第九章 特殊性岩土的工程勘察.docx

1、第九章 特殊性岩土的工程勘察第九章 特殊性岩土的工程勘察本章重点：介绍了各类特殊性土的特性、勘察重点及勘察评价与计算。学习要求：掌握本地区常见的几种特殊土的勘察内容、要求，即评价计算方法。 特殊性岩土是指在特定的地理环境或人为条件下形成的具有特殊的物理力学性质和工程特征，以及特殊的物质组成、结构构造的岩土。如果在此类岩土上修建建筑物，在常规勘察设计的方法下不能满足工程要求，为了安全和经济，因而在岩土工程勘察中须采取特殊的进行研究和处理，否则会给工程带来不良后果。特殊性岩土的种类很多，其分布一般具有明显的地域性。常见的特殊性岩土又是湿陷性土、红粘土、软土、混合土、填土、多年冻土、膨胀岩土、盐渍岩

2、土、风化岩与残积土及污染土等。第一节 湿陷性土湿陷性土是指那些非饱和和结构不稳定的土，在一定压力作用下受水浸湿后，其结构迅速破坏，并产生显著的附加下沉。湿陷性土在我国北方分布广泛，除常见的湿陷性黄土外，在我国的干旱及半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇到湿陷性碎石土、湿陷性砂土等。一、湿陷性黄土湿陷性黄土属于黄土。当其未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较低。但受水浸湿后，在上覆土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力作用下，土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低。湿陷性黄土分布在近地表几米到几十米深度范围内，主要为晚更新世形成的马兰黄土（Q3）和全新世形成的Q4黄土（

3、包括Q41黄土和Q42新近堆积的黄土）。而中更新世及其以前形成的离石黄土和午城黄土一般仅在上部具有较微弱的湿陷性或不具有湿陷性。我国陕西、山西、甘肃等省区分布有大面积的湿陷性黄土。 （一）湿陷性黄土的性质1粒度成分上，以粉粒为主，粉粒含量超过50%以上，砂粒、粘粒含量较少。2密度小，孔隙率大，大孔性明显。在其它条件相同时，孔隙比越大，湿陷性越强烈。3天然含水量较少时，结构强度高，湿陷性强烈；随含水量增大，结构强度降低，湿陷性降低。4塑性较弱，塑性指数在813之间。当湿陷性黄土的液限小于30%时，湿陷性较强；当液限大于30%以后，湿陷性减弱。5湿陷性黄土的压缩性与天然含水量和地质年代有关，天然状

4、态下，压缩性中等，抗剪强度较大。随含水量增加，黄土的压缩性急剧增大，抗剪强度显著降低。新近沉积黄土，土质松软，强度低，压缩性高。6抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量小，但失水收缩较明显，遇水湿陷性较强。 （二）湿陷性黄土的勘察要点1在湿陷性黄土场地进行岩土工程勘察时应查明下列内容，并结合建筑物特点和设计要求，对场地和地基做出评价，对地基处理措施提出建议。黄土地层的时代、成因；湿陷性黄土的厚度；湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化；场地湿陷类型和地基湿陷等级的平面分布；变形参数和承载力；地下水等环境水的变化趋势；其他工程地质条件。2勘察阶段可分为场址选择或可行性研究、初步勘察、详细勘察三

5、个阶段，各个阶段的勘察成果应符合各相应设计阶段的要求。对场地面积不大，地质条件简单的地区可简化勘察阶段。对工程地质条件复杂或有特殊要求的建筑物，必要时应进行施工勘察或专门勘察。3采取不扰动土样，必须保持其天然的湿度、密度和结构，并符合级土样质量的要求。在探井中取样，竖向间距宜为1米，土样直径不宜小于120mm；在钻孔中取样，应严格按规范要求执行，避免扰动。取土勘探点中，应有足够数量的探井，其数量应为勘探点总数的1/3/2，并不宜少于3个。探井的深度宜穿透湿陷性黄土层。4勘探点使用完毕后，应立即用原土分层回填夯实，并不宜小于该场地天然黄土的密度。5场址选择或可行性勘察阶段应对拟建场地的稳定性和适

