第四章特殊土地基

張福海1第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理一、黃土的成因與分布黃土因顏色為黃色而得名，它是由于黃土沉積物在干旱性大陸氣候作用下經(jīng)過風(fēng)化和成土作用而形成的，其顆粒組成以粉粒為主，空隙比在1.0左右，肉眼可見，富含碳酸鈣鹽類，垂直節(jié)理。黃土按其成因分為原生黃土和次生黃土。第四章特殊土地基第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理二、黃土的基本性質(zhì)和濕陷機(jī)理（一）黃土的物理性質(zhì)黃土也是一種三相體。黃土顆粒中，粉粒占一半以上，干容重：11.4~16.9kN/m3，大于15.0kN/m3時濕陷性較??；天然含水率：3.3%~40%，當(dāng)含水率超過25%時不具有濕陷性。黃土的液限是反映黃土力學(xué)性質(zhì)的一個重要指標(biāo)，當(dāng)液限超過30%時，黃土的濕陷性較弱且為非自重濕陷性，而液限小于30%時，則濕陷性較強(qiáng)。第四章特殊土地基第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理二、黃土的基本性質(zhì)和濕陷機(jī)理（二）濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)主要包括壓縮性、濕陷性、抗剪強(qiáng)度和透水性，其中濕陷性最為重要。黃土一般具有中等偏低壓縮性，但新近堆積的黃土壓縮性較高?？辜魪?qiáng)度主要取決于土的含水量和密室程度，含水率越低，密室程度越高，抗剪強(qiáng)度越大。此外土的顆粒組成、礦物成分、粘粒和可溶鹽的含量對抗剪強(qiáng)度也有影響。目前對黃土的透水性研究不多，其滲透系數(shù)在10-6cm/s。第四章特殊土地基第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理（三）黃土的濕陷性1.濕陷的成因黃土是由于土中的水分較少，顆粒間的相互粘結(jié)力較大，而上覆土層壓力的增加不足以克服增加的粘結(jié)力，因而處于疏松狀態(tài)，一旦水浸入較深，顆粒間的粘結(jié)力減少甚至消失，就產(chǎn)生了濕陷性。第四章特殊土地基第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理

（三）黃土的濕陷性2.濕陷系數(shù)第四章特殊土地基式中——土樣在壓力p作用下沉穩(wěn)后的高度；——上述加壓穩(wěn)定后的土樣在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度；——土樣的初始高度；——土樣在壓力p作用下，下沉穩(wěn)定后的空隙比；——上述加壓穩(wěn)定后的土樣浸水作用，下沉穩(wěn)定后的空隙比；——土樣的初始空隙比；第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理（三）黃土的濕陷性濕陷系數(shù)是判別黃土濕陷性的依據(jù)，一般認(rèn)為第四章特殊土地基非濕陷性弱濕陷性黃土中等濕陷性黃土強(qiáng)濕陷性黃土第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理三、濕陷性黃土地基的處理（1）重錘表層夯實(shí)法和強(qiáng)夯發(fā)（2）土夯法、灰土墊層（3）土樁擠密法（4）樁基礎(chǔ)（6）化學(xué)加固法，主要用硅化加固法和氫氧化鈉溶液加固法。（7）預(yù)浸水法（8）熱加固法第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理

一、膨脹土的成因和分布

膨脹土是指粘粒成分主要由強(qiáng)親水性礦物組成，液限大于40%，且漲縮性能較大的粘性土。膨脹土在自然條件多呈硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，顏色為黃、紅、灰白色，裂隙發(fā)育，常見光滑面和擦痕。第四章特殊土地基中國膨脹土的分布圖第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理第四章特特殊土地基基第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理二、膨脹土土的性質(zhì)及及膨脹原理理膨脹土屬于于粘性土，，具有一般般粘性土所所共有的物物理力學(xué)性性質(zhì)外，最最重要的特特性是強(qiáng)親親水性、多多裂隙性、、強(qiáng)膨脹性性、強(qiáng)收縮縮性等。