盐渍土的形成和分布

9　特殊土地基

9.1　概述

    我国地域辽阔，从沿海到内陆，从山区到平原，广泛分布着各种各样的土类。某些土类，由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因、历史过程和次生变化等原因，使它们具有一些特殊的成分、结构和性质。当用作建筑物的地基时，如果不注意这些特殊性就可能引起事故。通常把这些具有特殊性质的土类称为特殊土。各种天然形成的特殊土的地理分布存在着一定的规律，表现出一定的区域性，故又有区域性特殊土之称。

    我国主要的区域性特殊土有软土、湿陷性黄土、膨胀土、红黏土、冻土、盐渍土等。此外，我国山区广大，广泛分布在西南地区，其工程地质条件更为复杂，主要表现为地基的不均匀性和场地的不稳定性两方面，如岩溶、土洞及土岩组合地基等，其对工程建设具有直接和潜在的危险，为保证各类建筑物的安全和正常使用，应根据其工程特点和要求，因地制宜，综合治理。

    本章主要介绍软土、湿陷性黄土、膨胀土、红黏土、冻土、盐渍土等各类特殊土地基的工程特征和评估指标，以及在这些地区从事工程建设时应采取的措施。

9.2　软土地基

9.2.1　软土成因类型及分布

    软土一般指外观以灰色为主，天然比大于或等于1.0，天然含水量大于液限并且具有灵敏结构性的细粒土。它包括淤泥、淤泥质土(淤泥质黏性土、粉土)、泥炭和泥炭质土等，其压缩系数一般大于0.5MPa-1,不排水抗剪强度小于20kPa。

    软土多为在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的，天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.0的黏性土。当天然孔隙比大于或等于1.0而小于1.5时为淤泥质土；当天然孔隙比大于或等于1.5时为淤泥。它广泛分布在我国沿海地区、内陆地区以及江河湖泊处,形成滨海相、三角洲相、泻湖相、溺谷相和沼泽相等沉积。

    以滨海相沉积为主的软土，沿海岸线由北至南分布在大连湾、天津塘沽、连云港、舟山、温州湾、厦门、香港、湛江等地；泻湖相沉积的软土以温州、宁波地区软土为代表；溺谷相软土则分布在福州、泉州一带；三角洲相软土主要分布在长江下游的上海地区和珠江下游的广州地区；河漫滩相沉积软土在长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等地区有分布；内陆软土主要为湖相沉积，在洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周以及昆明滇池地区有分布；贵州六盘水地区的洪积扇和煤系地区分布区的山间洼地也有软土分布。不同成因类型的软土具有一定的分布规律和特征。

9.2.2　软土的工程特性及其评价

    1)软土的工程特性

    软土的主要特征是含水量高(w=35%～80%)、孔隙比大(e≥1)、压缩性高、强度低、渗透性差，并含有机质，一般具有如下工程特性：

    (1)触变性。软土一般为絮状结构，尤其是滨海相软土更为明显，一旦受到扰动(振动、搅拌、挤压或搓揉等)，原有结构破坏，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下，易产生侧向滑动、沉降及基底向两侧挤出等现象。

    (2)流变性。软土除排水固结引起变形外，在剪应力作用下，土体还会发生缓慢而长期的剪切变形，对地基沉降有较大影响，对斜坡、堤岸、码头及地基稳定性不利。

    (3)高压缩性。软土的压缩系数大，一般在a1-2=0.5～1.5MPa-1变化，最大可达4.5MPa-1；压缩指数Cc约为0.35～0.75，其压缩性随液限的增大而增高。软土地基的变形特性与其天然固结状态相关，欠固结软土在荷载作用下沉降较大，天然状态下的软土层大多属于正常固结状态。

    (4)低强度。抗剪强度与加荷速度及排水条件密切相关。根据土工试验的结果，我国软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa，其变化范围约为5～25kPa，有效内摩擦角φ′约为12°～35°，固结不排水剪内摩擦角φcu=12°～17°。软土地基的承载力常为50～80kPa。