6、宜性做出初步评价。进行的工作有收集资料、现场调查，当已有资料不能满足设计要求时，应进行必要的工程地质测绘、勘探和试验等工作。6初步勘察阶段应查明场地湿陷类型，为确定建筑物总平面图的合理布置提供依据，对地基基础方案、不良地质现象和地质环境的防治提供参数和建议。进行的工作有：初步查明场地各土层物理力学性质、场地湿陷类型、地基湿陷等级、不良地质现象及其影响，并对场地稳定性做出初步评价。勘探工作要求：（1）初步勘探线的布置应按地貌单元的纵、横线方向布置，勘探点的间距宜按表9-1确定。 初步勘探点的间距表9-1 场地类别勘探点间距（m）场地类别勘探点间距（m）简单场地120200复杂场地5080中等复杂

7、场地80120（2）取土和原位测试点的数量，应按地貌单元和控制性地段布置，其数量不得少于全部勘探点的1/2。（3）勘探点深度应根据湿陷性黄土层的厚度和地基压缩层深度的预估值确定，控制性勘探点应有一定数量的取土勘探点穿过湿陷性黄土层。（4）新建地区的重要建筑，应按规定进行现场试坑浸水试验，并按自重湿陷系数的实测值判定场地湿陷类型。7详细勘察阶段应按建筑物或建筑群提供详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数；对地基、桩基或深基坑做出分析评价；并对地基处理、不良地质现象、地质环境和施工监测提出建议。进行的工作有：详细查明地基土层及其物理力学性质指标，确定场地湿陷类型、地基湿陷等级的平面分布和承载力

8、。勘探工作要求：（1）勘探点的间距应按建筑物类别和工程地质条件的复杂程度等因素确定，宜按表9-2确定。 详细勘察勘探点的间距（m） 表9-2建筑类别场地类别甲乙丙丁简单场地30404050508080100中等复杂场地2030304040505080复杂场地1020203030404050（2）在单独的甲、乙类建筑场地，勘探点不应少于4个。（3）采取不扰动土样和原位测试的勘探点不得少于全部勘探点的2/3，其中采取不扰动土样的勘探点不宜少于1/2。（4）勘探点的深度应大于地基压缩层的深度，并符合表9-3的规定或穿透湿陷性黄土层。 勘探点的深度（m）表9-3湿陷类型非自重湿陷性黄土场地自重湿陷性黄

9、土场地陇西、陇东-陕北-晋西地区其他地区勘探点深度（自基础底面算起）101510（三）湿陷性黄土地基湿陷性的评价 黄土地基的湿陷性评价内容：首先判定黄土是湿陷性还是非湿陷性的；如果是湿陷性黄土，再进一步判定湿陷性黄土场地湿陷类型；其次判别湿陷性黄土地基的湿陷等级。1、黄土湿陷性判定黄土湿陷性是按室内浸水压缩试验在一定压力下测定的湿陷系数s值判定。:上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度，cm；式中 hp:保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度 cm；:土样的原始高度 cm。当s0.015时，为非湿陷性黄土；当s0.015时，为湿陷性黄土。 压缩试验测定湿陷系

10、数的压力，应自基础底面算起（初勘时自地面下1.5m算），10m内的土层该压力应用200kPa，10m以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力（当大于300kPa时，仍应用300kPa，对基底压力对新近沉积黄土，基地以下5m内的土层宜用100kPa150kPa压力）。大于300kPa的建筑物，宜按实际压力测定湿陷系数。（2）场地湿陷类型湿陷性黄土场地湿陷类型，应按照自重湿陷量的实测值zs或计算值zs判定。湿陷性黄土场地自重湿陷量计算值zs按下式计算：计算自重湿陷量zs的累计，应自天然地面算起（当挖、填方的厚度和面积较大时，应自设计地面算起），至其下全部湿陷性黄土层的底面为止，其中自重湿

