脹土基本的理論知識。膨脹土地基是一種比較特殊的地基。當(dāng)利用這種土作為建筑物地基時，必須采取必要的處理措施，以消除土的膨脹潛勢。膨脹土對公路工程不利的主要性質(zhì)是脹縮性, 而土中含水量是導(dǎo)致膨脹土體積變化的主要原因。在自然條件下, 地表土層1.01.5m 范圍內(nèi), 膨脹土發(fā)生季節(jié)性變化。在地面以下大于1.5m 屬水分穩(wěn)定區(qū)域, 土的含水量被稱為平衡含水量。路基施工土處于干燥狀態(tài)( 稠度在1.1 以上) 壓實, 土體會慢慢吸取水分而達(dá)到平衡含水量狀態(tài)。原來干燥區(qū)域?qū)l(fā)生一定膨脹, 反映在路堤頂部會導(dǎo)致路面變形破

3、壞。如遇大雨或水淹將發(fā)生更大的變形。如果路基施工處于潮濕狀態(tài)碾壓(Wc<1.0 以下) , 亦會變干達(dá)到平衡含水量狀態(tài), 導(dǎo)致土體在垂直方向收縮而引起路面變形。因此, 對路基除強(qiáng)調(diào)大致在平衡含水量下碾壓密實外, 還應(yīng)立即在壓實土層上鋪設(shè)防護(hù)層, 以解決膨脹土的防水保濕問題, 路基路面需要采用封閉、改善壓實土性、完善排水系統(tǒng)等綜合措施進(jìn)行處理。 1 膨脹土的物理性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)分析膨脹土按粘土礦物分類, 可以歸納為兩大類: 一類以蒙脫石為主, 另一類以伊力土和高嶺土為主。蒙脫石粘土在含水量增加時出現(xiàn)膨脹,而伊力土和高嶺土則發(fā)生有限的膨脹, 引起膨脹土發(fā)生變化的條件, 分析概述如下:1.1 含

4、水量。膨脹土具有很高的膨脹潛勢,這與它含水量的大小及變化有關(guān)。如果其含水量保持不變, 則不會有體積變化。在工程施工中, 建造在含水量保持不變的粘土上的構(gòu)造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。當(dāng)粘土的含水量發(fā)生變化, 立即就會產(chǎn)生垂直和水平兩個方向的體積膨脹。含水量的輕微變化, 僅1%2%的量值, 就足以引起有害的膨脹。在安康地區(qū),膨脹土對人們的危害較大, 建造在膨脹土上的地板, 在雨季來臨時, 土中含水量增加引起的地板翹起開裂屢見不鮮。一般來講, 很干的粘土表示有危險。這類粘土能吸收很多的水, 其結(jié)果是對結(jié)構(gòu)物發(fā)生破壞性膨脹。反之, 比較潮濕的粘土, 由于大部分膨脹已經(jīng)完成, 進(jìn)一步膨脹將不會很大。

5、但應(yīng)注意的是, 潮濕的粘土, 在水位下降或其它的條件變化時, 可能變干, 顯示的收縮性也不可低估。1.2 干容重。粘土的干容重與其天然含水量是息息相關(guān)的, 干容重是膨脹土的另一重要指標(biāo)。=18.0KN/m3 的粘土, 通常顯示很高的膨脹潛勢。在安康地區(qū), 人們對這種土的評語是“硬的象石頭”。這表明著粘土將不可避免地出現(xiàn)膨脹問題。1.3 力學(xué)性質(zhì)在工程地質(zhì)中, 這種粘土的膨脹現(xiàn)象很普遍, 我們通過土工實驗, 得出粘土的力學(xué)指標(biāo),以供土質(zhì)力學(xué)上的計算。通常對膨脹土的力學(xué)分析, 主要是對其膨脹潛勢和膨脹壓力的研究后得出的。程施工中, 改造膨脹土周圍的環(huán)境條件, 是解決膨脹土工程問題的一個出發(fā)點。根據(jù)

