特殊土对建筑工程的影响

特殊土对建筑工程的影响

1、前言

人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行的，两者之间有密切的关系，并且是相互影响、相互制约的。工程活动的地质条件，亦称为工程地质条件，是指各项地质因素的综合。土作为最基本的一项工程地质因素，其强度、抗变形能力、吸水性等方面的性质对工程活动能否安全顺利的进行起到至关重要的作用。在常规的土质条件下进行工程活动，需保证土体满足规范要求的含水量、强度、稳定性等各方面性能。然而对于一些特殊的土体，除了满足常规指标符合规范要求外，还需根据特殊土的性质对其进行处理，从而使其达到工程建设的标准。特殊土种类较多，主要包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、红黏土和冻土。为了更加深入分析特殊土与建筑工程之间的联系，本文选取软土、湿陷性黄土和冻土这三种特殊土作为研究对象进行分析。

2、土的基本性质

2.1土的形成

土是由岩石经过长期的风化、搬运、沉积作用而形成的未胶结的、覆盖在地球表面的沉积物。其风化主要包括物理风化和化学风化。

①物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起的各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂或岩块、岩屑的过程。该过程属于量变过程，形成的土颗粒较粗。

②化学风化：岩体与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒的过程。该过程属于质变过程，形成的土颗粒很细。

对一般土而言，经常既经历物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优势而已。 土体在冰川、河流的冲击下会发生不同类型的搬运沉积现象，从而形成了性质迥然不同的各类土。从土的堆积或沉积条件来看可以分为残积土、运积土、冲积土、风积土、冰碛土和泥沼土。表1、2分别从不同角度对其进行分类。

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧沼泽土冰碛土风积土河流冲积土运积土残积土土 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧)(沼泽土有机土冰碛土风积土冲积土运积土残积土无机土土

图1 图2

①残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。

特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；

寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。

②运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。

③冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑

④风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土

⑤④冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到粘粒

⑥沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低

2.2土的三相组成

图3 土的组成示意图

土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。

固相：土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。液相：土体孔隙中的水

气相：孔隙中的空气

2.3土的物理性质指标

土的物理性质指标可以分为两大类：

一类是必须通过实验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标。

另一类是根据直接指标换算的，比如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。

图4 土的三相图

土的物理性质指标的不同组成导致了土体自身强度，稳定性的变化。

3.软土对建筑工程的影响

3.1软土形成的原因

追溯历史，软土是一种近代沉积物，并且拥有较长的地质年龄。岩石风化产物是软土的主要来源，因此母岩决定了软土的主要成分。从软土的有机物质含量来看，主要有两种类别：一种是含有少量有机物质的软粘土，另一种则是含有大量有机物质的泥炭土。不论哪种软土，都是在淡水或盐水等地质环境中沉积而来的，并且其特征也受到沉积环境以及水动力条件的不同而有所差异。关于软土地基的形成原因，需要根据软土的不同类型分别进行研究。软黏土主要是淤泥或者淤泥质的黏土，它主要存在于濒临水域的水运工程的浅部地层，经缓慢的流水环境或静水环境进行沉积，进而形成以淤泥质土为主的混合土，这就是软黏土；填土则主要存在于港区的陆域，是人们通过人工回填方式沿江沿滩进行围垦，其中：素填土是由碎石、砂或粉土、黏性土等1种或几种构成的填土，冲填土是利用水力将治理和疏通航道时挖出的泥砂冲填到陆地或岸滩所形成的冲积土，杂填土来源于人类活动形成的成分复杂的无规则堆积物；再就是松散砂土和粉土，主要指自然沉积或者人工回填的砂质粉土、饱和粉砂土和饱和细砂土，这类土仅能够在静载作用下保持较高的强度，遇到机械振动、波动荷载以及反复作用时，将会产生较大的震陷变形，致使地基丧失承载能

力。

3.2软土的特性

我国软土广泛分布在山谷地域、河口三角洲、滨海平原以及湖盆地周围等地区，它的存在给不少的工程建设带来难题。软土主要具有具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。软土还有一个重要特征是渗透性很弱，一般在10-7cm/s数量级，相当于不透水层，因此压缩固结过程很慢。软土地基，则主要是由淤泥、冲填土、杂填土等高压缩性土层构成的地基，具有天然含水量较大，透水性较差，承载能力较低等缺陷。

3.3软土对工程的主要危害

3.3.1软土地基对房屋建筑的危害

软土地基会造成勘察设计不准确或者不详细，忽视本应该做软土地基处理的施工地段，容易造成地基失稳。概括地说，软土地基较高的压缩性会使建筑物发生不均匀沉降，以致开裂和损坏。软土地基对工业与民用建筑的勘察、设计、施工等都带来一定的问题和危害，尤其是地基的抗剪强度比较低，当其抗剪强度明显低于上部结构的自重以及附加载荷时，软土地基就会表现出很强的流性，导致地基出现局部或者整体剪切破坏。这种剪切破坏往往表现为地基的较大沉降或不均匀沉降变形，影响进一步施工和使用，如果地基上部结构的自重和附加外部载荷的作用超出其最大限度，将会导致更为严重的沉陷、塌方、失稳或者建筑物基础结构的开裂破坏，甚至造成事故。尽管软土地基的天然含水量普遍大于液限，但其透水性却非常差，这就导致土体在载荷的作用下呈现出很高的孔隙水压，对地基的压密固结带来不良影响。在排水不够通畅的软土地基处，积水很容易浸入地基内层结构，在地基土体的自重、外界附加荷载、以及水温变化等因素作用下，会引起地基表面产生裂缝，积水渗入裂缝后往往会导致地基表面出现凹陷、积水、颠簸等“翻浆”情况。

3.3.2软土地基对道路桥梁工程的危害

在公路施工中作为地基时,各类型软土都共同表现出孔隙大、天然含水量高、渗透性不佳、抗剪强度低、流变性显著、分布复杂等工程特性,若处理不当常会在工程中导致路基沉降变形等问题,降低公路的稳定性和强度, 甚至可能使路基在上部、外部载荷作用下产生路面开裂、桥台损坏、桥头跳车及涵身或通道凹陷等问题,严重缩短公路的使用寿命, 威