11、陷系数zs0.015的土层不累计。 湿陷性黄土场地的湿陷类型按下列条件判别：当自重湿陷量的实测值zs或计算值zs小于或等于7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当自重湿陷量的实测值zs或计算值zs大于或等于7cm时，应定为自重湿陷性黄土场地；当自重湿陷量的实测值与计算值出现矛盾时，应按自重湿陷量的实测值判定。3地基湿陷等级判定 湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素按照下表判定。 湿陷性黄土地基的湿陷等级 表9-4湿陷类型 zs（mm）s（mm）非自重湿陷性场地自重湿陷性场地zs7070zs350zs350s300I（轻微）II（中等）300s700I

12、I（中等）*II（中等）或III（严重）III（严重）s700II（中等）III（严重）IV（很严重）*注：当湿陷量的计算值s600mm、自重湿陷量的计算值zs300mm时，可判为III级，其他情况可判为II级湿陷性黄土地基的总湿陷量s，应按下式计算：式中：si：第i层土的湿陷系数； hi：第i层土的厚度（mm）：考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，基底以下0m5m，取=1.50；基底下5m10m，取=1；基底下10m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的值。湿陷量的计算值的计算深度，应自基础底面（如基底标高不确定时，自地面以下1.5m）算起

13、；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下（或地基压缩层）深度至；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面至。其中湿陷系数s（10m以下为zs）小于0.015的土层不累计。2、场地湿陷类型判定（1）自重湿陷性判别自重湿陷性的判别是测定在饱和自重压力土的湿陷系数zs值，当zs0.015时，为非自重湿陷性黄土；当zs0.015时，为自重湿陷性黄土。自重湿陷系数按下式计算：式中 hz:保持天然的湿度和结构的土样，加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度 cm；hz:上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度，cm；hz:土样的原始高度 cm。饱和自重压力，通常是自地面算起，至该土样顶

14、面为止的上覆土层饱和自重压力。二、其他湿陷性土（一）勘察要点其他湿陷性土是指除湿陷性黄土以外的湿陷性土。此类土的勘察方法和要求原则上与湿陷性黄土的勘察相同。但由于这类土分布在山间盆地中、冲积扇上或山脚下，多属复杂场地。勘察时除应满足一般要求外，尚应注意以下几点：(1)对湿陷性土分布极不均匀的场地应加密勘探点。(2)控制性勘探孔深度应穿透湿陷性土层。(3)应查明湿陷性土的年代、成因、分布和其中的夹层、包含物、胶结物的成分和性质。(4)湿陷性碎石土和砂土，宜采用动力触探试验和标准贯入试验确定其力学特性。(5)不扰动土试样应在探井中采取，且不扰动土试样除测定一般物理力学性质之外，尚应做土的湿陷性和湿

15、化试验。(6)对不能取得不扰动土试样的湿陷性土，应在探井中采用大体积法测定密度和含水量。(7)对于厚度超过2m的湿陷性土，应在不同深度处分别进行浸水载荷试验，并应不受相邻试验的浸水影响。（二）湿陷性土的岩土工程评价1湿陷性的判别 非黄土的湿陷性的勘查评价首先要判定是否具有湿陷性。这类土不能如黄土那样用室内浸水压缩试验指标判别湿陷性，应采用现场浸水载荷试验作为判定湿陷性的基本方法。在200kPa压力下浸水载荷试验的附加湿陷量与承压板宽度之比等于或大于0.023的土应判定为湿陷性土。2湿陷性土的湿陷程度划分湿陷性土的湿陷程度划分是根据浸水载荷试验测得的附加湿陷量的大小划分的，如表9-5所示。 湿陷

16、程度分类表9-5湿陷程度附加湿陷量Fs(cm)承压板面积0.50m2承压板面积0.25m2轻微中等强烈1.6Fs3.23.2Fs7.4Fs7.41.1Fs2.32.3Fs5.3Fs5.3注：对能用取土器取得不扰动土试样的湿陷性粉砂其试验方法和评定标准按现行国家标准湿陷性黄土地区建筑规范执行。3湿陷性土地基的湿陷等级判定湿陷性土地基的湿陷等级是依据湿陷土总湿陷量及湿陷土总厚度综合分析判定的，如表9-6所示。 湿陷性土地基的湿陷等级表9-6总湿陷量s(cm)湿陷性土总厚度(m)湿陷等级56s6303I3306s6033s6033总湿陷量是指湿陷性土地基受水浸湿饱和至下沉稳定为止的总湿陷量，应按下式