當(dāng)當(dāng)含水量增增加，表現(xiàn)現(xiàn)出體積增增大的能力力，即具有有強(qiáng)烈的膨膨脹性；若若收到約束束，產(chǎn)生的的內(nèi)力為膨膨脹力。相相反則產(chǎn)生生收縮力。。具有脹縮縮特性，而而且脹縮變變形可隨環(huán)環(huán)境溫度和和濕度的變變化往復(fù)發(fā)發(fā)生。第四章特特殊土地基基膨脹土的主主要物理力力學(xué)特征：：粒度組成中中，通常黏黏粒含量大大于30%。粘土礦物成成分中，伊伊利石和蒙蒙脫石等強(qiáng)強(qiáng)親水性礦礦物占主導(dǎo)導(dǎo)地位。具有多裂隙隙性。膨脹，收縮縮變形可隨隨環(huán)境變化化往復(fù)發(fā)生生，導(dǎo)致土土的強(qiáng)度衰衰減。多數(shù)屬于液液限大于50%的高高液限土。。表現(xiàn)出較強(qiáng)強(qiáng)的超固結(jié)結(jié)特性。第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理二、膨脹土土的性質(zhì)及及膨脹原理理（一）土的的膨脹性指指標(biāo)（1）膨脹脹含水率第四章特特殊土地基基式中——試樣的的干土質(zhì)量量；——膨脹穩(wěn)穩(wěn)定后土中中水分的質(zhì)質(zhì)量；第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理（一）土的的膨脹性指指標(biāo)（2）自由由膨脹量（3）膨脹脹壓力第四章特特殊土地基基式中——試樣的的初始體積積；——膨脹穩(wěn)穩(wěn)定后土的的體積；（4-3））（4-4））式中——施加的的總平衡力力；——試樣面面積；第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理二、膨脹土土的性質(zhì)及及膨脹原理理（二）膨脹脹土的判別別建筑、機(jī)械械、水電等等系統(tǒng)根據(jù)據(jù)膨脹土地地區(qū)建筑物物的變形危危害調(diào)查，，提出膨脹脹土的臨界界判別值為為：自由膨膨脹率Fs≥40%；液液限wL≥40%。第四章特特殊土地基基第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理二、膨脹土土的性質(zhì)及及膨脹原理理（三）膨脹脹土的膨脹脹機(jī)理由于粘土礦礦物顆粒的的表面特性性和水分子子的極性，，膨脹土與與水分子相相互作用時時，在顆粒粒周圍形成成水膜將顆顆粒推開，，擴(kuò)大粒間間距離使土土的體積膨膨脹。第四章特特殊土地基基三、膨脹土土地基的處處理（一）工程程建設(shè)中的的膨脹土問問題1）在天然然狀態(tài)下，，膨脹土通通常強(qiáng)度高高，壓縮性性較低，在在地面以下下一定深度度取樣時難難以發(fā)現(xiàn)宏宏觀裂紋。。但一旦在在大氣中暴暴露，含水水率發(fā)生變變化時，很很快出現(xiàn)裂裂紋，土體體結(jié)構(gòu)迅速速崩解，透透水性不斷斷增加，強(qiáng)強(qiáng)度迅速減減小直至為為零。2）作為堤堤壩回填土土?xí)r，因其其干密度與與含水率關(guān)關(guān)系非常密密切，很難難壓實(shí)，壓壓實(shí)質(zhì)量難難以控制。。3）當(dāng)建筑筑物基礎(chǔ)直直接與膨脹脹土層接觸觸時，即使使基礎(chǔ)建基基面位于地地下水位以以下，由于于建筑物荷荷載變化，，土體體積積和強(qiáng)度仍仍然會不斷斷發(fā)生變化化，給工程程帶來負(fù)面面影響。第四章特特殊土地基基第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理三、膨脹土土地基的處處理（二）高速速公路建設(shè)設(shè)中的膨脹脹土問題由于膨脹土土分布的廣廣泛性，在在膨脹土地地區(qū)修筑高高速公路這這樣巨型帶帶狀工程時時，不可避避免地會穿穿越膨脹土土地區(qū)，尤尤其在南方方降雨充沛沛的地區(qū)，，存在明顯顯的干濕循循環(huán)，因此此在路面結(jié)結(jié)構(gòu)層中通通常會出現(xiàn)現(xiàn)裂縫，這這些裂縫又又隨之反映映到路面上上。反復(fù)的的干濕循環(huán)環(huán)效應(yīng)還使使得土體發(fā)發(fā)生崩解，，加之路基基內(nèi)部的含含水率分布布不均，使使得路基內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)生不不均勻的脹脹縮變形，，在路面表表現(xiàn)出來的的就是波浪浪式的變形形特征，影影響公路的的安全使用用。