地基工程地质问题Word版

地基工程地质问题本章要点本章主要讲述了地基工程地质问题的基本概念与相关知识，对工程地质问题的分析和防治是本章重点。

学习目标通过学习本章内容，了解地质问题的基本概念与相关知识，能对一般性的地基工程地质问题进行分析，并提出处理措施。

8.1 路基工程地质问题8.1.1 路基基底稳定性问题路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移，挤出和塌陷。

一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足够的承载力，它不仅仅承受列车在运运中产生的动荷载，而且还承受很大的填土压力，因此，基底土的变形性质和变形量的大小主要决定于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度，软层或软弱结构面的性质与产状等。

此外，水文地质条件也是促进基底不稳定的因素，它往往使基底发生巨大的塑性交形而造成路基的破坏。

如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，若在其下方开挖取土或在上方填土加重，都会引起路堤整个滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形，也有的由于基底下岩镕洞穴的塌陷而引起路堤严重变形，如成昆线南段就有路堤塌陷的实例。

路基基底若为软粘土、淤泥、泥炭、粉砂、风化泥岩或软弱夹层所组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质条件进行稳定性分析，若不稳定时．可选用下列措施进行处理：(1)放缓路堤边坡，扩大基底面积，使基底压力小于岩土体的容许承载力；(2)在通过淤泥软土地区时路堤两侧修筑反压护道；(3)把基底软弱土层部份换填或在其上加垫层；(4)采用砂井(桩)排除软土中的水份，提高其强度；(5)架桥通过或改线绕避等。

8.1.2道路冻害问题道路冻害包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用而使路基翻浆。

结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀和路基土强度发生极大改变，危害道路的安全和正常使用。

道路冻害具有季节性。

冬季，在负气温长期作用下，路基土中水的冻结和水的迁移作用，使土体中水分重新分布，并平行于冻结界面而形成数层冻层，局部地段尚有冰透镜体或冰块，因而使土体体积增大(约9％)而产生路基隆起现象；春季，地表冰层融化较早，而下层尚未解冻，融化层的水分难以下渗，致使上层土的含水量增大而软化，强度显著降低，在外荷作用下，路基出现翻浆现象。

翻桨是道路严重冻害的一种特殊现象，它不仅与冻胀有密切关系，而且与运输量的发展有关。

在冻胀量相同的条件下，交通频繁的地区，其翻浆现象更为严重。

翻桨对铁路影响较小，但对公路的危害比较明显。

影响道路冻胀的主要因素是负气温的高低，冻结期的长短，路基土层性质和含水情况，土体的成因类型及其层状结构，水文地质条件，地形特征和植被情况等。

根据水的外给情况，道路冻胀的类型可分为表面冻胀和深源冻胀两种，前者是在地下水埋深较大地区，由于大气降水和地表水渗入和积聚于路基中而迅速冻结形成的，共主要原因是路基结构不合理，或养护不周，致使道渣排水不良造成的，其冻胀量较小，一般为30一40mm，最大达60mm，但也有不发生地表变形的。

深源冻胀多发育在冻结深度大于地下水埋探或毛细管水带接近地表的地区。

路堑基底为粉质粘性土，冻结速度缓慢，地下水补给源丰富，水分迁移强烈，极易形成深源冻胀，其冻胀量较大，一殷为200一400 mm，最大达600mm，尤其是不均匀冻胀对于要求较高的铁路来说，危害极大。

甚至有的隧道因冻胀而使列车不能通过。

防止道路冻害的措施有：(1)铺设毛细割断层，以断绝补给永源；(2)把粉粘粒含量较高的冻胀性土换为粗分散的砂砾石抗冻胀性土；(3)采用纵横盲构和竖井，排除地表水，降低地下水位，减少路基土的含水情况(4)提高路基标高；(5)修筑隔热层，防止冻结向路基深处发展等。

8.2 桥基工程地质问题桥墩台地基稳定性主要决定墩台地基中岩土体的允许承载力，它是桥梁设计中最重要的力学数据之一，它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构型式起决定性作用，对造价影响极大，是一项关键性的资料。

