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8不良地基土的综合治理 8.1路基工程地质问题 8.2桥基工程地质问题 8.3软土地基 8.4膨胀土地基 8.5多年冻土地基
课件制作教师：盛湧
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一、路基基底稳定性问题 1、常见病害 2、常用处理措施 8.1 路基工程地质问题 滑移，挤出和塌陷
8.1 路基工程地质问题 一、路基基底稳定性问题 1、常见病害 滑移，挤出和塌陷 2、常用处理措施 (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。
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二、道路冻害问题 1、常见病害 2、防治措施 冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀； 春季因融化作用而使路基翻浆
(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)采用纵横盲沟和竖井，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。
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8.2 桥基工程地质问题 1、常见病害 过大沉降 不均匀沉降 2、防治措施 避开断层破碎带 桥基设立在单一岩层上 避开软弱岩层
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8.3 软土地基 一．软土的成因及划分 （一）滨海沉积 （二）湖泊沉积 （三）河滩沉积 （四）沼泽沉积
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软弱地基 所谓软弱土地基指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其他高压缩性土层构成的地基，也称软弱地基．
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二、软土的工程特性及评价 1．抗剪强度低 ２．压缩性高 ３．透水性低 ４．触变性 ５．流变性 ６．不均匀性
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三、软土地区的桥涵基础设计应注意的事项 1．全面掌握相关资料合理布设桥涵 2．软土地基桥梁基础设计应注意事项
3. 软土地基桥台及桥头路堤的稳定设计应注 意的事项
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四、软土地基地基处理简述 （一）软弱地基地基处理方法分类 机械压实法 强夯法 换土垫层法 预压固结法 挤密法 振冲法 化学加固法 托换技术
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（二）换填材料法 1.开挖换填（换土垫层法） 定义：在冲刷较小的软土地基上，地基的承载力和变形达不到基础设计要求，且当软土层不太厚(如不超过3m)时，可采用较经济、简便的换土垫层法进行浅层处理。即将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。 适用范围：适用于软弱土层位于地表，换挖深度不超过3m的场合
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换土垫层法 垫层法的作用表现在以下三个方面， 第一： 提高浅基础下地基的承载力； 第二： 减少地基的沉降量；
第三： 加速软弱土层的排水固结。 垫层的设计要在满足强度、变形两个方面的要求下，确定合理的厚度h和垫层宽度b如图８－１。
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b 图８－１垫层剖面示意图
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（1）、垫层厚度 一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不超过同一标高处软弱土层（经深度修正后）的承载力特征值确定.
即 ≤ （８.1） 式中 —－垫层底面软弱土层经深度修正后的地基承载力的特征值，KPa； —－垫层底面处的自重应力，KPa； —－垫层底面处的附加应力，KPa ；可按应力扩散角法计算，即： 对条形基础： 对矩形基础：
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h/b 换填材料 中、粗、砾砂、碎石土、石屑 粉质粘土和粉土 灰土 0.25 6 30 20 ≥0.5 30 23 以上两式中
