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1、第五章 特殊条件下的路基施工第四节 黄土地区路基施工第三节湿陷性黄土地基第三节湿陷性黄土地基 一、黄土的特征和分布 黄土是我国地域分布最广的一种特殊性土类。其主要特征有：颜色呈黄色或褐黄色；颗粒以粉粒（0.050.005mm）为主（一般为50%以上）；具有肉眼可见的大孔隙，孔隙比在1.0左右；富含碳酸盐类；无层理，垂直节理发育；具有湿陷性和易溶性、易冲刷性。 我国黄土分布非常广泛，以黄河中、下游地区最为发育，多分布于甘肃、内蒙、陕西、山西、青海、宁夏、河南诸省，东北和新疆地区也有部分分布。 黄土分布约占陆地总面积的9.3%。世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为：欧洲7%，北美5%，南美10%
2、，亚洲3%，此外，在澳大利亚、北非也有零星分布。我国黄土分布面积635280平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%左右，主要分布在北纬33-47度，以34-45度之间最为发育，属于干旱、半干旱气候类型。我国湿陷性黄土分布面积约占我国黄土分布总面积的60%左右，为27万平方公里，大部分在黄土中游地区，北起长城附近，南达秦岭，西自乌鞘岭，东至太行山，即北纬34-41度，东经102-114度之间。湿陷性黄土一般都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上，厚度以六盘山以西地区较大，达30米，六盘山以东地区稍薄，如汾渭河谷多为几米至十几米，再向东至河南西部则更少，并且有非湿陷性黄土位于湿陷性黄土层之间。我国黄土地
3、层的化分由于我国各地黄土堆积环境、地理、地质和气候条件不同，致使其在堆积厚度、土的物理、力学性质等方面都有明显的差别，如湿陷性具有自西向东，自北向南逐渐减弱的规律。地质时代地层名称说明全新世4近期Q42新黄土新近堆积黄土一般有湿陷性、高压缩性早期Q41一般湿陷性黄土有湿陷性晚更新世3马兰黄土中更新世2离石黄土老黄土一般无湿陷性早更新世1午城黄土 黄土柱黄土的垂直节理 黄土高原黄土高原 黄土高原黄土高原 黄土高原黄土高原黄土高原黄土高原 黄土高原黄土高原 黄土高原黄土高原 黄土高原黄土高原 黄土泥石流黄土泥石流二、黄土的工程特性1、结构特性： 1.1 黄土的颗粒组成以粉粒为主，粗粉粒含量大于细粉
4、粒。 1.2 黄土的多孔性：孔隙分三类（大孔隙、细孔隙、毛细孔隙）形成了黄土的高孔隙度，故黄土也称为大孔土。遇水易冲蚀、崩解、湿陷。孔隙呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上下贯通。 1.3 黄土节理以垂直节理为主。二、黄土的工程特性2、水理特性： 2.1 渗水性：大孔隙及垂直节理等特殊结构，故其垂直方向的透水性较水平方向为大。 2.2 收缩和膨胀：黄土遇水膨胀，干燥后收缩，经多次反复后，容易形成裂缝及剥落。 2.3 崩解性：浸入水中，容易全部崩解。二、黄土的工程特性3、黄土的物理力学特性： 3.1 黄土的抗剪强度：原状黄土的各向异性。 3.2 黄土的湿陷性：湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的
5、压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，故在润陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。 3. 3 黄土的液塑限： 3. 4 黄土的击实特性：使用黄土填筑路堤时施工含水率的控制范围很小，一般土的含水率在最佳含水率3%上下范围，压实度更容易达到要求。 粘性土粘性土最主要的性质是土粒与水相互作用产生的稠度，它反映粘性最主要的性质是土粒与水相互作用产生的稠度，它反映粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度。土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度。 根据含水
6、量的不同，稠度可表现为固态，塑态与流态三种状态根据含水量的不同，稠度可表现为固态，塑态与流态三种状态。 粘性粘性土的可塑性及界限含水量土的可塑性及界限含水量 固态：固态：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土质坚硬，强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。质坚硬，强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。 塑态：塑态：含水量较固态为多，粒间主要为弱结合水连结（即弱结合水含水量较固态为多，粒间主要为弱结合水连结（即弱结合水或扩散层重叠），在外力作用下容易产生变形，可揉塑成任意形状不破或扩散层重叠），在外力作用下容易产生变形，可揉塑成任意形状