虽然桥墩台的基底面积不大，但经常遇到地基强度不一，软弱或软硬不均等现象，严重影响桥基的稳定性。

在溪谷沟床，河流阶地，古河湾及古老洪积扇等处修建桥墩台时，往往遇到强度很低的饱水淤泥和淤泥质软土层，也有时遇到较大的断层破碎带．近期活动的断裂，或基岩面高低不平，风化深槽，软弱夹层，囊状风化带，软硬悬殊的界面或深埋的古滑坡等地段。

均能使桥墩台基础产生过大沉降或不均匀下沉，甚至造成整体滑动，不可忽视。

桥墩台地基若为土基时，其容许承栽力的计算方法和基本原理与大型工业民用建筑物地基是相同的；而岩质地基容许承载力主要决定于岩体的力学性质，结构特征以及水文地质条件。

8.3 软土地基软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土，如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等。

淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积、经生物化学作用形成的黏性土。

这种黏性土含有机质，天然含水量大于液限。

当天然孔隙比e0≥1.5时，称为淤泥；1.0＜e0＜1.5时，称为淤泥质土。

习惯上把工程性质接近淤泥土的黏性土统称为软土。

8.3.1软土的成因类型和结构由上可以看出，给软土定名、定义常以其物理力学指标为依据，而建筑地基的土体，是多种性质土的集合体，所以软土的性质尤其是成层土的构造与沉积年代、成因类型有密切关系。

例如不同年代和成因的软土，其物理力学性质指标尽管可能相近，但作为地基时的工程性质差别却可能较大。

故对软土的认识，不但要掌握其物理力学性质指标，还要全面分析生成环境、年代、结构和构造，尤其是地基中上下两相邻土层的强度差别悬殊或下卧硬层倾斜度较大时，在地基处理设计中必须特别注意。

软土是在静水或缓慢水流，多有机质的条件下生成的，往往与粉砂和泥炭交错沉积。

绝大部分生成于全新世的中晚期，也有软土层埋藏在密实的硬土层之下，生成期较早。

但总的来说，在各种土中，软土应是比较年轻的沉积物，有的还是正在继续沉积的欠固结土。

江河湖海都有生成软土的条件，其成因类型可分为海相沉积和陆相沉积。

海相沉积又分为滨海相、三角洲相、泻湖相和溺谷相。

陆相沉积分为湖泊相、河漫滩相和丘陵谷地相。

软土在我国沿海、内陆都有广泛分布，在沿海地区如上海，天津塘沽，浙江温州、宁波，江苏连云港等都分布着厚数米至数十米的滨海相沉积；长江、珠江地区分布着三角洲相沉积；洞庭湖、洪泽湖、太湖及昆明滇池等地区分布着内陆湖泊相沉积；位于各大、中河流中、下游地区分布着河漫滩沉积；内蒙古，东北大、小兴安岭，南方及西南森林地区分布着沼泽沉积；贵州六盘水地区分布着丘陵谷地相沉积等。

