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第 12 章
特殊土地基 学习目标 了解湿陷性黄土、膨胀土的分布特征和工程特性及为防止其危害相应采取的工程措施。
我国地域辽阔，土类众多。某些土类由于受不同的地理环境、气候条件、地质历史及物质成分等因素的影响，而具有不同于一般土的特殊工程性质。称为特殊土，这些特殊土在分布上表现出明显的区域性，所以也称为区域性特殊土。当其作为建筑物地基时，如果不注意到土的这些特殊性，很容易造成工程事故。我国的特殊土主要有湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、软土、多年冻土等。本章主要介绍湿陷性黄土、膨胀土两种特殊土的分布特征和特殊的工程性质，以及为防止其危害应采取的工程措施。
12.1
湿陷性黄土地基 12.1.1 黄土的特征与分布 黄土是一种在第四纪地质历史时期干旱条件下产生的沉积物，其内部物质成分和外部形态特征均不同于同时期的其它沉积物，地理分布上具有一定的规律性。
黄土颗粒组成以粉粒为主，富含碳酸钙盐类等可溶性盐类，孔隙比较大，外观颜色主要呈黄色或褐黄色。
黄土在天然含水量状态下，一般强度较高，压缩性较小，能保持直立的陡坡。但在一定压力下受水浸湿后，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），这种现象称为湿陷性。具有湿陷性的黄土，称为湿陷性黄土；而不具湿陷性，则称为非湿陷性黄土，非湿陷性黄土地基的设计与施工与一般粘性土地基无差别。
湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种，在土自重应力下受水浸湿后发生湿陷的称为自重湿陷性黄土；在大于土自重应力下（包括土的自重应力和附加应力）受水浸湿后发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。
黄土在我国分布广泛，面积达 64 万 km 2 ，其中湿陷性黄土约占 3/4，主要分布在陕西、甘肃、山西地区，青海、宁夏、河南也有部分分布，此外，河北、山东、新疆、内蒙古、东北三省等地也有零星分布。
《湿陷性黄土地区建筑规范》给出了我国湿陷性黄土工程地质分区略图。
12.1.2 黄土湿陷性发生的原因和影响因素
黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，对其湿陷的原因和机理，有多种不同的理论和假说，至今尚无大家公认的理论能够充分解释所有的湿陷现象和本质。但归纳起来，可分为外因和内因两个方面：外因即黄土受水浸湿和荷载作用；内因即黄土的物质成分及结构特征。
黄土发生湿陷性的影响因素主要有以下几点：
1.物质成分的影响 在组成黄土的物质成分中，粘粒含量对湿陷性有一定的影响。—般情况下，粘粒含量越多湿陷性越小。在我国分布的黄土中，其湿陷性存在着由西北向东南递减的趋势，这与自西
北向东南方向砂粒含量减少而粘粒增多的情况相一致。另外，黄土中盐类及其存在的状态对湿陷性有着更为直接的影响。例如，起胶结作用而难溶解的碳酸钙含量增大时，黄土的湿陷性减弱；而中溶性石膏及其它碳酸盐、硫酸盐和氯化物等易溶盐的旨量越多，则湿陷性越强。
2.物理性质的影响 黄土的湿陷性与孔隙比和含水量的大小有关。孔隙比越大，湿陷性越强；而含水量越高，则湿陷性越小；但当天然含水量相同时，黄土的湿陷变形随湿度增长程度的增加而增大。饱和度 S r ≥80％的黄土，称为饱和黄土，其湿陷性已退化。
除以上两项因素外，黄土的湿陷性还受外加压力的影响，外加压力越大，湿陷量也将显著增加，但当压力超过某一数值时，再增加压力，湿陷量反而减少。
12.1.3 湿陷性黄土地基的工程措施
在湿陷性黄土地区进行建设，除了必须遵循一般地基的设计和施工原则外，还应针对黄土湿陷性这个特点和要求，因地制宜采取必要的工程措施，确保建筑物的安全和正常使用。