17、计算：式中 s：总湿陷量 cm；Fsi：第i层土浸水载荷试验的附加湿陷量 cm；hi：第i层土的厚度 cm，从基础地面(初勘时自地面下1.5m)算起，Fsib0.023的不计入；:修正系数 cm-1，承压板面积为0.50m2，=0.014；承压板面积为0.25m2时，=0.020。4湿陷性土的地基承载力湿陷性土的地基承载力宜采用载荷试验或其他原位测试确定。对湿陷性土边坡，当浸水因素引起的湿陷性本身或其与下伏地层接触面的强度降低时，应进行稳定性评价。5湿陷性土的地基处理湿陷性土的处理原则和方法，除地面防水及管道防渗漏外，应以地基处理为主要手段，处理方法包括换土、压实、挤密、强夯、桩基及化学加固等

18、方法，应根据土质特征、湿陷等级和当地经验综合考虑选用。第二节 红粘土一、红粘土的工程性质红粘土是指在湿热气候条件下碳酸盐系岩石经过第四系以来的红土化作用形成并覆盖于基岩上，呈棕红、褐黄等色的高塑性土。其主要特征是：1、液限（wL）大于50%、孔隙比（e）大于1.0；2、沿埋藏深度从上到下含水量增加，土质由硬到软明显变化；3、在天然情况下，虽然膨胀率甚微，但失水收缩强烈，故表面收缩，裂隙发育。4、红粘土经后期水流再搬运，可在一些近代冲沟，洼谷、阶地、山麓等处堆积于各类岩石上而成为次生红粘土，由于其搬运不远，很少外来物质，仍然保持红粘土基本特征，液限（wL）大于45%，孔隙比（e）大于0.9。红粘

19、土是一种区域性特殊土，主要分布在贵州、广西、云南地区，在湖南、湖北、安徽、四川等省也有局部分布。 地貌一般发育在高原夷平面、台地、丘陵、低山斜坡及洼地上，厚度多在5米15米，天然条件下，红粘土含水量一般较高，结构疏松，但强度较高，往往被误认为是较好的地基土。 由于红粘土的收缩性很强，当水平方向厚度变化不大时，极易引起不均匀沉陷而导致建筑破坏。红粘土的一般性质可以归纳为：1天然含水量和孔隙比较高，一般分别为30%60%和1.11.7。且多处处于饱和状态，饱和度在85%以上。2含较多的铁锰元素，因而其比重较大，一般为2.762.90。3粘粒含量高常超过50%，可塑性指标较高；含水比为0.50.8，

20、且多为硬塑状态和坚硬或可塑状态；压缩性低，强度较高，压缩系数一般为0.1 MPa-10.4MPa-1，固结快剪的C一般为0.04 MPa-10.09MPa-1，内摩擦角一般为1018。各指标变化幅度大，具有高分散性。4透水性微弱，多为裂隙水和上层滞水。5红粘土的的厚度变化很大，主要有基岩的起伏和风化深度不同所致。二、红粘土的分类（一）红粘土的状态红粘土的状态按含水比划分应符合表9-7的规定。 红粘土的状态分类 表9-7状态坚硬硬塑可塑软塑流塑含水比awaw0.550.55aw0.700.70aw0.850.85aw1.00aw1.00注：含水比为含水量与土的液限之比。（二）红粘土的结构分类红粘