7、不破裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状，即可塑性。裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状，即可塑性。 流态：流态：含水量继续增加、粒间主要为液态水占据，连结极微弱，几含水量继续增加、粒间主要为液态水占据，连结极微弱，几乎丧失抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆乎丧失抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。状，受重力作用即可流动。 粘性土的稠度状态的变化粘性土的稠度状态的变化是由于土中含水量的变化而引起的，粘性土是由于土中含水量的变化而引起的，粘性土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态，相应于转变点（临界点）的含水由一种稠度状态转变为另一种稠
8、度状态，相应于转变点（临界点）的含水量称为稠度界限（界限含水量）。工程上常用的有塑性界限和液性界限。量称为稠度界限（界限含水量）。工程上常用的有塑性界限和液性界限。 由固态转变到塑态的界限含水量，由固态转变到塑态的界限含水量，称为塑性界限（塑限），称为塑性界限（塑限），由塑态转由塑态转变到流态的界限含水量，变到流态的界限含水量，称为液性界限（液限）。称为液性界限（液限）。 粉土的液限在粉土的液限在3238%3238%之间，粉质粘土为之间，粉质粘土为3846%3846%，粘土为，粘土为4050%4050%。塑限。塑限常见值为常见值为1728%1728%。 粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定，液
9、限常采用锥式液限仪，粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定，液限常采用锥式液限仪，塑限常采用搓条法。塑限常采用搓条法。平衡锥平衡锥5s5s下沉下沉10mm10mm深度，这时杯中的土样即为土的液限含水率。深度，这时杯中的土样即为土的液限含水率。 三、黄土的湿陷性及评价三、黄土的湿陷性及评价 湿陷性湿陷性：是黄土最主要的工程特性。是指黄土浸水后在外荷：是黄土最主要的工程特性。是指黄土浸水后在外荷载或自重的作用下发生下沉的现象。载或自重的作用下发生下沉的现象。 湿陷性黄土湿陷性黄土可分为非自重湿陷性和自重湿陷性黄土两种。可分为非自重湿陷性和自重湿陷性黄土两种。在外荷载作用下受水浸湿后发生湿陷，但在自重
10、作用下在外荷载作用下受水浸湿后发生湿陷，但在自重作用下受水浸湿后不发生湿陷的黄土称为受水浸湿后不发生湿陷的黄土称为非自重湿陷性黄土非自重湿陷性黄土；在自重应力作用下受水浸湿后也能发生湿陷者称为在自重应力作用下受水浸湿后也能发生湿陷者称为自重自重湿陷性黄土湿陷性黄土。 四、湿陷性黄土的湿陷原因和机理 虽然上覆土层压力增大，但不足以克服土中形成的加固内聚力，因而成为欠压密状态。如此循环往复，使得堆积的欠压密土层越来越厚，一旦水浸入较深，加固内聚力消失，就产生湿陷。当降水量少，干旱期长时，欠压密称度大，而且欠压密土层也较厚；反之，黄土欠压密程度就弱，形成的欠压密土层也较薄。欠压密论易于解释我国黄土为
11、什么西北部湿陷性强，东南部弱这一规律。 欠压密理论没有涉及到具体的机理和作用，而是把复杂的物理化学作用笼统地归结为欠压密状态，避开了某些争论不休而暂时不能作出结论的假说。事实上，黄土高孔隙度的产生不是简单的物理压密不足过程形成的，它与黄土形成过程中的风化成土作用以及盐类淋溶、凝聚作用分不开。bbaaabba五、湿陷性黄土地基的工程措施五、湿陷性黄土地基的工程措施 以地基处理为主、消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力，防止地基湿陷。常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。 各类地基的处理方法都应因地制宜，通过技术比较后合理选用。 对于级以上湿陷性黄
12、土地基处理如采用土或灰土垫层、土桩或灰土桩、桩基础预浸水法，不同程度存在工作量大、花费劳力多、施工现场占地大、工期长、造价高等缺点。近几年来，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广。 1、地地基基处处理理：地基处理目的是破坏湿陷性黄土的大空隙结构，改善土的力学性能，消除或减小地基因偶然浸水而引起的湿陷变形，也可以采用桩基础，对于非自重湿陷性黄土场地，桩端打入压缩性比较低的非湿陷性土层中，对于自重湿陷性黄土地基，桩端打入可靠持力土层中。2、防防水水措措施施：消除黄土发生湿陷变形的外因。要求做好建筑物在施工及长期使用期间的防水、排水工作，防