1．地基处理措施 地基处理的目的在于破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便消除或部分消除黄土地基的湿陷性，从根本上避免或削弱湿陷现象的发生。《湿陷性黄土地区建筑规范》根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小以及在使用上对不均匀沉降限制的严格程度，将建筑物分为甲、乙、丙、丁四类。对甲类建筑物要求消除地基的全部湿陷量，或穿透全部湿陷土层；对乙、丙类建筑物则要求消除地基的部分湿陷量；丁类属次要建筑物，地基可不做处理。
常用的地基处理方法有垫层法、重锤夯实法、强夯法、挤密法、预浸水法、化学加固法（单液硅化或碱液加固法）等，也可采用将桩端进入非湿陷性土层的桩基础。
2．防水措施 防水措施是在建筑物施工和使用期间，防止和减少水浸入地基，从而消除黄土产生湿陷性的外在条件。需综合考虑整个建筑场地以及单体建筑物的排水、防水。防水措施包括：
（1）基本防水措施：在建筑物布置、场地排水、地面防水、散水、排水沟、管道敷设、管道材料和接口等方面，采取措施防止雨水或生产、生活用水的渗漏。
（2）检漏防水措施：在基本防水措施的基础上，对防护范围内的地下管道，增设检漏管沟和检漏井。
（3）严格防水措施：在检漏防水措施的基础上，提高防水地面、排水沟、检漏管沟和检漏井等设施的材料标准，如增设卷材防水层、采用钢筋混凝土排水沟等。
具体要求见《湿陷性黄土地区建筑规范》。
3．结构措施 结构措施的目的是为了减小建筑物的不均匀沉降，或使结构适应地基的变形，它是对前两项措施非常必要的补充。如选择适宜的结构体系和基础型式，加强结构的整体性和空间刚度，基础预留适当的沉降净空等。
在上述措施中，地基处理是主要的工程措施，防水措施和结构措施应根据实际情况配合使用。在实际工作中，对地基作了处理，若消除了全部地基土的湿陷性，就不必再考虑其他措施；若地基处理只消除地基主要部分湿陷量，为了避免湿陷对建筑物的危害，确保建筑物的安全和正常使用，还应采取适当的防水措施和结构措施。
12.2
膨胀土地基 12.2.1 膨胀土的特征与分布 膨胀土是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。
膨胀土多出现于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带。所处地形平缓，无明显自然陡坎。旱季时地表常见裂缝（长达数十米至百米，深数米），雨季时裂缝闭合。
我国膨胀土形成的地质年代大多数为第四纪晚更新世（Q 3 ）及其以前，少量为全新世（Q 4 ）。颜色呈黄色、黄褐色、红褐色、灰白色或花斑色等。结构致密，多呈坚硬或硬塑状态（I L ≤0），压缩性小。其粘土矿物成分中含有较多的蒙脱石、伊里石等亲水性矿物，这类矿物具有较强的与水结合的能力，即吸水膨胀。塑性指数 I P ＞17，孔隙比中等偏小，一般在0.7 及以上。
裂隙发育是膨胀土的一个重要特征，常见光滑面或擦痕。裂隙有竖向、斜交和水平三种，竖向裂隙常出露地表，裂隙宽度随深度增加而逐渐尖灭；斜交剪切裂隙越发育，胀缩性越严重。裂隙间常充填灰绿、灰白色粘土。
膨胀土在我国分布范围较广，黄河以南地区较多，其中以云南、广西、湖北、安徽、四川、河南、河北及山东等 20 多个省区均有膨胀土。
12.2.2 膨胀土的危害 一般粘性土都具有胀缩性，但其量不大，对工程没有太大的影响。而膨胀土的膨胀一收缩一再膨胀的周期性变形特性非常显著。建造在膨胀土地基上的建筑物，随季节气候变化会反复不断地产生不均匀的抬升和下沉，而使建筑物破坏，破坏具有下列规律：
（1）建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。而且以低层轻型、砖混结构损坏最为严重，因为这类房屋重量轻、整体性较差，且基础埋深浅，地基土易受外界环境变化的影响而产生胀缩变形。
（2）房屋在垂直和水平方向都受弯和受扭，故在房屋转角处首先开裂，墙上出现对称或不对称的正、倒八字形裂缝和 X 形裂缝。外纵墙基础由于受到地基在膨胀过程中产生的竖向切力和侧向水平推力的作用，造成基础移动而产生水平裂缝和位移。室内地坪和楼板发生纵向隆起开裂。
（3）边坡上的建筑物不稳定，地基会产生垂直和水平向的变形，故损坏比平地上更严重。