6、膨脹土的結(jié)構(gòu)特性和工程特性, 按照膨脹土類型, 對膨脹土可采用多種處理方法, 一般可分為膨脹土性質(zhì)改良法、保濕法及換土法三類。膨脹上性質(zhì)改良法是改變膨脹土的親水性、熱敏性和脹縮性的方法, 包括機(jī)械改良法(又稱夯實法)、物理改良法及化學(xué)改良法; 保濕法是保持膨脹土地基中的水分不發(fā)生改變, 以克服膨脹土吸水膨脹、失水收縮性質(zhì)的方法; 換土法是將膨脹土全部挖除, 采用非膨脹土進(jìn)行換填。根據(jù)鄭少高速公路的具體情況, 綜合考慮膨脹土的各種性質(zhì), 對膨脹土路基處理采取“保濕防滲”的原則, 采用放緩邊坡、加強(qiáng)防護(hù)、換填非膨脹土、對膨脹土進(jìn)行摻灰改良、加強(qiáng)排水等工程措施, 確保膨脹土路基的穩(wěn)定, 滿足工程建設(shè)

7、要求。2.1 放緩邊坡。由于膨脹土的工程特征, 膨脹土路基邊坡不能很陡, 根據(jù)膨脹土類型及邊坡高度, 邊坡率一般采用1: 1.5、1: 1.75、1: 2.0三種較緩邊坡。填挖較高時, 在從路面起每6.0m 高度處設(shè)置一級2.0m 寬中間平臺, 以加強(qiáng)路基邊坡的穩(wěn)定。2.2 加強(qiáng)防護(hù)。對膨脹土路基坡面采取全防護(hù)處理, 并綜合考慮安全、美觀、綠化等要求,對中等膨脹土邊坡采用漿砌片石實體防護(hù); 對弱膨脹土邊坡采用漿砌片石拱形骨架、人字型預(yù)制塊、預(yù)制六角空心磚、菱形網(wǎng)格、窗孔式漿砌片石等護(hù)坡形式進(jìn)行防護(hù), 在骨架、預(yù)制塊和網(wǎng)格中采用液壓噴播植草防護(hù)。當(dāng)邊坡較高時,在邊坡底部設(shè)3m 高的矮擋土墻, 以

8、確保邊坡坡腳的穩(wěn)定。2.3 加強(qiáng)防排水措施。由于膨脹土具有顯著地吸水膨脹軟化和失水收縮硬裂的特征, 必須加強(qiáng)膨脹土路基的防排水措施。根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓亢途唧w地形, 在路基建設(shè)范圍內(nèi)設(shè)置邊溝、排水溝、截水溝、急流槽、跌水等排水構(gòu)造物, 并在排水構(gòu)造物周邊鋪設(shè)防滲復(fù)合土工膜,確保將地表水排出路基本體, 而不致大量下滲,對膨脹土路基造成危害。在地下水發(fā)育地區(qū), 設(shè)置支撐滲溝和滲水盲溝, 以減少地下水對路基工程的不良影響。2.4 填筑非膨脹土。為保證路基的工程質(zhì)量, 對不適宜做路床的膨脹土路段, 全部挖除膨脹土, 換填非膨脹土; 對弱膨脹土路塹地段路床以下30cm、中等膨脹土路塹地段路床以下50cm,

9、采用挖除換填非膨脹土來處理。適當(dāng)涼曬后的弱膨脹土、含水量小于20%的中等膨脹土和采用摻拌生石灰進(jìn)行改性處理后的含水量在20%30%之間的中等膨脹土可用于路堤填心, 但其周邊需采用非膨脹土填料進(jìn)行包裹, 包裹層厚度不小于2.0m; 中等膨脹土路堤地段路床厚80cm 和上路堤厚70cm 以及弱膨脹土路堤地段路床厚80cm范圍內(nèi)的土體, 填筑非膨脹土。2.5 摻石灰改良。膨脹土對膨脹土不能直接利用而非膨脹土來源困難或運距較遠(yuǎn)不經(jīng)濟(jì)時, 采用摻石灰改性膨脹土, 石灰劑量為4%l2%, 摻石灰改性后應(yīng)達(dá)到脹縮總率小于0.7 為準(zhǔn), 以接近零為最佳, 根據(jù)不同路段膨脹土的具體情況, 通過試驗確定具體的摻灰