滨海相沉积分布在沿海岸边，颗粒较不均匀，软土淤泥常与粗中细砂掺杂，较疏松；三角洲相沉积于江河入海口处，软黏土，淤泥与薄砂层交错成不规则透镜体或薄夹层。

内陆软土大多属于湖泊沉积或河滩沉积，厚度一般不超过20m。

湖泊沉积以粉土为主有明显层理，结构较松软；河滩沉积以软黏土及淤泥为主，夹有砂及泥炭层。

软土的矿物组成除少量矿物石英、方解石、长石、云母、角闪石外，含有大量次生黏土矿物。

我国黏土所含黏土矿物，以伊利石、高岭石为主，也含有蒙脱石、绿泥石等。

黏土矿物呈片状、板状、管状。

电子显微镜可直接观察到软土的结构，是由单粒及大小不同的团粒组成，其组织结构单元按一定方式排列而成。

各团粒内更小一级的团粒和颗粒也有一定的排列方式，骨架间的大小空隙的总体积很大，即颗粒的比表面积很大，大小空隙中除少数外都被水充满。

这正是软土具有大空隙比、高含水量、高压缩性、高灵敏度及低强度的根本原因。

8.3.2软土的工程特性及评价如前述，软土的主要特征是含水量高(w=35％－80％)、孔隙比大(e0>1)、高压缩性、强度低、渗透性差，并含有机质，软土具有下述工程特征：1．抗剪强度低如前述，饱和软黏土多属近代水下细颗粒沉积土，孔隙比大，含水量高，因此它的抗剪强度很低。

用直剪仪快剪测其强度指标φ仅几度，c值不超过20kPa。

抗剪强度的变化范围为5－25kPa。

地基的承载力常为50－80kPa。

为使软土地基的强度、稳定性满足要求，常需有针对性的采用加固措施，提高其抗剪强度。

软土的抗剪强度试验值与试验方法、排水条件等密切相关，如采用固结快剪上述φ、c值将有所增大。

因此试验方法，条件应密切联系工程的实际及地基的具体条件等确定，需要时，除室内试验外，应补充现场原位测试，以取得较正确的结果。

2．压缩性高因为孔隙比大，故软土具有高压缩性。

压缩系数α1-2在0.5~2.0MPa-1之间，最大可达到4.5 MPa-1，部分软土更高；压缩模量Es<4MPa，在其他物理性质指标相同的条件下，软土的液限指数越大，压缩性越高，这是因为土颗粒矿物成分对其压缩性具有明显的影响。

3．透水性低软土的透水性很低，渗透系数一般约为1×10-6－1×10-8cm／s，在自重或荷载作用下固结速率很慢，要达到较大的固结度，需要相当长的时间(甚至数年)，使得许多压密加固方法都不能在短期内奏效。

4．触变性尤其是滨海相软土一旦受到扰动(振动、搅拌，挤压或揉搓等)，原有结构即遭破坏，土的强度明显降低或很快变成稀释状态。

触变性的大小常用灵敏度St来表示，一般St在3－4之间，个别可达8－9。

故软土地基在振动荷载作用下，易产生侧向滑动，沉降及基底向两侧挤出等现象。

随静置时间的增长，其强度能有所恢复，但极缓慢且一般不能恢复到原有结构的强度。

土样的钻取、切削、搬运、封装和制备使土样受到不同程度的扰动，而使实验所得的强度指标偏低，未完全反映土的实际强度。

所以宜尽量采用原位试验方法测试强度，如十字板剪切试验、标准贯入试验等。

或将原位测试与室内试验结果相互分析补充。

5．流变性软土有流变特性，土体在长期荷载作用下，虽荷载保持不变，因土骨架黏滞蠕变而发生随时间而变化的变形，土内黏土颗粒含量越多，这种特性越明显。

蠕变的速率一般都很小，它也随土中剪应力值而变化，由试验表明当应力低于不排水剪切强度50％时，属减速蠕变最后趋于稳定；应力高于不排水剪切强度70％时，速率保持不变甚至渐增直至破坏。

因此，软土地基中除应创造充分排水固结条件外，考虑蠕变影响，剪应力应适当控制在长期受荷强度内。

流变性对地基沉降有较大影响，对斜坡、码头、堤岸和建筑物地基的稳定性不利。

6．不均匀性由于沉降环境的变化，黏性土层中常局部夹有薄厚不等的粉土使水平和垂直分布上存在差异，使建筑物基础容易产生差异沉降。

在软土较厚处，表层软土长期受气候影响，含水量降低，发生收缩固结。

形成较下面软土强度高、压缩性低的非饱和土层，称为“硬壳”，厚度一般不大于3m，可以考虑作为小型建筑物的地基持力层。

软土地基的岩土工程分析和评价应根据其工程特性，结合不同工程特点要求进行，通常包括以下内容：(1)判定地基产生失稳和不均匀变形的可能性。