    (5)低透水性。软土的渗透性差，其渗透系数一般约为1×10-6～1×10-8cm/s，在自重或荷载作用下固结速率很慢。同时，在加载初期地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度，延长建筑物沉降时间。

    (6)不均匀性。由于沉降环境的变化，黏性土层中常局部夹有厚薄不等的粉土使水平和垂直分布上有所差异，使建筑物地基易产生差异沉降。

    2)软土地基的工程评价

    对软土地区拟建场地和地基进行岩土工程地质勘察时,应按《软土地区岩土工程勘察规范》(JGJ83—2011)要求进行。在下达勘察任务时，宜布置多种原位测试手段代替部分钻探工作，部分常规钻探鉴别孔可用静力探孔替代，宜用十字板试验测定软土抗剪强度、灵敏度等，或采用旁压试验、螺旋板载荷试验等确定土的极限承载力，估算土的变形模量或旁压模量等参数，对软土地基中的砂层或中密粉土应辅以标准贯入试验。软土层中宜采用回转式提土钻探，应根据工程要求所需试样的质量等级选择采样方法及取土器，宜采用静压法以薄壁取土器采取原状土试样，并在试样运输、保存以及制备等过程中防止试样扰动。只有较准确地取得场地和地基岩土层资料和计算参数，结合拟建建筑物具体情况，经综合分析，才能对软土地基作出正确评价。

    (1)场地和地基稳定性评价

    地质条件复杂的地区，综合分析的首要任务是评价场地和地基的稳定性，然后才是地基的强度和变形问题。当拟建建筑物位于抗震设防烈度7度或7度以上地区，应分析场地和地基的地震效应，对饱和砂土和粉土进行地震液化判别，并对场地软土震陷可能性作出判定；当拟建建筑物离河岸、海岸、池塘等边坡较近时，应分析软土侧向塑性挤出或滑移的可能性；在地基土受力范围内有基岩或硬土层，其顶面倾斜度大时，应分析上部软土层沿倾斜面产生滑移或不均匀变形的可能性。软土地区地下水一般较高，应根据场地地下水位变化幅度、水头梯度或承压水头等判别其对软土地基稳定性和变形的影响。

    (2)地基持力层选择

    对不存在威胁场地稳定的不良地质现象的建筑地段，地基基础设计必须满足地基承载力和沉降这两个基本要求，而且应该充分发挥地基的潜力。在软土地区，在表层有硬壳层时，一般应充分利用，采用宽基浅埋天然地基基础方案。在选择地基持力层时，合理地确定地基土的承载力特征值，是选择地基持力层的关键，而地基承载力实际上取决于许多因素，单纯依靠某种方法确定承载力值未必十分合理，软土地区地基土承载力特征值应通过多种测试手段，并结合实践经验适当予以增减。软土地区确定地基承载力方法：①用理论公式计算，一般宜采用临塑荷载公式，不考虑基础宽度修正，可采用固结快剪试验确定土的内摩擦角和黏聚力，取值时可根据地区经验折减；②结合当地经验，根据软土的天然含水量查表确定；③利用静力触探及其他原位测试资料，经与荷载试验结果对比而建立地区性相关公式确定；④对于缺乏建筑经验和一级建筑物地基，宜以载荷试验确定。

    在地基持力层承载力特征值确定后，还须进行地基变形验算。地基变形值按《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)有关沉降公式计算，但应参照当地已有建筑物的沉降观测资料与经验确定沉降计算经验系数；在软土地区如有欠固结土存在，应计算土的自重压密固结产生的附加变形，宜进行高压固结试验提供先期固结压力、压缩指数Cc等指标；地基压缩层厚度计算自基底底面算起，算到附加压力等于土层自重应力的10%处，并应考虑邻近底面堆载和相邻基础的影响。