第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理確定膨脹土土的脹縮等等級，確定定合理的灰灰劑量，對對合理灰劑劑量的改良良土的一系系列性質(zhì)進(jìn)進(jìn)行室內(nèi)試試驗(yàn)驗(yàn)證。。1.改良膨膨脹土第四章特特殊土地基基第二節(jié)膨膨脹土的性性質(zhì)及其地地基處理三、膨脹土土的地基處處理（1）防水水措施（2）換土土與改土（3）支擋擋措施改良的幾種種思路：1）通過物物理、化學(xué)學(xué)過程降低低土粒分散散程度，讓讓土?；ハ嘞嗑奂纬沙山Y(jié)構(gòu)較為為牢固的團(tuán)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，，增加土團(tuán)團(tuán)間的連接接力，提高高土體水穩(wěn)穩(wěn)定性。2）通過反反離子層的的陽離子置置換，用高高價陽離子子替代原來來的低價陽陽離子，從從而使反離離子層厚度度即結(jié)合水水膜厚度降降低，減少少其吸濕能能力和膨脹脹能力。3）通過化化學(xué)反應(yīng)，，用鍵能較較大的離子子替代鍵能能較小的離離子，在土土體中形成成連接力較較大的網(wǎng)狀狀空間結(jié)構(gòu)構(gòu)化學(xué)生成成物，使土土體的結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度和水水穩(wěn)定性得得到顯著的的提高。第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理膨脹土的化學(xué)學(xué)改良法機(jī)理理其主要礦物成成分為蒙脫石石和伊利石，，土壤礦物表表面帶有大量量負(fù)電荷，當(dāng)當(dāng)土壤改良劑劑和它相遇后后，改良劑帶帶正電荷的親親水基和膨脹脹土就會緊密密結(jié)合，疏水水基一致向外外，置換出膨膨脹土顆粒表表面的親水金金屬陽離子，，降低了膨脹脹土顆粒表面面的吸附水膜膜厚度，使土土壤顆粒進(jìn)一一步靠近，封封閉各土團(tuán)之之間的孔隙，，減少了吸水水性和脹縮性性，使膨脹土土的水穩(wěn)定性性得到提高。。第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理膨脹土化學(xué)改改良劑有：（一）無機(jī)類類改良劑1）石灰類改改良劑2）水泥類改改良劑3）工業(yè)廢渣渣類改良劑4）水玻璃類類改良劑（二）有機(jī)類類改良劑1）丙烯酸鹽鹽系列2）聚液態(tài)丁丁二烯和銨類類第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理2、膨脹土改改良的試驗(yàn)研研究擾動土改良———摻石灰、、水泥等進(jìn)行行化學(xué)改良膨脹土改良原狀土改良———摻中性無無毒液性有機(jī)化學(xué)改良良劑第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理石灰改良膨脹脹土機(jī)理分析析：1）離子交換換2）凝硬反應(yīng)應(yīng)3）碳化作用用4）膠結(jié)作用用2.1石灰灰改良膨脹土土第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理合理摻灰量研研究改良土的強(qiáng)度度性狀改良土的變形形性狀改良土的水理理特性改良土的滲透透性2.1石灰改良膨脹脹土第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理2.1.1合理摻灰量研研究圖2-1-1不同灰劑量改改良土的擊實(shí)實(shí)曲線1）擊實(shí)曲線線第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理圖2-1-2摻生石灰與消消石灰的改良良土界限含水水率與灰劑量量的關(guān)系曲線線2）界限含水水率第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理圖2-1-3摻生石灰與消消石灰的改良良土自由膨脹脹率與灰劑量量的關(guān)系曲線線3）自由膨脹率第四章特殊殊土地基第二節(jié)膨脹脹土的性質(zhì)及及其地基處理理圖2-1-4素土的線膨脹脹率與時間的關(guān)系（初始始含水率為22.6%））圖2-1-5改良土的膨脹脹率與時間的關(guān)系（初始始含水率為23%）表3-1素土與不同灰劑量量改良土的膨脹性性第四章特殊土地地基第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理2.1.2石石灰改良膨脹脹土施工工藝在實(shí)際施工中必須須保證摻灰均勻和和有效壓實(shí)，需根根據(jù)膨脹土特點(diǎn)結(jié)結(jié)合現(xiàn)場施工條件件選擇合適的石灰灰摻入方法﹑摻入入時機(jī)和碾壓機(jī)械械組合工藝。