21、土的结构可根据其裂隙发育程度按表9-8确定。 红粘土的结构分类 表9-8 土体结构致密结构巨块结构碎块结构裂隙发育特征偶见裂隙（1条/m）较多裂隙（12条/m）富裂隙（5条/m）（三）红粘土的复浸水性分类红粘土的复浸水性可按表9-10分类红粘土的复浸水性特征分类表 9-10 类别Ir与Ir关系复浸水特征IIrIr收缩后复浸水膨胀，能恢复到原位IIIrIr收缩后复浸水膨胀，不能恢复到原位注：Ir=wL/wp，Ir=1.4+0.0066 wL。（四）红粘土的地基均匀性分类红粘土的地基均匀性可按表9-11分类 红粘土的地基均匀性分类 表9-11地基均匀性均匀地基均匀地基地基压缩层范围内的岩土组成全部

22、由红粘土组成由红粘土和岩石组成三、红粘土勘察评价要点1工程地质测绘和调查应着重查明的内容（1）不同地貌单元的红粘土和次生红粘土的分布、厚度、物质组成、土性等特征及其差异，并调查当地的建筑经验；（2）下伏基岩、岩溶发育特征及其与红粘土土性、厚度变化的关系；（3）地裂的分布、发育特征及其成因、土体结构特征，土体中裂隙的密度、深度、延展方向及其发展规律；（4）地表水体和地下水的分布、动态及其与红粘土状态垂直向分带的关系；（5）现有建筑物开裂的原因分析，当地勘察、设计、施工经验等。2红粘土地区勘探工作量的布置红粘土地区勘探点的布置，应取较密的间距，查明红粘土厚度和状态的变化。初步勘察勘探点间距宜取30

23、m50m；详细勘察勘探点间距对均匀地区宜取12m24m，对不均匀地基宜取6m12m。厚度和状态变化大的地段，勘探点间距还需加密。各阶段勘探孔的深度可按一般土对各类岩土工程勘察的基本要求布置。对不均匀地基，勘探孔深度达到基岩。对不均匀地基、有土洞发育或采用岩面端承桩时，宜进行施工勘察，其勘探点间距和勘探孔深度根据需要确定。3试验工作红粘土的室内试验除应满足常规试验项目的规定外，对裂隙发育的红粘土应进行三轴剪切试验或无侧限抗压强度试验。必要时，可进行收缩试验和复浸水试验。当需评价边坡稳定性时，宜进行重复剪切试验。三、红粘土的岩土工程评价红粘土的岩土工程评价应符合下列要求：1.建筑物应避免跨越地裂密

24、集带或深长地裂地段；2.轻型建筑物的基础埋深应大于大气影响急剧层的深度；炉窑等高温设备的基础应考虑地基土的不均匀收缩变形；开挖明渠时应考虑土体干湿循环的影响；在石芽出露的地段，应考虑地表水下渗形成的地面变形；3.选择适宜的持力层和基础形式，在满足裂隙和胀缩要求的前提下，基础宜浅埋，利用浅部硬壳层，并进行下卧层承载力的验算；不能满足承载力和变形要求时，应建议进行地基处理或采用桩基础；4.基坑开挖时宜采取保湿措施，边坡应及时维护，防止失水干缩。5.红粘土的地基承载力应综合地区经验按有关标准综合确定。当基础浅埋、外侧地面倾斜、有临空面或承受较大水平荷载时，应结合以下因素综合考虑确定红粘土的承载力：土

25、体结构和裂隙对承载力的影响；开挖面长时间暴露，裂隙发展和复浸水对土质的影响。6.当岩土工程评价需要详细了解地下水埋藏条件、运动规律和季节变化时，应在测绘调查的基础上补充进行地下水的勘察、试验和观测工作。有关要求按本规范第7 章的规定执行。第三节 软土一、软土的特征 天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细颗粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。软土一般是指在静水或缓慢水流环境中以细颗粒为主的近代沉积物。按地质成因，我国软土有滨海环境沉积、海陆过渡环境沉积、河流环境沉积、湖泊环境沉积和沼泽环境沉积。软土具有如下工程性质：(1)触变性。灵敏度在316之间。(2)流变性