    软土地基的岩土工程分析和评价，结合不同工程和工程特性，通常应包括以下内容：

    (1)判定地基产生滑移和不均匀变形的可能性。当建筑物位于池塘、河岸、边坡附近时，应验算其稳定性。

    (2)选择适宜的持力层和基础型式，当有地表硬壳层时，基础宜浅埋。

    (3)当建筑物相邻高低层荷载相差很大时，应分别计算各自的沉降，并分析其相互影响。当地面有较大面积堆载时，应分析对相邻建筑物的不利影响。

    (4)软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：①软土成分条件、应力历史、力学特性及排水条件；②上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；③基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；④施工方法和程序；⑤采用预压排水处理的地基，应考虑软土固结排水后强度的增长。

    (5)地基的沉降量可采用分层总和法计算，并乘以经验系数；也可采用土的应力历史的沉降计算方法。

    (6)在软土开挖、打桩、降水时,应按《岩土工程勘察规范》(GB50021—2009)有关规定执行。

    此外，还须特别强调软土地基承载力综合评定的原则，不能单靠理论计算，要以地区经验为主。软土地基承载力的评定，变形控制原则比按强度控制原则更为重要。

9.2.3　软土地基的工程措施

    在软土地基上修建各种构筑物时，要特别重视地基的变形和稳定问题，并考虑上部结构与地基的共同作用，采用必要的建筑及结构措施，确定合理的施工顺序和地基处理方法，并应采取下列措施：①充分利用表层密实的黏性土(一般厚约1～2m)作为持力层，基底尽可能浅埋(埋深d=300～800mm)，但应验算下卧层软土的强度；②尽可能设法减小基底附加应力，如采用轻型结构、轻质墙体、扩大基础底面、设置地下室或半地下室等；③采用换土垫层或桩基础等，但应考虑欠固结软土产生的桩侧负摩阻力；④采用砂井预压，加速土层排水固结；⑤采用高压喷射、深层搅拌、粉体喷射等处理方法；⑥使用期间，对大面积地面堆载划分范围，避免荷载局部集中、直接压在基础上。

    当遇到暗塘、暗沟、杂填土及冲填土时，须查明范围、深度及填土成分。较密实均匀的建筑垃圾及性能稳定的工业废料可作为持力层，而有机质含量大的生活垃圾和对地基有侵害作用的工业废料，未经处理不宜作为持力层。并应根据具体情况，选用如下处理方法：①不挖土，直接打入短桩。如上海地区通常采用长约7m、断面200mm×200mm的钢筋混凝土桩，每桩承载力30～70kN。并认为承台底土与桩共同承载，土承受该桩所受荷载的70%左右，但不超过30kPa，对暗塘、暗沟下有强度较高的土层效果更佳。②填土不深时，可挖去填土，将基础落深，或用毛石混凝土、混凝土等加厚垫层，或用砂石垫层处理。若暗塘、暗沟不宽，也可设置基础梁直接跨越。③对于低层民用建筑可适当降低地基承载力，直接利用填土作为持力层。④冲填土一般可直接作为地基。若土质不良时，可选用上述方法加以处理。

9.3　湿陷性黄土地基

9.3.1　湿陷性黄土概述

    黄土是一种产生于第四纪地质历史时期干旱条件下的沉积物，其外观颜色较杂乱，主要呈黄色或褐黄色，颗粒组成以粉粒(0.075～0.005mm)为主，同时含有砂粒和黏粒。它的内部物质成分和外部形态特征与同时期其他沉积物不同。一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土，原生黄土经流水冲刷、搬运和重新沉积形成的黄土称次生黄上，常具层理和砾石夹层。

    具有天然含水量的黄土，如未受水浸湿，一般强度较高，压缩性较小。有的黄土，在覆盖土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力的综合作用下受水浸湿，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下沉(其强度也随着迅速降低)，称为湿陷性黄土；有的黄土却并不发生显著附加下沉，则成为非湿陷性黄土。非湿陷性黄土地基的设计与施工与一般黏性土地基无异，无须另行讨论。湿陷性黄土分为非自重湿陷性和自重湿陷性两种。非自重湿陷性黄土在土自重应力作用下受水浸湿后不发生显著附加下沉；自重湿陷性黄土，在土自重应力下浸湿后则发生显著附加下沉。

