毕业《浅谈特殊土的性质的地基处理》.docx

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毕业《浅谈特殊土的性质的地基处理》

《浅谈特殊土的性质的地基处理

及特殊土的边坡治理》

姓名：

卢玲

班级：

计公30910

实习单位：

贵州公路工程集团

指导老师：

张旭阳

摘要：

设计和建造各种工程时，所必须掌握的天然土体或填筑土料的工程特性。

不同类别的工程，对土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。

对沉降限制严格的建筑物，需要详细掌握土和土层的压缩固结特性；其粒径级配和压密击实性质是主要参数。

土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响，不同成因类型的土，其力学性质会有很大差别。

各种特殊土（黄土、软土、膨胀土、多年冻土、盐渍土和红粘土等）又各有其独特的工程性质。

而它们的施工方法又有不同，施工中应注意的问题也不同。

关键词：

特殊土、地基处理、地基与治理

（一）土的工程分类

土的类别

土的级别

土的名称

土的开挖方法及工具

一类土（松软土）

Ⅰ

砂：

亚沙土、冲击砂土层、种植土、泥炭（淤泥）

用鍬、锄头挖掘

二类土（普通土）

Ⅱ

亚粘土、潮湿的黄土、夹有碎石、卵石的砂、种植土、填筑土、及亚砂土

用鍬、锄头挖掘、少许用镐翻松

三类土（坚土）

Ⅲ

软及密实的粘土、重亚粘土、干黄土及含有碎石、卵石的黄土、亚粘土、压实的填筑土

主要用镐、少许用鍬、锄头挖掘、部分用锲子及人锤

四类土（砂砾坚土）

Ⅳ

重粘土及含有碎石、卵石的粘土、粗卵石、密实的黄土、天然级配的碎石、软泥炭碳岩及蛋白石

先用镐、撬棍、然后用鍬挖掘、部分用锲子及人锤

五类土（软土）

Ⅴ-Ⅵ

硬石炭纪粘土、中等密实的页岩、泥岩、白垩土、胶结不紧的砾岩、软的石灰岩

用镐或撬棍、大锤挖掘、部分用爆破方法

六类土（次坚石）

Ⅶ-Ⅸ

泥炭岩、砂岩、坚实的页岩、泥灰岩、密实的石灰岩、风化花岗岩、片麻岩

用爆破方法开挖、部分用镐

七类土（坚石）

Ⅹ-ⅩⅢ

大理岩、辉绿岩、玢岩、粗、中粒花岗岩、坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩、风华痕迹的安山岩、玄武岩