――基底附加应力，KPa； L、b ――分别为矩形基础长度和宽度，m； h ――基础底面至软弱土层顶面的距离，m； ――应力扩散角，常见的垫层应力扩散角按表1确定。 应力扩散角 ° 表1 h/b 换填材料 中、粗、砾砂、碎石土、石屑 粉质粘土和粉土 灰土 0.25 6 30 20 ≥0.5 30 23 注：①当h/b<0.25时,除灰土外,均取 =0°。 ②当0.25< h/b<0.5时, 可用内插法求得。 换土垫层厚度一般为1～2米左右，超过3米，导致施工困难且不经济，小于0.5米，则垫层作用不显著。垫层厚度宜控制在0.5～3.0m。
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（2）、垫层宽度 垫层宽度的确定，应满足两条原则： （1）满足应力扩散的要求 （2）防止垫层向两边挤出
按应力扩散的要求，垫层底面宽度b′应满足： b′≥b+2htan 当垫层厚度与宽度确定以后，根据基坑开挖边坡延伸至地面，即可得 到所需设计断面。但垫层顶面每边宜比基础底边b大0.3 m。
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2.抛石挤淤 适用于排水困难的洼地，而软弱土层易于滑动，厚度又较薄，表层无硬壳，石料来源充分。
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3.爆破挤淤 适用于换填深度超过3m，需要快速施工且允许爆破的场合。对于稠度较大的软土采用先爆后填，对于稠度小的软土，可以先填后爆破。
3.爆破挤淤 适用于换填深度超过3m，需要快速施工且允许爆破的场合。对于稠度较大的软土采用先爆后填，对于稠度小的软土，可以先填后爆破。 爆空区 挤出区
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（三）排水固结法 1.砂垫层法 适用于：a.路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳；
填土 软土层 适用于：a.路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳； b.软土层不很厚，或虽稍厚，但具有双面排水条件； c.当地有砂，运距不太远； d.施工期限不甚紧迫。 砂垫层的厚度一般为0.6～1.0m，视路堤高度、软土层的厚度及压缩性而定。
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2.砂井/袋装砂井/塑料排水板排水法 广泛适用于各类饱和粘土、粉土 真空堆载预压排水法示意图 砂垫层 堆载填土 砂井/袋装砂井/塑料排水板
塑料薄膜 射流泵 有孔管道网络 有孔管道网络示意图 广泛适用于各类饱和粘土、粉土
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（四）挤密法 1.粒料桩 2.石灰桩 适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通粘土，亦能有效防止砂土基地的液化
适用于含砂量低，没有滞水砂层的软土 振沉桩施工示意图
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（五）夯实法 1.重夯法；2.强夯法 广泛适用于杂填土、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土和沼泽土，还可用于水下
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（六）胶结硬化法 1.浅层搅拌法 2.深层搅拌桩法 旋喷桩 粉喷桩 水泥适用于含砂量较大的软土，石灰适用于含沙量较低的软土或淤泥质土。
钻头叶片 喷头 软管 旋喷桩示意图 1.浅层搅拌法 2.深层搅拌桩法 旋喷桩 粉喷桩 水泥适用于含砂量较大的软土，石灰适用于含沙量较低的软土或淤泥质土。
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水泥搅拌桩在施工
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3.灌浆法 劈裂注浆 压力注浆 电化学注浆
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（七）调整结构法 1.反压护道法 适用于：a.非耕作区和取土不困难的地区； b.路堤高度不大于5/3～2倍极限高度；
c.主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。 2.路堤加筋法 土工织物加筋 反铺塔头 材排或梢捆 土工织物 砂垫层
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（八）侧向约束法 系杆 夯石堆 （九）分阶段施工法