26、。在剪应力作用下，土体会发生缓慢而长期的剪切变形。(3)高压缩性。压缩系数一般为0.6 MPa-11.5MPa-1，最高可达4.5MPa-1。(4)低强度。不排水抗剪强度小于30kPa。(5)渗透性弱。垂向渗透系数为10-6 cms10-8cms。(6)不均匀性。粘土中常夹有厚薄不等的粉土、粉砂和细砂等。二、软土的勘察（一）软土勘察的主要内容软土勘察除应符合常规要求外，尚应查明下列内容；1成因类型，成层条件，分布规律，层理特征，水平向和垂直向的均匀性；2地表硬壳层的分布与厚度，下伏硬土层或基岩的埋深和起伏；3固结历史，应力水平和结构破坏对强度和变形的影响；4微地貌形态和暗埋的塘，浜，沟，坑穴的

27、分布，埋深及其填土的情况；5开挖，回填，支护，工程降水，打桩，沉井等对软土应力状态，强度和压缩性的影响；6当地的工程经验. （二）软土勘察工作布置1软土地区勘察宜采用钻探取样与静力触探结合的手段。勘探点布置应根据土的成因类型和地基复杂程度确定。当土层变化较大或有暗埋的塘、浜、沟、坑、穴时应予加密。2原位测试。软土原位测试宜采用静力触探试验、旁压试验、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验和螺旋板载荷试验。软土取样应采用薄壁取土器，其规格应符合相关规范的要求。3软土的力学参数宜采用室内试验、原位测试，结合当地经验确定。有条件时，可根据堆载试验，原型监测反分析确定。抗剪强度指标室内宜采用三轴试验。原位测试宜

28、采用十字板剪切试验。压缩系数、先期固结压、压缩指数、回弹指数、固结系数可分别采用常规固结试验、高压固结试验等方法确定。 三、软土的岩土工程评价软土的岩土工程评价应包括下列内容：1判定地基产生失稳和不均匀变形的可能性；当工程位于池塘，河岸，边坡附近时，应验算其稳定性；2软土地基承载力应根据室内试验，原位测试和当地经验，并结合下列因素综合确定；（1）软土成层条件、应力历史、结构性、灵敏度等力学特性和排水条件；（2）上部结构的类型、刚度、荷载性质和分布，对不均匀沉降的敏感性；（3）基础的类型、尺寸、埋深和刚度等；（4）施工方法和程序；3当建筑物相邻高低层荷载相差较大时，应分析其变形差异和相互影响；当

29、地面有大面积堆载时，应分析对相邻建筑物的不利影响；4地基沉降计算可采用分层总和法或土的应力历史法，并应根据当地经验进行修正，必要时，应考虑软土的次固结效应；5提出基础形式和持力层的建议；对于上为硬层，下为软土的双层土地基应进行下卧层验算。第四节 混合土一、混合土的性质 由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土应定名为混合土。 当碎石土中粒径小于0.075mm的细粒土质量超过总质量的25%时，应定名为粗粒混合土；当粉土或粘性土中粒径大于2mm的粗粒土质量超过总质量的25%时，应定名为细粒混合土。 混合土是由坡积、洪积、冰水沉积形成的，在颗粒分布曲线形态上反映出的是不连续状。混合土因其成分复杂多变，

30、各种成分粒径相差悬殊，所以其性质变化很大。一般来说，混合土的性质主要取决于土中粗、细颗粒含量的比例，粗粒的大小及其相互接触关系以及细粒土的状态。经验和专门研究表明：粘性土、粉土中的碎石组分的质量只有超过总质量的25时，才能起到改善土的工程性质的作用；在碎石土中，特别是当含水量较大时，当粘粒组分的质量大于总质量的25时，则对碎石土的工程性质有明显影响。 二、混合土的勘察应符合下列要求：1查明地形和地貌特征，混合土的成因，分布，下卧土层或基岩的埋藏条件；2查明混合土的组成，均匀性及其在水平方向和垂直方向上的变化规律；3勘探点的间距和勘探孔的深度除应满足规范的要求外，尚应适当加密加深；4应有一定数量的探井，并应采取大体积土试样进行颗粒分析和物理力学性质