10、率。2.6 采用土工格柵加固中等膨脹土路堤邊坡。為加固中等膨脹土路堤邊坡, 中等膨脹土地區(qū)的路堤, 自路床頂以下兩側(cè)邊坡采用雙向土工格柵加固, 每層垂直間距為0.4m, 除最上部兩層及變坡點處土工格柵拉通鋪設(shè)以外, 其余各層土工格柵寬度為3.0m, 為防止格柵露出邊坡, 格柵外緣距邊坡保留至少10cm 的距離, 有邊坡防護(hù)工程時, 應(yīng)保留3040cm。對土工格柵材料的要求: 為確保工程質(zhì)量, 達(dá)到加固土等膨脹土路堤邊坡的效果, 采用雙向拉伸的塑料土工格柵, 嚴(yán)禁采用單向拉伸的塑料土工格柵及經(jīng)編、玻纖類格柵以及土工格網(wǎng)。雙向拉伸的塑料土工格柵各項參數(shù)應(yīng)符合TGSG20- 20(GB/T17689

11、 - 1999), 且要求其抗拉強(qiáng)度不小于20kN/m, 橫向延伸率不大于15%。3 膨脹土地基勘察膨脹土地基勘察是膨脹土區(qū)工程建設(shè)的十分重要的環(huán)節(jié)之一,除滿足一般要求外,還應(yīng)著重進(jìn)行以下問題的研究:(1)全面收集當(dāng)?shù)囟嗄甑臍庀筚Y料,了解起變化特點,并分析其發(fā)展態(tài)勢;(2)調(diào)查地表水排泄積累情況及地下水類型、埋藏條件、水位變化情況;(3)調(diào)查植被等周邊環(huán)境影響因素,分析事故原因;(4)進(jìn)行試驗,測定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)(自由膨脹率、膨脹力、線縮率、收縮系數(shù)、膨脹力),確定膨脹土膨脹等級;(5)查明膨脹土成因,劃分地貌單元,了解地形形態(tài),及有無不良地質(zhì)現(xiàn)象。 4 膨脹土地基評價4 . 1 膨脹土

12、的判別膨脹土判別是解決膨脹土地基勘察設(shè)計的首要問題。據(jù)實踐經(jīng)驗,其判別主要依據(jù)是工程地質(zhì)特征與自由膨脹率。膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范規(guī)定,凡具有:(1)裂隙發(fā)育,有光滑面、擦痕,并隨季節(jié)氣候變化而張開和閉合;(2)自然條件下呈硬塑狀態(tài),脹縮性能較大的粘性土,常為灰白灰綠色;(3)常見淺層滑坡、張裂,新開挖基坑(槽)發(fā)生坍塌等;(4)多出露于山前、盆地邊緣、丘陵地帶,地形平緩;這些工程地質(zhì)特征的場地,且自由膨脹率40%的土應(yīng)判別為膨脹土。4 . 2 膨脹土脹縮等級膨脹土地基評價應(yīng)根據(jù)其膨脹收縮變形對底層磚混結(jié)構(gòu)的影響程度進(jìn)行。膨脹土規(guī)范規(guī)定以50kP壓力下測定圖的膨脹率,計算地基變形量Se,以此作為

13、劃分標(biāo)準(zhǔn)。5 膨脹土工程措施膨脹土地基的工程建設(shè),應(yīng)綜合氣候、工程地質(zhì)、水位地質(zhì)等條件,結(jié)合施工經(jīng)驗,因地制宜采取綜合措施。5 . 1 適當(dāng)采用設(shè)計措施建筑場地應(yīng)避開地形復(fù)雜,地裂、沖溝發(fā)育,地下水位變化劇烈等地段。盡量布置在地形條件簡單,地質(zhì)較均勻,具有排水通暢,坡度小于14°并有可能采用分級擋土墻治理,脹縮性較弱的地段。坡地建筑應(yīng)避免大挖大填,要保持自然地形,并設(shè)置必要排水隔水措施。建筑物體型力求簡單,不宜過長,必要時可采用沉降縫分段隔開。主體工程應(yīng)布設(shè)在地形平坦,地基土層單一的位置。不宜靠近坡肩。一般地坪可采用預(yù)置塊鋪砌。對有特殊要求的地坪可采用地面配筋或架空等措施,盡量與墻體