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第四节 膨胀土地基 一、膨胀土概念及分布 二、膨胀土的特征
第四节 膨胀土地基 一、膨胀土概念及分布 膨胀土是由亲水性强的粘土矿物成分组成的,具有吸水膨胀，失水收缩的性能,主要分布在我国中南、西南地区。 二、膨胀土的特征 膨胀土的矿物成分主要为蒙脱土、伊利石、高岭石等。液限＞40%，塑限均为17%～33%。 ＞17， ＜0。 呈硬塑或坚硬状态，颜色多呈黄、红、灰、白色及斑状。 裂隙较为发育，有光滑面及擦痕。
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三、影响膨胀土胀缩变形的主要因素 1、影响膨胀土胀缩变形的内在因素 2、影响膨胀土胀缩变形的外在因素 （1）矿物及化学成分 （2）微观结构
（3）黏粒的含量 （4）土的密度 （5）含水量 （6）土的结构强度 2、影响膨胀土胀缩变形的外在因素 (1)气候条件 (2)地形地貌 (3)日照环境
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四、膨胀土的胀缩性指标及评价 1、膨胀土的胀缩性指标 （1）自由膨胀率ef （2）膨胀率ep与膨胀力Pe
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（3）膨胀力Pe （4）线缩率sr与收缩系数s
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2、膨胀土地基的评价 （1）膨胀土的判别 （2）膨胀土的膨胀潜势
凡δef≥40％，且具有上述膨胀土野外特征和建筑物开裂破坏特征，胀缩性能较大的黏性土应判定为膨胀土。 （2）膨胀土的膨胀潜势 表8.1 膨胀土的膨胀潜势分类
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（3）膨胀土地基的胀缩等级 表8.2 膨胀土地基的胀缩等级
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五、膨胀土地基计算及工程措施 1．膨胀土地基计算 膨胀土地基的胀缩变形量Se按下式计算
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采用地基处理方式减小或消除地基胀缩对建筑物的危害
2．膨胀土地基的工程措施 (1)设计措施 场地选择应避开地质条件不良地段 利用和保护天然排水系统，并设置必要的排拱，借流和导流等排水措施，加强隔水、排水，防止局部浸水和渗漏现象 桥梁墩台及其他结构应加强整体刚度，尽量采用对地基变形 不敏感的结构形式，选用适宜的基础形式，加大基础埋深，加大基础底面压力 采用地基处理方式减小或消除地基胀缩对建筑物的危害
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(2)施工措施 基坑开挖应快速作业，避免基坑基岩土体受到暴晒或浸泡 雨季施工应有良好的防水措施
宜预留150－300mm厚土层，在进行下一工序时挖除 基坑及时回填夯实 快速施工
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第五节 多年冻土地基 一、冻土的定义及分布特征 温度摄氏零度以下且含有冰的土叫冻土。 冻土可分为多年冻土和季节性冻土（冬季冻结，夏季融化）。
第五节 多年冻土地基 一、冻土的定义及分布特征 温度摄氏零度以下且含有冰的土叫冻土。 冻土可分为多年冻土和季节性冻土（冬季冻结，夏季融化）。 我国冻土分布极为广泛，若包括冻结深度大于0.5m的季节冻土在内，其面积约占国土面积的68.6%。
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状态保持三年或三年以上的为多年冻土。 土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节的是季节性冻土。 多年冻土主要分布在东北大、小兴安岭，青藏高原以及西部高山区（天山、阿乐泰山、祁连山等），占国土面积的22.3%，冻深在2m以上，有的可达几十米。 季节冻土主要分布于东北、华北和西北地区，其冻结深度随气候条件而不同，一般为0.5～2.0m。
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二、冻土的物理力学性质 1．土的起始冻结温度和未冻水含量 2．冻土的融沉性 3．冻土的含冰量与冻胀性 4．冻结强度与冻土抗剪强度
5．冻土的变形性质
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三、多年冻土地区建筑物的冻害 1、冻害原因 2、病害 3、对策 建筑物基础被抬起 土剧烈沉陷
建筑物基础被抬起 土剧烈沉陷 3、对策 除要做好排水系统外，常利用粗粒土作为填料或换填材料，来消除冻融 温度、土质、含水量和压力