用爆破方法开挖

八类土（特坚石）

ⅩⅣ-Ⅵ

安山岩、玄武岩、花岗片麻岩、坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩

用爆破方法开挖

（二）土的工程性质

（1）、土的物理性质

　　粘性土中含水量的变化，还能使土的状态发生改变，阿太堡最早提出将土的状态分为坚硬、可塑和流动三种，并提出了测定区分三种状态的界限含水量的方法。

（2）、土的压缩和固结性质 　

土在荷载作用下其体积将发生压缩，测定土的压缩特性可分析工程建筑物的地基沉降和土体变形。

（3）、土的强度性质 　

通常指土体抵抗剪切破坏的能力，它是土基承载力、土压和边坡稳定计算中的重要指标之一。

它和土的类型、密度、含水量和受力条件等因素有关。

试验时，不允许土样排水所得到的是土的总强度指标；如允许完全排水则得到的是土的有效强度指标。

土体的强度还因其沉积条件的影响而存在各向异性。

（4）土的流变性质 　

土工建筑物的变形和稳定是时间的函数。

土的流变特性主要表现为：

①常荷载下变形随时间而逐渐增长的蠕变特性；②应变一定时，应力随时间而逐渐减小的应力松弛现象；③强度随时间而逐渐降低的现象，即长期强度问题。

三者是互相联系的。

（5）土的压实性质 　

对土进行人工压实可提高强度、降低压缩性和渗透性。

土的压实程度与压实功能、压实方法和含水量有关。

当压实方法和功能不变时，土的干容重随含水量的增加而增加，达到最大值后，再增加含水量，其干容重将逐渐下降。

为改善土的压实性能，可铺撒少量添加剂。

此外，人工控制填料的级配，也可达到改善压实性能的目的。

（6）土的应力-应变关系 　

土的变形和强度是土的最重要的工程性质。

正常固结粘土和松砂的剪应力和轴向应变的曲线呈双曲线型，在整个剪切过程中，土的体积发生收缩，这类土具有应变硬化的特性。

（7）土的动力性质 　

土在岩爆、动力基础或地震等动力作用下的变形和强度特性与静荷载下有明显不同。

土的动力性质主要指模量、阻尼、振动压密、动强度等，它与应变幅度的大小有关。

应变幅度增大（<10-4），土的动剪切模量减小，而阻尼比例则增大。

（三）特殊土的工程性质 　

（1）黄土的工程性质 　

一般分为新黄土和老黄土两大类，其性质也有显著差异。

（2）软土的工程性质 　

软土一般指压缩性大和强度低的饱和粘性土，多分布在江、河、海洋沿岸、内陆湖、塘、盆地和多雨的山间洼地。

软土的孔隙比一般大于1.0,天然含水量常高出其液限，不排水抗剪强度很低，压缩性很高，因而常需加固处理。

最简单的方法是预压加固法。

软土强度的增加有赖于孔隙压力的消失，因而在地基中设置砂井以加快软土中水的排出，这是最常用的加固方法之一。

预压加固过程中通过观测地基中孔隙水压力的消失来控制加压，这是保证施工安全和效率的有效方法。

此外，也可用碎石桩和生石灰桩等加固软土地基。

（3）多年冻土的工程性质 　

高纬度或高海拔地区，气温寒冷，土中水分全年处于冻结状态且延续三年以上不融化冻土称多年冻土。

冻土地带表层土随季节气温变化有冻融交替的变化，季节冻融层的下限即为多年冻土的上限，上限的变化对建筑物的变形和稳定有重大影响。

（4）红粘土的工程性质 　

热带和亚热带温湿气候条件下由石灰岩、白云石、玄武岩等类岩石风化形成的残积粘性土。

粘土矿物主要是高岭石，其活动性低。

中国红粘土的特点一般是天然含水量高、孔隙比大，液限和塑性指数高，但抗水性强,压缩性较低,抗剪强度也较高，可用作土坝填料。

（5）膨胀土的工程性质 　

粘土中的粘土矿物（主要是蒙脱石），当遇水或失水时，将发生膨胀或收缩，引起整个土体的大量胀缩变形，给建筑物带来损害。

（四）地基处理措施

地基处理就是按照上部结构对地基的要求，对地基进行必要的加固或改良，提高地基土的承载力，改变其变形或渗透性质，而采取的人工处理地基的方法。

一.为了防止剪切破坏，就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。

　　二．改善压缩特性地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大，因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。

　　三．改善透水特性地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏；基坑开挖过程中产生流沙和管涌。

因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。

　　四．改善动力特性地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。

因此需要研究和采取使地基土防止液化，并改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。

五．改善特殊土的不良地基的特性主要是指消除或减少特殊土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。

这些是基本的改善措施，如果要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法

（1）   地基特殊问题的处理

a、滑坡

 斜坡的土岩体由于本身存在滑坡内在因素，在自然或人为因素诱发下，产生滑坡的原因主要有：

1、斜坡土体本身存在倾向相近、层理发达破碎严重的裂隙、断裂，或内部夹有一滑动的软弱带，如软泥、粘土质岩层，受水浸后滑动或塌落。

2、土层下有倾斜度较大的岩层，或软弱土夹层；或土层下的岩层虽近于水平，但距边坡过近，边坡倾度过大，在堆土或堆置材料、建筑物荷重和地表水作用下，增加了土体的负担，降低了土与土、土体与岩面之间的抗剪强度而引起滑坡或塌方。

3、边坡坡度不够，倾角过大，土体因雨水或地下水浸入，剪切应力增加，粘聚力减弱，使土体失稳而滑动。

4、开堑挖方，不合理的切割坡角；或坡角被地表、地下水掏空；或斜坡地段下部被冲沟所切，地表、地下水浸入坡体；或开坡放炮坡角松动等原因，使坡体坡度加大，破坏了土（岩）体的内力平衡，使上部土体失去稳定而滑动。

5、在坡体上不适当的堆土或填土，设置建筑物；或土工构筑物设置在尚未稳定的老滑坡上，或已滑动的坡积土层上，填方或建筑物增荷后，重心改变，在外力和地表地下水作用下，坡体失去平衡或触发滑坡复活，而产生滑坡。

处理措施方法：

1、加强工程地质勘察，对拟建场地（包括边坡）的稳定性进行认真分析和评价，工程和线路一定要选在边坡稳定的地段，对具备滑坡形成条件的或存在有古老滑坡的地段，一般不应选作建筑物场地，或采用必要的措施加以预防。

2、做好泄洪系统，在滑坡范围外设置多道环形截水沟，以拦截附近的地下水；在滑坡区域内，修设或疏通原排水系统，疏导地表地下水，阻止渗入滑坡体内。

主排水沟宜与滑坡滑动方向一致，支排水沟与滑坡方向呈30?