12.2.3 膨胀土地基的工程措施 1．设计措施 （1）场址选择。尽量布置在地形条件比较简单、土质较均匀、胀缩性较弱的场地。
（2）建筑体型力求简单。在地基土显著不均匀处、建筑平面转折处和高差（荷重）较大处以及建筑结构类型不同部位，应设置沉降缝。
（3）加强隔水、排水措施，尽量减少地基土的含水量变化。室外排水应畅通，避免积水，屋面排水宜采用外排水。采用宽散水，其宽度不小于 1.2m，并加隔热保温层。
（4）使用要求特别严格的房屋地坪可采用地面配筋或地面架空等措施，尽量与墙体脱开。一般要求的可采用预制块铺砌，块体间嵌填柔性材料。大面积地面作分格变形缝。
（5）合理确立建筑物与周围树木间距离，绿化避免选用吸水量大、蒸发量大的树种。
建筑物周围宜种植草皮。
（6）坡地建筑应避免大开挖，依山就势建筑，同时应利用和保护天然排水系统。
（7）膨胀土地区的民用建筑层数宜多于 2 层，以加大基底压力，防止膨胀变形。
（8）承重砌体结构可采用拉结较好的实心砖墙，不得采用空斗墙、砌块墙或无砂混凝土砌体，不宜采用砖拱结构、无砂大孔混凝土和无筋中型砌块等对变形敏感的结构。
（9）较均匀的膨胀土地基可采用条基础；基础埋深较大或条基基底压力较小时，宜采用墩基础。
（10）加强建筑物的整体刚度。基础顶部和房屋顶层宜设置圈梁，其它层隔层设置或层层设置。
（11）基础埋藏深度的选择应综合考虑膨胀土地基胀缩等级以及大气影响深度等因素，基础不宜设置在季节性干湿变化剧烈的土层内，一般膨胀土地基上建筑物基础的理深不应小于 lm。当膨胀土位于地表下 3m，或地下水位较高时，基础可以浅埋。若膨胀土层不厚，则尽可能将基础理置在非膨胀土上。
（12）钢和钢筋混凝土排架结构的山墙和内隔墙应采用与柱基相同的基础型式；围护墙应砌置在基础梁上，基础梁底与地面之间应留有 10cm 左右的空隙。
（13）膨胀土地基可采用地基处理方法减小或消除地基胀缩对建筑物的危害，常用的方法有换土垫层、土性改良、深基础等。换土可采用非膨胀性的粘土，砂石或灰土等材料，换土厚度应通过变形计算确定，垫层宽度应大于基础宽度。土性改良可通过在膨胀土中掺人一定量的石灰来提高土的强度。工程中可采用压力灌浆的办法将石灰浆液灌注入膨胀土的裂隙中起加固作用。当大气影响深度较深，膨胀土层较厚，选用地基加固或墩式基础施工有困难时，可选用桩基础穿越。
2.施工措施 膨胀土地区的建筑物应根据设计要求、场地条件和施工季节，做好施工组织设计。在施工中应尽量减少地基中含水量的变化。
（1）基础施工前，应完成场区土方、挡土墙、排水沟等工程，使排水畅通、边坡稳定。
（2）施工用水应妥善管理，防止管网漏水，应做好排水措施，防止施工用水流入基槽内。临时水池、洗料场等与建筑物外墙的距离不应少于 10m。
（3）基础施工宜采取分段快速作业法，施工过程中不得使基坑暴晒或浸泡，雨季施工应采取防水措施。施工灌注桩时，在成孔过程中不得向孔内注水。
（4）基础施工出地面后，基坑（槽）应及时分层回填并夯实。
（5）填料可选用非膨胀上、弱膨胀土及掺有石灰或其他材料的膨胀土，每层虚铺厚度300mm。
小
结 （1）我国的特殊土主要有湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、软土、多年冻土等。
（2）黄土有湿陷性黄土和非湿陷性黄土之分；湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。
（3）湿陷性黄土常用的地基处理方法有垫层法、重锤夯实法、强夯法、挤密法、预浸水法、化学加固法（单液硅化或碱液加固法）等，也可采用将桩端进入非湿陷性土层的桩基础。地基处理是主要的工程措施，防水措施和结构措施应根据实际情况配合使用。
（4）膨胀土的胀缩性不同于一般粘性土。其膨胀一收缩一再膨胀的周期性变形特性非常显著。使建造在其上的建筑物，随季节气候变化会反复不断地产生不均匀的抬升和下沉，导致破坏。
（5）膨胀土地基的工程措施主要从建筑、结构设计，地基处理，施工措施等方面加以考虑。
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