13、止地基土受水浸湿。湿陷性黄土地基如果能确保地基不受水浸湿，地基即使不处理，也不会发生湿陷。3 3、结结构构措措施施：它包括使建筑物构造布置简单，加强上部构造的整体刚度，预留沉降净空等措施来减小不均匀沉降或使结构适应地基的湿陷变形。4、使使用用维维护护：使用期间，对建筑物和管道应经常进行维护和检修，确保防水措施的有效发挥，防止地基浸水湿陷。上述措施中，地基处理是主要的工程措施。防水、结构措施是辅助措施。 强夯是法国强夯是法国MenardMenard技术公司于技术公司于19691969年首创的一种地基加固方法，年首创的一种地基加固方法，我国于我国于19781978年首次由交通部一航局科研所及其协作
14、单位在天津新港三年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。它通过一般号公路进行了强夯法试验研究。它通过一般8 830t30t的重锤的重锤( (最重可达最重可达200t)200t)和和8 820m20m的落距的落距( (最高可达最高可达40m)40m)，对地基土施加很大的冲击能，对地基土施加很大的冲击能，提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件等。提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件等。强夯法强夯法 等等等等等等等等 强夯法适用土层强夯法适用土层强夯法适用土层强夯法适用土层碎石土碎石土碎石土碎石土砂土砂土砂土砂土 低饱和低饱和低
15、饱和低饱和度的粉度的粉度的粉度的粉土与粘土与粘土与粘土与粘性土性土性土性土湿陷性湿陷性湿陷性湿陷性黄土黄土黄土黄土 杂、素杂、素杂、素杂、素填土填土填土填土 对于高饱和度的可采用强夯置对于高饱和度的可采用强夯置对于高饱和度的可采用强夯置对于高饱和度的可采用强夯置换法换法换法换法夯夯锤锤地面地面挤压挤压土体土体隆起隆起夯击能夯击能冲击力冲击力冲击波冲击波冲切上部冲切上部土体土体结构破坏结构破坏形成夯坑形成夯坑挤压周围挤压周围土体土体1 加固机理动动力力置置换换 整式置换：将碎石整体整式置换：将碎石整体 挤入淤泥中，作用机理类挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。似于换土垫层。 桩式置换：形成桩式桩
16、式置换：形成桩式 或墩式的碎石墩或桩。或墩式的碎石墩或桩。 其作用机理类似于振冲其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。法等形成的碎石桩。 1 加固机理六、湿陷性黄土地基的工程处置措施 施工中应注意的问题(1)必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值，否则设计的可靠度会降低，如桩端为硬土，或桩长超过临界桩长时，(桩间土承载力拆减系数)取值高于规定，就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度，选用较高的桩体强度时，就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施，才能保证设计与预期的实际结果比较一致。(2)施工中为达到强度要求，有必要进行复搅。复搅是在桩的
17、一部分或桩的全长重复搅拌一次，其作用是：改善桩体的均匀性，如第一次注浆不均匀时，可通过复搅调节，提高桩长方向上的均匀程度，同时，也使桩截面内的均匀性得到改善。现场不同桩段有不同的水泥掺入比，使不同桩段有不同的桩身强度。 (3)加强施工管理，因为桩体的固化材料需由压缩空气作载体，而气体流速、流量受土层情况的影响，人工难以调节，所以施工机械应采用带有自动控制喷浆、喷粉的装置，以消除施工中一些人为因素，便于监督检查，避免由于喷浆和喷粉不均匀或者喷浆量、喷粉量未达到设计要求而发生断桩问题。 (4)现场施工中应勤于检查，严格监督。深层搅拌桩属于一种柔性桩，桩身检测较困难，施工时质量有疏忽，就可能发生断桩
18、现象。目前用低应变动测法检测搅拌桩的质量得到了肯定，可用此法或结合抽芯取样检测法控制质量。 上述几种湿陷性黄土地基的处理方法，近年来在公路建设中被广泛使用，都取得了良好的效果。随着科学技术的迅速发展，对新型材料的研究使用，对湿陷性黄土地基的处理方法越来越多，也有了一定的施工经验。在近十几年开始采用的有孔内深层强夯法CFG(水泥粉煤灰碎石桩)法、夯坑置换法、压力灌浆法等，都不失为好方法。但不管是采用那种方法，只要有严密的质量控制手段，都可能经济而有效地获得期望的效果。 宁夏扬黄灌溉工程大型湿陷性黄土试验宁夏扬黄灌溉工程大型湿陷性黄土试验 灰土垫层灰土垫层灰土垫层灰土垫层 桩基础静力压桩桩基础静力压桩 桩基础开挖现场桩基础开挖现场