14、脫開。根據(jù)樹木蒸發(fā)吸水能力和當(dāng)?shù)貧夂驐l件合理確定建筑物與周圍樹木間距。避免選用吸水量大、蒸發(fā)量大的樹種進(jìn)行綠化。結(jié)構(gòu)上要加強(qiáng)建筑物整體剛度,承重墻體宜采用實心磚墻。基礎(chǔ)頂部和房屋頂部設(shè)置圈梁。建筑物角段和內(nèi)外墻連接處,必要時可增設(shè)水平鋼筋。增大基礎(chǔ)埋深,且不應(yīng)小于1m。一般基礎(chǔ)埋深宜超過大氣影響深度或通過變形驗算確定。膨脹土地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計,應(yīng)充分利用地基土承載力,縮小基底面積,合理選擇基底型式。基礎(chǔ)埋深較大或基底壓力較小,采用墩基;地址均勻,采用條基。常用膨脹土的工程處理方法有換土法、溫度控制法、樁基礎(chǔ)、化學(xué)改良法等。換土即挖除膨脹土層,用非粘性土或粗粒土換填。當(dāng)大氣影響深度較深,土層較厚,竄有

15、地基加固施工困難時宜采用樁基礎(chǔ)法。也可采用壓力灌漿將石灰漿液灌入膨脹土裂縫中起加固作用。5 . 2 合理選用施工措施膨脹土地區(qū)建筑物應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求、地形條件和施工季節(jié),做好施工組織設(shè)計。在施工中應(yīng)盡量減少地基土層中的含水量的變化,以便較少土的脹縮變形。避免基坑巖土體收到暴曬或浸泡。雨季施工宜采取防水措施。施工完畢后,應(yīng)即將基槽和室內(nèi)回填土分層夯實。盡量避免再坎坡上興建建筑,若實在無法避開,則應(yīng)先排水,設(shè)置支柱和護(hù)坡進(jìn)行治理,政治環(huán)境后再建。地坪面層施工應(yīng)盡量減少地基浸水,并宜用覆蓋物濕潤養(yǎng)護(hù)。6 工程實例6.1工程概況云南個舊電解鋁廠位于云南省個舊市大屯鎮(zhèn)，地面絕對標(biāo)高為1293.61297.

16、57m，地形平坦。在地貌上場地屬于盆地邊緣平坦地貌。據(jù)地質(zhì)勘察資料，本場地為膨脹性填土場地。各地層由上而下為：1層填土（Qm1）：褐紅色，稍濕，稍密中密，主要由灰?guī)r碎石、角礫及粘土等組成，層厚0.51米。2層耕植土（Qm1）：褐紅色，稍濕 濕，松散，含植物根系。層厚0.40.5米。1層粘土（Qa1+p1）：褐紅色，可塑狀態(tài)，局部硬塑或軟塑，局部含砂巖圓礫，局部夾薄層圓礫、礫砂，成分主要為砂巖。層厚0.52.10米。2層卵石（Qa1+p1）：褐紅色、褐灰色，稍濕濕，稍密，砂及粘土充填。層厚1.201.30米。1層粘土（Qp1+1）：黑灰色、灰色、灰黃色，可塑狀態(tài)，局部軟塑狀態(tài)，局部含砂、礫石，次

17、棱角狀，頂部偶見動物殘骸，夾細(xì)砂、中砂。層厚3.28.4米。2層中砂（Qp1+1）：灰色、淺灰色、灰黃色，很濕，松散稍密，分選性較差，含卵石、圓礫，次棱角狀，含量510%，含粘粒。1層粘土（Qa1+p1）：黃綠色、淺黃色，可塑硬塑狀態(tài)，局部含少量碎石、角礫。層厚0.64.80米。2層中砂（Qa1+p1）：淺灰色、灰色、黃綠色，濕，稍密中密，分選性一般，含圓礫、卵石，含量310%，含粘粒。層厚0.62.9米。層粘土（Qa1+p1）：淺黃色、褐黃色、黃綠色，硬塑狀態(tài)，局部可塑或硬塑狀態(tài)，含碎石、圓礫，含量約5%左右，局部夾粉質(zhì)粘土。鉆孔未揭穿，層頂埋深6.0013.40米。本場地地下水穩(wěn)定埋深01

18、.3米。上述各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1，各土層的容許承載力見表2。 表1 各主要土層主要物理力學(xué)指標(biāo)表 重力密天然含水度 液性指土層 土層 含水比 孔隙比量 數(shù)r 編號 名稱 aW e（%） IL 3KN/m 1 粘土 34 1 粘土 33 2 中砂 1 粘土 25 2 細(xì)砂19 18.8 20.8 20.50.76 0.96 0.4 0.66 0.91 0.3壓縮系壓縮模粘聚內(nèi)磨擦角 數(shù) 量 力 a1-2Es1-2 CkkMPa-1 MPa kPa 度 0.44.945 35 809.5 9.2 140.45 4.79.00.49 0.67 0.05 0.2 粘土 23 20.4 0.55