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四、多年冻土地基评价 多年冻土的融沉性是评价其工程性质的重要指标，可用容沉系数δ0作分级指标。
其中：hm —季节融化层冻土试样冻结时的高度； hT —季节融化层冻土试样融化后的高度。
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Ⅰ 不融沉 δ0 <1% 仅次于岩石的地基，修筑建筑物时可不考虑冻融问题
Ⅱ 弱融沉 1%≤ δ0 <5% 多年冻土中较好的地基土，可直接作为建筑物的地基，当控制基底最大融化深度在3m以上时，结构物不会遭到明显融沉破坏 Ⅲ 融 沉 5%≤ δ0 <10% 具有较达的融化下沉量而且冬季回冻时有较大的冻胀量。作为地基的一般基底融深不得大于1m，并采取专门措施，如深基保温防止基底融化等 Ⅳ 强融沉 10%≤ δ0 <25% 融化下沉量很大，因施工运营时均不允许地基发生融化，设计时应保持冻土不融或采用桩基础 Ⅴ 融 陷 %≤ δ0 是含水冰层，融化后呈流动、饱和状态，不能直接作地基应进行专门处理
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五、多年冻土地区地设计原则 (1)、保持冻结原则 (2)、容许融化原则 (3)、多年冻土上桥涵基础类型的选择
保持基础底部多年冻土在营运过程中处于冻结状态。宜用于多年冻土相对稳定地带，因其厚度较大、地温较低，易于保持其冻结状态。此时地基容许承载力可按多年冻土考虑。 (2)、容许融化原则 容许基底的多年冻土在施工营运过程中融化。 ①自然融化。宜用于冻土厚度不大、地温较高、多年冻土不够稳定地区不融沉或弱融沉大河融区的边缘地带，但地基总沉量不得超过容许值。 ②人工融化。砌筑基础前采用人工融化冻土或挖出换填，宜用于厚度较薄或多年冻土不稳定地区的融沉、强融沉地区。 (3)、多年冻土上桥涵基础类型的选择
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(4)、多年冻土上的桥涵基础埋置深度 桥涵基础埋置深度除应符合强度，稳定性要求外，还应根据地基设计原则及人为上限深度确定。《规范》规定，基础和桩基承台板底应埋入人为上限以下的最小深度：对明挖的刚性扩大基础弱融沉土为0.5m；融沉和强融沉土为1.0m；涵洞出入口明挖基础为0.25m；桩基础承台板底面不小于0.25m。桩身位于稳定人为上限以下的最小深度不应小于4m。
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六、多年冻土地基容许承载力的确定 多年冻土地基容许承载力的确定，中小桥涵当采用冻结原则设计时可查《公路桥涵地基与基础设计规范》提供多年冻土长期容许承载力值表选取，大型桥梁和含土的冰层的承载力建议实测确定。另外，用理论公式计算的地基承载力可做参考。 式中：Cs——冻土的长期内聚力（Kpa），由试验求得； ——基底埋置深度以上土的自重力（Kpa）。 Pcr可直接作为冻土地基容许承载力，而Pu应除以1.5—2.0。
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七、多年冻土的融沉计算 采用自然融化原则设计时，除满足地基容许承载力之外，还应满足结构物对沉降的要求。冻土地基的沉降量计算如下：
式中： —— 第I层土的融化系数，由实验确定； ｈi——第i层冻土厚度（ｍ）； ａi——第i层冻土压缩系数（1/Kpa）； ——第i层土中点处的自重应力（Kpa）； ——第i层土中点处结构物恒载的附加应力（Kpa）。
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八、冻胀、融沉防止措施 1、冻胀防治措施 （1）减小墩台和基础的侧面积。
（2）根据试验，提高建筑物表面的光滑度，可大大降低切向冻胀力，因此应尽量减少墩台和基础受冻拔作用范围的粗糙率。 （3）圬工接缝处易于冻断，因此应尽量减少施工接缝。基底截面处是薄弱环节，需埋置短钢筋。 （4）基础四周换填较纯净的砂或砂夹卵石等粗颗粒土，夯实。 （5）由于切向冻胀力是在地面处较大，往下迅速减小，故基础顶截面小于基底截面，以减小切向冻胀力。
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2．融沉防治措施 （1）对采用融化原则的基底土可换填碎、卵、砾石或粗砂换填，换填深度可达季节融化深度。
（2）采用冻结原则施工的基础宜于冬季施工，采用融化原则的基础宜夏季施工。 （3）对融沉、强融沉土基，宜采用轻型桥台，适当增大基底面积，减少压应力，或结合具体情况，加大基础埋置深度。 （4）采用冻结原则施工中应保护地面上的覆盖植被，或以保温性能好的材料铺盖地表，减少热渗入量。
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