幾種特殊土地基的工程特性及地基處理

摘要：我國地域遼闊，由于自然地理環(huán)境不同，分布著多種多樣的土類，某些土類還具有不同于一般土類的特殊性質(zhì)。作為地基，必須針對其特性采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧３鞘谢凸I(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，使得土木工程向各種復(fù)雜地基條件的區(qū)域發(fā)展，特殊土地基的工程特性引起了工程師的重視。總結(jié)膨脹土、濕陷性黃土、鹽漬土等幾種地區(qū)常見特殊土的重要工程性質(zhì)，提出相應(yīng)的地基處理方法以及工程注意事項(xiàng)，對安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的安全建設(shè)項(xiàng)目具有重要意義。

關(guān)鍵詞：膨脹土；濕陷性黃土；鹽漬土；地基處理

我國地域遼闊，從沿海到內(nèi)陸，從山區(qū)到平原，分布著多種多樣的土類。由于生成時(shí)地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因不同以及次生變化等原因，使一些土類具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)。通常把這些具有特殊工程性質(zhì)的土類稱為特殊土。隨著人類生活水平的不斷提高，土地的需求日益上漲，人們不得不在各種復(fù)雜和軟弱地基上開展工程建設(shè)。因此，正確認(rèn)識各種特殊土的工程特性就顯得尤為重要。

1 膨脹土

膨脹土是指土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性和黏性土。膨脹土地基的國內(nèi)外研究動態(tài)國際膨脹土工程問題，始于20世紀(jì)20年代末30年代初。由于建筑技術(shù)的發(fā)展，一些國家過去本來能夠承受較大變形的輕載框架式建筑物，逐漸被承受變性較差的磚石結(jié)構(gòu)所取代，隨之在膨脹土地區(qū)便出現(xiàn)了房屋開裂問題。

（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，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石粘土在含水量增加時(shí)出現(xiàn)膨脹，而伊利土和高嶺土則發(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。

1.2 干容量

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)。Y=18.0KN/M3的粘土，通常顯示很高的膨脹潛勢。

1.3 力學(xué)性質(zhì)

在工程地質(zhì)中，這種粘土的膨脹現(xiàn)象很普通。我們通過土工實(shí)驗(yàn)，得出粘土的力學(xué)指標(biāo)，以供土質(zhì)力學(xué)上的計(jì)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。

1.3.1 膨脹潛勢

膨脹潛勢，簡單的講，就是在室內(nèi)按AASHO標(biāo)準(zhǔn)壓密實(shí)驗(yàn)，把試樣在最佳含水量時(shí)壓密到最大容量后，使得側(cè)限的試樣在一定的附加荷載下，浸水后測定的膨脹百分率。

1.3.2 膨脹力

膨脹力，也就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以后，再加荷載直到回復(fù)到其初始體積為止所需的壓力。對某種給定的粘土來說，其膨脹壓力是常數(shù)，它僅限于干容重變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。

(2)膨脹土路基處理方法

根據(jù)膨脹土的結(jié)果特性和工程特性，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。膨脹土性質(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(shí)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。

2.1 放緩邊坡

由于膨脹土的工程特性，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、1:20三種較緩邊坡。填挖較高時(shí)，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用全防護(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(shí)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)絡(luò)等邊坡形式進(jìn)行防護(hù)，當(dāng)邊坡較高時(shí)，在邊坡底部設(shè)3m搞的矮擋土墻，以確保邊坡坡腳的穩(wěn)定。

2.3 摻石灰改良

對膨脹土不能直接利用而非膨脹土來源困難或運(yùn)距較遠(yuǎn)不經(jīng)濟(jì)時(shí)，采用摻石灰改性膨脹土，石灰劑量為4%~12%，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(yàn)確定具體的摻灰率。

2 濕陷性黃土

2.1 黃土的特性和分布

黃土是指以粉粒為主，含有大量的可溶鹽，顏色以黃色、褐黃色為主的土體。在我國，黃土和黃土狀土廣泛分布在華北、西北等地。黃土在世界上的分布很廣，面積達(dá)1300萬km2，約為陸地總面積的9.3%；在我國黃土分布面積達(dá)63.5萬km2，主要分布在北緯33度到47度之間。

2.2 濕陷性黃土地基的處理

濕陷性黃土地基處理的目的是為了改善土的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，減少土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的產(chǎn)生，部分或全部消除它的濕陷性。

常見的處理濕陷性黃土地基的方法：

（1）灰土或素土墊層

將基底以下濕陷性土層全部挖除或控到預(yù)計(jì)深度，然后用灰土或素土分層夯實(shí)回填，墊層厚度及尺寸計(jì)算方法同沙礫墊層，壓力擴(kuò)散角對灰土取30度，對素土取22度。墊層厚度一般為1.0~3.0m。它施工簡易，效果顯著，是一種常見的地基淺層濕陷性或部分處理的方法。

（2）重錘夯實(shí)及強(qiáng)夯法

重錘夯實(shí)法適用于處理地下水位上，飽和度不大于0.6的濕陷性黃土。當(dāng)采用20KN以上的重錘時(shí)，一般能夯實(shí)1~1.75m厚的土層。若基礎(chǔ)底面以下濕陷性黃土厚度在2m左右，采用重錘夯實(shí)，可基本消除其濕陷性；2m以上，可減少其濕陷性。強(qiáng)夯法根據(jù)國內(nèi)使用記錄，錘重100~200KN，自由落下高度10~20m錘擊兩遍，可消除4~6m范圍內(nèi)土層的濕陷性。

（3）石灰土或二灰擠密樁

適用于加固5~15m深度的濕陷性黃土地基。用打入樁、沖鉆或爆擴(kuò)等方法在土中成孔，然后用石灰土或?qū)⑹遗c粉煤灰混合分層夯填樁孔而成（少數(shù)也用素土），用擠密的方法破壞黃土地基的松散、大孔結(jié)構(gòu)，達(dá)到消除或減輕地基的濕陷性。

（4）預(yù)浸水處理

自重濕陷性黃土地基利用其自重濕陷的特性，可在建筑物修筑前，先將地基充分浸水，使其在自重作用下發(fā)生濕陷，然后再修筑。

（5）采取有效隔水措施

充分做好建筑物基礎(chǔ)的隔水層，使基礎(chǔ)濕陷性黃土地基無法浸水，已達(dá)到避免地基濕陷的目的常用的隔水材料有灰土、油氈以及各種PVC和PE膜，這種方法常常用于對基礎(chǔ)承載力要求不高的設(shè)施，如游泳池、供水管床、渠道等。

（6）采用樁基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)

采用深基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層，傳力于濕陷土層一下的持力土層上，達(dá)到躲過濕陷性黃土層的目的。常用方法就是樁基，尤以灌注樁為主。但應(yīng)注意由于黃土濕陷所引起的樁側(cè)負(fù)摩阻力問題。

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作者簡介

姜偉，男，1981年，漢族，陜西省高陵縣人，助理工程師，主要研究方向：公路工程。