19、0.66 0.06 0.2 9.0 75 13.5表2 各層土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 土層編號 1 2 1 2 1 2 3 1 2 土層名稱 填土 耕植土 粘土 卵石 粘土 中砂 礫石 粘土 細(xì)砂 粘土土的狀態(tài) 稍密 松散 可塑 稍密 可塑 松散稍密 中密密實 可塑硬塑 稍密中密 硬塑地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（KPa） 70 135 180 140 150 250 240 135 2406.2 地基處理方案的選擇根據(jù)本工程框架內(nèi)力分析結(jié)果，各柱腳內(nèi)力為N=3940kN, M=2200KN.m, V=141KN?；A(chǔ)方案選擇如下：方案一：砂石墊層法。能夠充分利用天然地基強(qiáng)度，減少基底附加應(yīng)力和調(diào)整基礎(chǔ)變形沉降，

20、較深層處理經(jīng)濟(jì)，且施工機(jī)具簡單，材料來源廣，通常是一種優(yōu)先考慮的地基處理方案。由于本場地地下水位高，且與電解區(qū)域內(nèi)凈化系統(tǒng)除塵煙道較近，煙道開挖較深，如采用本處理方法使得基槽開挖較寬較深，不利于機(jī)械碾壓，如果采用人工分層夯實，質(zhì)量不易保證，往往壓實系數(shù)達(dá)不到設(shè)計要求，施工工期較長，由于該地區(qū)雨量豐富，工期拖延會給工程地基處理及基礎(chǔ)的施工質(zhì)量造成不利影響，且砂石用量較大。方案二：沉管灌注樁。該樁單價低，施工快。但根據(jù)地質(zhì)勘探報告，沉管灌注樁端阻力小，所需樁數(shù)多，因而對上部土層的破壞較為嚴(yán)重，且該樁的成樁質(zhì)量人為因素很大，容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷樁。方案三：人工挖孔護(hù)壁灌注樁。該處理方案施工簡單，機(jī)具設(shè)備

21、少，進(jìn)度快，成本低，也能有效地克服膨脹土對建筑物的危害。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，人工挖孔護(hù)壁灌注樁樁端阻力大，通過擴(kuò)底等技術(shù)處理，可節(jié)約樁數(shù)量，根據(jù)當(dāng)?shù)厝肆η闆r，可大面積開挖施工，以加快施工進(jìn)度。經(jīng)過技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析比較，本工程采用人工挖孔護(hù)壁灌注樁。由于樁的長度主要取決于地層的結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)傳下來的荷載，加上機(jī)械器具的因素，本工程采用800人工挖孔護(hù)壁灌注樁，擴(kuò)底直徑為1.7m。為了驗證人工挖孔擴(kuò)底樁在本工程的適宜程度，在本場地做了兩組挖孔樁的試樁。分析以上兩組PS曲線可得出單樁極限承載力可取為3200kN，滿足設(shè)計要求。由此可見，采用人工挖孔擴(kuò)底樁對本工程是適宜的。根據(jù)當(dāng)?shù)靥幚砼蛎浲恋慕?jīng)驗，工程采

22、用樁基較為穩(wěn)妥。但根據(jù)現(xiàn)場具體情況，該煙囪位于電解區(qū)域內(nèi)，周邊建（構(gòu)）筑物已基本完工，如采用樁基，施工周期要加長，且工程造價也要提高。如果將基礎(chǔ)深埋，即把基礎(chǔ)直接座在第層土上。這種方法雖然施工簡單，但基礎(chǔ)高度需加高3米，不僅增加了基礎(chǔ)的造價，且對周邊建（構(gòu)）筑物也有一定影響，同時，對下部膨脹土層擾動過大。經(jīng)過分析比較，決定采用換填級配良好的砂石墊層。根據(jù)當(dāng)?shù)匾酝笆瘔|層級配的配比經(jīng)驗，決定選用表3所示的重量比砂石級配，并進(jìn)行了室內(nèi)壓縮試驗。試驗表明，該級配的砂石，室內(nèi)壓實下取得了較好的密實度。表3顆粒組成（%）粒徑（mm） 5020 205 砂 干重度d （kN/m3） 壓縮系數(shù)a1-2 壓縮模量Es （1-2）（kPa-1） （kPa）松散狀態(tài) 45.0 30.0 25.0 19壓縮狀態(tài) 4