一般般膨脹土天然含水水率高，透水性差差，原狀土一般以以較大的團(tuán)塊存在在，黏性較大，不不宜粉碎。能否將將石灰和土料拌和和均勻是影響改良良效果的主要因素素之一，因此石灰灰改良膨脹土施工工工藝中最重要的的一環(huán)就是摻灰工工藝。第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理石灰與膨脹土的拌拌和方法：（1）路拌法（（2））場拌法影響石灰改良土壓壓實(shí)效果和強(qiáng)度的的因素：（1）土的種類（2）土顆粒的大大?。?）石灰的摻入入量（4）摻入石灰的的類型（5）摻入石灰與與壓實(shí)成型之間的的等待時間（6）石灰與土拌拌和的均勻程度（7）碾壓前填土土含水率（8）碾壓工藝（9）養(yǎng)護(hù)條件（（10）齡期圖5-10滲滲透改良膨脹土試試驗(yàn)裝置2.2CTMAB改良天然膨脹脹土讓CTMAB溶于于水，使溶液從土土體表面自由入滲滲。試驗(yàn)裝置見右右圖所示，入滲滲完成后，取不同同深度的土進(jìn)行一一系列試驗(yàn)，對試試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析析總結(jié)，判斷改良良效果第四章特殊土地地基2.3水泥石灰灰復(fù)合改良膨脹土土技術(shù)水泥石灰復(fù)合改良良的機(jī)理：水泥土的強(qiáng)度主要要來源于水泥本身身的水化產(chǎn)物的膠膠結(jié)作用和水泥水水化時產(chǎn)生的Ca(OH)2與土中活性物質(zhì)之之間的硬凝反應(yīng)所所產(chǎn)生的水化物的的膠結(jié)作用。用水水泥加固軟土?xí)r，，水泥顆粒表面的的礦物很快與軟土土中的水發(fā)生水解解和水化反應(yīng)，生生成氫氧化鈣、含含水硅酸鈣、含水水鋁酸鈣及含水鐵鐵酸鈣等化合物第四章特殊土地地基第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理四、一種特殊的膨膨脹土—紅粘土（一）紅粘土的分分布和組成紅粘土是石灰?guī)r、、白云巖等碳酸鹽鹽類巖石在亞熱帶帶溫濕氣候下經(jīng)風(fēng)風(fēng)化作用而形成的的褐紅色粘土。它它主要分布在北緯緯33°以南地區(qū)區(qū)，在我國貴州、、云南、廣西最為為典型，且分布較較廣。紅粘土的化化學(xué)成分以SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3為主，礦物成分以以石英、高嶺石為為主。由于石英組組成的骨架和鐵質(zhì)質(zhì)膠結(jié)物的影響，，紅粘土具有較好好的水穩(wěn)定性。第四章特殊土地地基第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理四、一種特殊的膨膨脹土—紅粘土（二）紅粘土的物物理力學(xué)性質(zhì)（1）天然含水率率較高，以結(jié)合水水為主，自由水較較少。（2）天然容重介介于16.5~18.5kN/m3之間，天然空隙比比大于1.0。（3）由于粒間膠膠結(jié)作用，土體仍仍處于硬塑或堅(jiān)硬硬狀態(tài)，其壓縮系系數(shù)在0.1~0.4MPa-1之間，屬于中等偏偏低壓縮性。第四章特殊土地地基四、一種特殊的膨膨脹土—紅粘土紅粘土是較好的地地基土，但需要注注意以下問題：（1）紅粘土具有有膨脹土的性質(zhì)。。（2）紅粘土厚度度分布不均勻，容容易產(chǎn)生不均勻沉沉降。（3）沿深度從上上向下含水量增加加，土質(zhì)有由硬到到軟的明顯變化。。（4）由于地表水水和地下水運(yùn)動引引起的沖蝕和潛蝕蝕作用，在潛伏巖巖溶上的紅粘土層層常有土洞存在，，這對建筑物的穩(wěn)穩(wěn)定不利。第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理第四章特殊土地地基第二節(jié)膨脹土的的性質(zhì)及其地基處處理四、一種特殊的膨膨脹土——紅粘土土（三）紅粘土地基基的處理（1）對土與基巖巖石芽交錯的地基基，可去掉石芽作作墊層，以減小差差異沉降。（2）當(dāng)土質(zhì)不均均勻或厚度變化時時，可采用換土墊墊層地基加固措施施。（3）當(dāng)?shù)鼗林兄械牧严侗容^發(fā)育育