～45?

斜交，防止冲刷坡脚。

3、处理好滑坡区域附近的生活及生产用水，防止浸入滑坡地段。

4、如因地下水活动有可能形成山坡浅层滑坡时，可设置支撑盲沟、渗水沟，排除地下水。

盲沟应布置在平行于滑坡滑动方向有地下水露头处。

做好植被工程。

5、保持边坡有足够的坡度，避免随意切割坡脚。

在坡脚处有弃土条件时，将土石方填至坡脚，使用权其起反压作用。

筑挡土堆或修筑台地，避免在滑坡地段切去坡脚，且不设挡土墙时，应按切割深度将坡肢随原自然坡度由上而下削坡，逐渐挖至要求的坡肢深度。

6.尽量避免在坡肢处取土，在坡肩上设置弃土或建筑物。

在斜坡地段，挖方时，应遵守由下往上分层填压的施工和程序，避免在斜坡上集中弃土，同时避免对滑坡体的各种震动作用。

7.对可能出现的浅层滑坡体全部挖空心思除；如土主量较大，不能全部挖除，且表层破碎含有滑坡夹层时，可对滑坡体采取深翻、推压、打乱滑坡夹层、表面压实等措施，减少滑坡因素。

8.滑坡面土质松散或具有大量裂缝时，应进行填平、夯填，防止地表水下渗；在滑坡面植树、种草皮、浆砌片石等保护坡面。

9.倾斜表层下有裂隙滑动面面的，在基础下设置混凝土锚桩办法。

土层下有倾斜岩层，将基础设置在基岩上用锚栓锚固或作成阶梯形，或采用灌注桩基减轻土体负担。

10.对已滑坡工程，稳定后采取设置混凝土锚固排桩、挡土樯、抗滑明洞、抗滑锚杆或混凝土。

b 、崩塌

陡坡或悬崖上的岩土体，在重力作用下，突然向下崩落并顺山坡强烈翻落、撞击、破碎、解体，最后堆积于坡脚下的现象称为崩塌。

一般大规模的崩塌称为山崩；而一处或多处大块岩体的崩落称为坠石。

此外按崩塌物质的不同，以可分为岩崩和土崩。

崩塌对山区峡谷、岩岩边建造的工业与民用建筑均造成很大危害，使崩塌范围内的厂房设备和房屋被局部打坏或大部分毁坏。

产生原因：

1.岩土坡过陡（大于55°以上），因重力作用而沿薄弱面产生崩塌。

2.易风化剥落的软质泥岩、灰岩、页岩常与硬质砂岩等交错构成，软质岩裸露在空气中受雨水浸蚀，风化很快，年长日久，将该种岩层掏空，使上部岩层变成悬岩，上部岩体失去支撑，在重力作用下沿节理崩塌。

3.坚硬性脆岩石抗剥蚀性强，常形成高而峻陡的山陂，在节理层面比较发育、岩体较破碎的情况下，常驻易发生崩塌。

4.气候及水的影响，气温变化能促使岩石风化，产生裂隙；降水渗入降低岩石强度，扩大裂隙，水沿坡面下流浸蚀，加速软质岩的剥落；河流水位升降冲刷坡脚，造成陡坡，最终导致岩土体崩塌。

5.整平场地挖成过陡过高的边坡或进行大的爆破，常造成崩塌。

6.土崩多发生在黄土地区河谷高阶地的前缘，或冲沟地段，开始能形成直立的边坡，加上垂直节理的发育，在暴雨、洪水或地震的诱导下而产生崩塌。

处理措施方法：

1.作好地质勘察工作,对有可能崩塌地段，就避免选作建筑场地，线路应绕避或距坡脚有中够的安全距离。

2.开坡应保持足够的稳定坡度,使控制制在50°以内。

3.对易风化的软质岩石或易被雨水冲蚀的土坡，应采取护面处理。

4.对悬头危岩应在危岩的下部建支术及支承墙，以支撑危岩；对有可能崩塌的岩体采用岩石锚杆钢筋或钢筋混凝土腰带固定在稳定的岩石土；对高度不大的探头悬岩用设支承墙的；办法支撑；对危岩及岩土边坡上的裂隙、节理，应进行封闭处理。