    湿陷性黄土的物理力学性质以粉土为主。粉粒含量一般大于60%；含水率低，一般w为10%～20%；天然密度小，ρ为1.40～1.65g/cm3；孔隙比大，通常e>1.0；塑性指数中偏低，Ip为7～13,属粉土或粉质黏土；压缩系数a为0.2～0.6MPa-1，属中、高压缩性。关键为遇水急剧下沉，具湿陷性；富含碳酸盐、硫酸盐和氯化物等可溶盐类。

    我国黄土的沉积经历了整个第四纪时期，按形成年代的早晚，有老黄土和新黄土之分。黄土形成年代愈久，大孔结构退化，土质愈趋密实，强度高而压缩性小，湿陷性减弱甚至不具湿陷性；反之，形成年代愈短，其湿陷性愈显著。见表9-1。

    表9-1　黄土的地层划分

    

    注：全新世(Q4)黄土包括湿陷性(Q41)黄土和新近堆积(Q42)黄土。

    属于老黄土的地层有午城黄土(早更新世，Q1)和离石黄土(中更新世，Q2)。前者色微红至棕红，而后者为深黄及棕黄。老黄土的土质密实，颗粒均匀，无大孔或略具大孔结构。除离石黄土层上部要通过浸水试验确定有无湿陷性外，一般不具湿陷性，常出露于山西高原、豫西山前高地、渭北平原、陕西和陇西高原。午城黄土一般位于离石黄土层的下部。

    新黄土是指覆盖于离石黄土层上部的马兰黄土(晚更新世，Q3)以及全新世(Q4)中各种成因的黄土状土，色灰黄至黄褐、棕褐。马兰黄土及全新世早期黄土，土质均匀或较为均匀，结构疏松，大孔隙发育，一般具有湿陷性，主要分布在黄土地区的河岸阶地。值得注意的是，全新世近期(Q42)的新近堆积黄土，形成历史较短，只有几十到几百年的历史。其土质不均，结构松散，大孔排列杂乱，常混有岩性不一的土块、多虫孔和植物根孔。包含物常含有机质，斑状或条状氧化物；有的混有砂、砾或岩石碎屑；有的混有砖瓦陶瓷碎片或朽木片等人类活动的遗物，在大孔壁上常有白色钙质粉末。它的力学性质则远逊于马兰黄土，由于土的固结成岩差，在小压力下变形较大(0～100kPa或50～150kPa),呈现高压缩性。新近堆积黄土多分布于黄土塬、梁、峁的坡脚和斜坡后缘，冲沟两侧及沟口处的洪积扇和山前坡积地带，河道拐角处的内侧，河漫滩及低阶地，山间或黄土梁，峁之间的凹地的表部，平原上被淹埋的池沼洼地。

    黄土在世界各地分布甚广，其面积达1.3×107km2，约占陆地总面积的9.3%，主要分布于中纬度干旱、半干旱地区。如法国的中部和北部，东欧的罗马尼亚、保加利亚、俄罗斯等，美国沿密西西比河流域及西部不少地区。我国黄土分布亦非常广泛，面积约6.4×105km2,其中湿陷性黄土约占3/4。以黄河中游地区最为发育，多分布于甘肃、陕西、山西地区，青海、宁夏、河南也有部分分布，其他如河北、山东、辽宁、黑龙江、内蒙古和新疆等省(区)也有零星分布。

    国标GBJ50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》(以下简称《黄土规范》)在调查和搜集各地区湿陷性黄土的物理力学性质指标、水文地质条件、湿陷性资料的基础上，综合考虑各区域的气候、地貌、地层等因素，作为我国湿陷性黄土工程地质分区略图以供参考。

9.3.2　影响黄土地基湿陷性的主要因素

    1)黄土湿陷的原因

    黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，其湿陷机理国内外学者有各种不同假说，如毛细管假说、溶盐假说、胶体不足假说、欠压密理论和结构学假说等。但至今尚未获得能够充分解释所有湿陷现象和本质的统一理论。尽管解释黄土湿陷原因的观点各异，但归纳起来可分为外因和内因两个方面。

