软弱地基和特殊土工程性质

1.2　软弱地基和特殊土工程性质

1）软弱地基

软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。

（1）软土

在《公路工程名词术语》（JTJ 002—87）中，软土定义为“由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土，主要有淤泥、淤泥质土及泥炭”。软土按沉积环境分为下列五类：滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、沼泽沉积、谷地沉积。软土的基本特性是：

①具有高含水量、低密度、低强度、高压缩性、低透水性和中等灵敏度的特点。一般含水量高达45%～60%，最大可达100%～200%，常大于液限；孔隙比大于1.0，有的可大于2.0；塑性指数为20左右，不排水强度为10～30kPa，压缩系数为0.5～1.0MPa^－1，固结系数为（0.1～1.0）×10^－3cm²／s，灵敏度为4～8。因此，该类土压缩沉降量大，排水固结缓慢，地基稳定性差。

②具有结构性。结构性的形成随土的矿物成分、沉积环境、孔隙水的成分及沉积年代而不同。除南方湛江一带有高结构性土外，软土均具有一定的结构性。结构性的强弱可以用视超固结比来表示，结构性的主要作用是增大了土骨架的刚度，因此其力学特性与应力水平密切相关。应力水平较低时，土会呈现较好的力学特性；应力水平超过某临界值后，土的结构性破坏，使力学性质明显恶化，而且这种恶化是不可逆的，短期内很难恢复。此外，结构性黏土还具有剪胀性。

③往往存在硬壳层。这是由地表部分风化、淋洗作用形成的，该硬壳层具有中等或低的压缩性、较高的强度、较强的结构性。硬壳层破坏后，加荷初期沉降、侧向位移、差异沉降均较大，因此，存在所谓填筑临界高度问题，一般当路堤高度为2～3m时，可充分利用硬壳层而不需处理软土。

我国几条主要高速公路的软土特性见表1.2。

（2）冲填土

冲填土是人工填土之一。它是在疏浚江河航道或从河底取土时用泥浆泵将已装在泥驳船上的泥砂，直接或再用定量的水加以混合成一定浓度的泥浆，通过输泥管送到四周筑有围堤并设有排水挡板的填土区内，经沉淀排水后而成。

冲填土有别于素土回填，它具有一定的规律性。其工程性质与冲填土料、冲填方法、冲填过程及冲填完成后的排水固结条件、冲填区的原始地貌和冲填龄期等因素有关。

表1.2　我国几条主要高速公路的软土特性

其主要工程性质：

①冲填土有的以砂粒为主，也有的以黏粒或粉粒为主。在冲填土的入口处沉积的土粒较粗，甚至有石块，顺着出口处逐渐变细，除出口处及接近围堰的局部范围外，一般尚属均匀，但在冲填过程中间歇时间过长，或土料有变化则将造成冲填土纵横向的不均匀性。

②冲填土料粗颗粒比细颗粒排水固结快，在其下层土质具有良好的排水固结条件下所形成的冲填土地基的强度和密实度随着龄期增长而加大。

③冲填土料很细时，水分难以排出。土体形成初期呈流动状态，当其表面经自然蒸发后，常呈龟裂，下面水分不易排出，处于未固结状态，较长时间内可能仍处于流动状态，稍加扰动，即呈触变现象。

④如原始地貌高低不平或局部低洼，冲填后水分更不易排出，固结极为缓慢，压缩性高。而冲填在斜坡地段上，则其排水固结条件就较好。

⑤冲填土与自然沉积的同类土相比，强度低，压缩性高，常产生触变现象。

（3）杂填土

其主要工程性质：

①一般承载能力不高，压缩性较大，且不均匀，具体来说：a.填料物质不一，颗粒尺寸悬殊，颗粒间孔隙大小不一；b.回填前地貌高低起伏，形成填土厚薄不一；c.回填时间常常先后不一；d.取样不易，勘察工作困难，通常无法提出地基承载力值。

②当杂填土加到某级荷载时浸水，变形剧增，有湿陷性。

③填筑年代是评定杂填土的一个重要指标。填土层的密实度随年代而增加，但随外界因素如雨水、填土顶上的随机荷载等而有较大的变化。通常，砂性杂填土的填筑年代在5年以上，黏性杂填土则需更多时间，才能粗略地认为填土层自身压密已趋于稳定。

另外，饱和松散粉细砂（包括部分粉土）也应属于软弱地基范畴，在动力荷载（机械振动、地震等）重复作用下将产生液化，基坑开挖时也会产生管涌。

对软弱地基勘察时，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。对冲填土尚应了解排水固结条件；对杂填土尚应查明堆载历史，明确自重下稳定性和湿陷性等基本因素。

2）特殊土地基

特殊土地基大部分带有地区特点，它包括湿陷性黄土、膨胀土、红黏土、冻土、盐渍土等。

（1）湿陷性黄土

凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土，称为湿陷性黄土。

我国湿陷性黄土广泛分布在甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆等地。由于黄土的浸水湿陷而引起建（构）筑物的不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。设计时首先要判断是否具有湿陷性，再考虑如何进行地基处理。

（2）膨胀土

膨胀土是指黏粒成分主要由亲水性黏土矿物组成的黏性土，它是一种吸水膨胀和失水收缩，具有较大的胀缩变形性能，且变形往复的高塑性黏土。

我国膨胀土分布范围很广。在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等省均有不同范围的分布。利用膨胀土作为筑路材料或建（构）筑物地基时，如果不进行地基处理，常会造成较大的危害。

（3）红黏土

石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色黏性土，称为红黏土。通常红黏土是较好的地基土，但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀变化。

（4）盐渍土

当土中易溶盐含量超过0.3%时常称之盐渍土。盐渍土中的盐遇水溶解后，物理力学性质会发生较大变化，强度降低，地基会出现溶陷。某些盐渍土（如含Na₂SO₄）在温度或湿度变化时，会发生体积膨胀。另外盐渍土中的盐会对建筑材料产生腐蚀作用。我国盐渍土主要分布在西北干旱地区的新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古等地势低平的盆地和平原中。

（5）季节性冻土

凡具有负温或零温，其中含有冰的各种土都称为冻土，而冬季冻结，夏季融化的土层，称为季节性冻土。对冻结状态持续3年以上的土层，则称为多年冻土或永冻土。

季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布，因其呈周期性的冻结和融化，对地基稳定性影响较大。

（6）岩溶

岩溶，或称喀斯特（Karst），主要出现在碳酸类岩石地区。其基本特性是地基主要受力层范围内受水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。

（7）采空区

地下资源（如煤矿）开采后留下的采空区，会使上覆岩层冒落塌陷，地表将产生不连续沉降或连续沉降盆地，对公路路基、路面的稳定带来极大隐患。