5.对崩塌较严重的地段，可修筑明洞、御崩棚等，以保证下部建筑物安全。

6.对难以加固的危岩，在工程场地整平时应用爆破或楔劈的方法将危岩清除，以消除隐患。

C、流砂

当基坑开挖深于地下水位0.5m以下，采用坑内抽水时，坑底下面的土产生流动状态随地下水一起涌进坑内，边挖深的现象称为“流砂”。

形成原因：

1.当坑外水位高于坑内抽水后的水位，坑外水压向坑内流动的动水压等于或大于颗粒的浸水密度，使土粒悬浮失去稳定变成流动状态，随水从坑底或两侧涌入坑内，如施工时采取强挖，抽水愈深，动水压就愈大，流砂就愈严重。

2.由于土颗粒周围附着亲水胶体颗粒，饱和时胶体颗粒吸水膨胀，使土粒密度减小，因而在不大的水冲力下能悬浮流动。

3.饱和砂土在振动作用下，结构被破坏，使土颗粒悬浮于水中并随水流动。

易产生流砂的条件是：

1.水力坡度、流速大，当动水压力超过土粒重量，达到能使土粒悬浮时，即会产生流砂。

2.土层中有较厚（>250mm）的粉砂土层。

3.土的含水率大于30%以上或空隙率大于43%。

4.土的颗粒组成中，粘土粒含量小于10%，粉砂粒含量大于75%。

5.砂土的渗透系数很小，排水性能很差。

6.砂土中含有较多的片状矿物，如云母、绿泥石等。

常用处理措施方法有：

1.安排在全年最低水位季节施工，使基坑内动水压减小。

2.采取水下挖土（不抽水或抽水），使坑内水压与坑外地下水压相平衡或缩小水头差。

3.采用井点降水，使水位降至基坑底土面保持无水状态。

4.沿基坑外围四周打板桩，深入坑底下面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流路线和渗水量，减小动水压力。

5.采用化学压力注浆或高压水泥注浆，固结基坑，周围粉砂层使形成防渗帷幕。

6.往坑底抛大石块，增加土的压重和减小动水压力，同时组织快速施工。

7.当基坑面积较小，也可采取在四周设钢板护筒，随着挖土不断加深，直到穿流砂层。

例如

地基中常见的软土，一般是指处于软朔或者流朔状态下的粘性土。

其特点是天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，工程地质条件较差。

可地基和边坡的土的性质的处理措施有以下几个方面：

1、换填垫层法

当软弱土层厚度不很大时，可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后换填强度较大的土或其它稳定性能好、无侵蚀性的材料（通常是渗水性好的中粗砂）称为换填或垫层法。

此法处理的经济实用高度为2～3m，如果软弱土层厚度过大，则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本。

主要加固方法有：

换填、抛石挤淤、垫层、强夯挤淤几种。

垫层法根据材料的不同可分为砂（砾石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层。

代表方法有砂垫层法及换填法。

2、深层密实法

采用爆破、夯击、挤压和振动及加入抗剪强度高的材料等方法，对地基深层的软弱土体进行振密和挤密的地基加固方法称为深层密实法。

适用于软土厚度>3m的中厚软土的加固，分布面积广的软基加固处理，其加固深度可达到30m。

主要加固方法：

强夯法、土（或灰土、粉煤灰加石灰）桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法（振冲置换法）、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩法）、粉喷桩法、旋喷桩法。

代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法。

3、排水固结法

在软土地基上加压并配合内部排水，加速软土地基的排水，加快软土固结的处理方法称为排水固结法。

适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。

主要加固方法：

堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法、塑料排水板法。

4、化学加固法

通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料，进行软土地基处理的方法称为化学加固法。

适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可以在处理裂隙岩体及已有构筑物地基加强中。

水泥或其它化学材料注入土体后，与土体发生化学反应，吸收和挤出土中部分水与空气形成具有较高承载力的复合地基。

主要加固方法：

硅化法、粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。

5、加固路基法

通过在路基中埋入高强度、大韧性的土工聚合物、拉筋、受力杆件或柴（木）梢排等方法加强路基的自身强度，增加抵抗地基变形沉降的能力。

适用于软弱岩体、土体中的路堤与路堑。

主要加固方法：

加筋土路基、土工聚合物、土钉墙、土层锚杆、土钉、树根桩法、柴（木）梢排法。

综上所述，可以发现，目前公路特殊土地基处理的研究己经达到了相当的水平和规模。

但从国内外现有资料来看，仍存在着一些不容忽视的问题。

地基处理方案的决策分析研究不够，目前的方案选择基本上停留在人为凭经验选取阶段。

因此，结合当前公路特殊土地基处理研究的现状,应在以下方面加强研究。

 1、继续深入地研究公路特殊土的基本特性，这方面的研究应从工程的角度出发，着重研究对工程有严重影响的特性指标，进而研究不同地区、不同地段特殊土的差异，为其沉陷计算，处理方法选择提供依据。

2、继续深入开展特殊土地基沉降计算方法的研究，这是公路软基处理研究的核心问题之一，特别是开展数值计算方法的实用研究。

3加强公路特殊土地基处理的系统化研究，近年来，大量出现的实例研究为系统性的理论研究提供了基础。

应着手对这些实例研究资料进行系统化的研究，这对特殊土的工程评价，处理方法的选择等都具有重要的理论和实践意义。

4提高公路特殊土地基处理研究的智能化水平。

近年来的研究表明，在工程领域，寻求最优解往往很困难，获取满意解不失为一种合理的选择，人工智能方法是目前获取满意解最好方式之一。

在特殊土地基处理研究中，采用人工智能方法是解决工程问题的一种有效途径。

5应加强地基加固新技术的研究。

例如，最近美国研究出一种坚土酶（PEMAZYME）用于加固塑性指数为6～15的土效果很好，已得到推广应用。

6加强地基加固质量检验技术的研究。

7加强地基处理方案的决策分析研究，使目前人为定性决策方法数值化、科学化和智能化。

首先对于最不利条件的特殊土的压实和CBR强度进行深入研究，制定评判标准，使很多特殊土可以通过简单处理后用于路基填筑而无需改性，可达到满足实际工程建设要求，这样就地取土、处理简单，既可大幅度节约造价，又能加快施工进度，具有广阔的应用前景。

层次分析法将理论研究与工程实际相结合，对路基与边坡治理综合技术的进行评价，从最优、最经济角度选择特殊土路基、边坡处理措施，解决了公路工程技术方案评价的问题。

面向设计和应用的三维非线性分析，可提供有力的边坡工程的安全性分析，杜绝事故于未然，具有广阔的应用前景和进一步开发的价值。

提出的关于高速公路基于恢复生态学的后期免维护的公路生态系统，提出了公路护坡的可持续发展的一种解决问题途径，不仅考虑了沿线的近期视觉审美问题，而且对沿线生态环境的恢复和重建具有极其重要的意义，这是造福后代的极好的生态措施。

对于其它类似地区公路建设提供有价值的参考内容如下：

1．原状特殊土随着压实度增加，填料的CBR值增大；膨胀土的膨胀量减小，吸水量也减小，胀缩性减弱。

2．不同的浸水时间的填料饱水时间增长，土体的膨胀量增大、吸水量增多，CBR值减小，应根据线路和地区实际可能性综合考虑CBR控制指标。

3．在不同气候条件下，膨胀土路基随着雨量增加而含水量增大和深度加深,浸水积水时间加长而受影响范围加大、加深，路基呈现非均匀的含水量状态和浸水状态。

黄土受雨水影响的深度较膨胀土路基要浅。

4．掺入不同比例的生石灰后，土体的CBR值明显提高，可达30～50倍。

掺灰比为5%附近取值最为经济，若以减小膨胀特性为目的，掺灰比为9%效果最佳。

5.特殊土现场不同雨量时地表处的含水量均高于室内4昼夜饱水试验的含水量。

6．特殊土路基与边坡破坏机理，在进行特殊土边坡计算时，滑动面形态和抗剪强度参数均要考虑特殊土的工程特性，以及坡顶垂直裂隙等影响，特殊土的本构关系可以采用邓肯-张模型，应用非线性有限元方法计算特殊土路基及边坡稳定性。

（五）结语

　　建筑物的全部重量和荷载是通过基础传递给地基的，而作为支承建筑物荷载的地基，必须有足够的承载力和稳定性。

因此，只有充分认识地基工程的特殊性，及时采用适当的地基处理方法，才可以保证结构的安全与正常使用。

随着地基处理工程实践和发展，人们在改造土的工程性质的同时，不断丰富了对土的特性研究和认识，从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新，因而地基处理成为土力学基础工程领域中的一个较有生命力的分枝。

在各种不同的路基与边坡治理的技术措施采用层次分析进行评价，以特殊土路基与边坡治理为目标、经济效益和社会效益为基础的评价体系，对综合治理的方案进行评价、比选和优化。

参考文献

几种特殊土地基的工程特性及地基处理，白晓红，工程力学，2007

特殊黄土地基的处理与加固技术，钟赣斌，2010

浅述软弱地基的现象与处理方法.科技促进发展，张同强，2009

特殊土地基的处理技术探讨.科技信息（科学教研），蔡彬，2007