    (1)外因：主要为建筑物本身的上下水道漏水、大量降雨渗入地下，以及附近修建水库、渠道蓄水渗漏等，引起黄土的湿陷。

    (2)内因：黄土外观颜色呈淡黄至褐黄因而出名。没有层理，有肉眼可见大孔隙，又称大孔土。主要为黄土中含大量多种可溶盐，如硫酸钠、碳酸钠、碳酸镁和氯化钠等物质，受水浸湿后被溶化，土中胶结力大为减弱，导致土粒变形。黄土为欠密土，薄膜水增厚，在压密过程中起润滑作用。

    2)影响黄土湿陷性的因素

    (1)黄土的物质成分。黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量大，可把骨架颗粒包围起来，则结构致密。黏粒含量特别是胶结能力较强的小于0.001mm颗粒的含量多，其均匀分布在骨架之间也起了胶结物的作用，均使湿陷性降低并使力学性质得到改善。反之，粒径大于0.05mm的颗粒增多，胶结物多呈薄膜状分布，骨架颗粒多数彼此直接接触，其结构疏松，强度降低而湿陷性增强。我国黄土湿陷性存在着由西北向东南递减的趋势，就是与自西北向东南方向砂粒含量减少而黏粒含量增多是一致的。此外，黄土中的盐类以及其存在状态对湿陷性也有着直接的影响，如以较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时，湿陷性减弱，但石膏及其他碳酸盐、硫酸盐和氯化物等易溶盐的含量愈大时，湿陷性增强。

    (2)黄土的物理性质。黄土的湿陷性与其孔隙比和含水量等土的物理性质有关。天然孔隙比越大，或天然含水量越小，则湿陷性越强。饱和度Sr≥80%的黄土，称为饱和黄土，饱和黄土的湿陷性已退化。在天然含水量相同时，黄土的湿陷变形随湿度的增加而增大。

    (3)外加压力。黄土的湿陷性还与外加压力有关。外加压力越大，湿陷量也显著增加。但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减少。

9.3.3　湿陷性黄土地基的评价

    正确评价黄土地基的湿陷性具有很重要的工程意义，其主要包括三方面内容：①查明一定压力下黄土浸水后是否具有湿陷性；②判别场地的湿陷类型，是自重湿陷性还是非自重湿陷性；③判定湿陷黄土地基的湿陷等级，即其强弱程度。

    1)湿陷系数

    黄土是否具有湿陷性以及湿陷性的强弱程度如何，应该用一个数值指标来判定。如上所述，黄土的湿陷量与所受的压力大小有关。所以湿陷性的有无、强弱，应按某一给定的压力作用下土体浸水后的湿陷系数值来衡量。

    黄土湿陷系数可由室内压缩试验测定。实验的设备与固结实验相同，环刀面积应采用50cm3。测土的湿陷系数δs时应将环刀试样保持在天然湿度下，分级加荷至规定压力，待稳定后浸水，至湿陷稳定为止。浸水宜用纯水，湿陷稳定标准：下沉量不大于0.01mm/h。分级加荷标准：在0~200kPa之内，每级加荷增量为50kPa；在200kPa以上，每级加荷增量为100kPa。

    根据室内浸水压缩实验结果，土的湿陷系数δs按下式计算：

    

    (9-1)

    式中：hp——保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时下沉稳定后的高度(cm)；

    ——上述加压稳定后的土样，在浸水作用下下沉稳定后的高度(cm)；

    h0——土样原始高度(cm)。

    在工程中，δs主要用于判别黄土的湿陷性，当δs<0.015时，应定为非湿陷性黄土；δs≥0.015时，应定为湿陷性黄土。湿陷性黄土的湿陷程度，可根据湿陷系数值大小分为三种：0.015≤δs≤0.03时，湿陷性轻微；0.03<δs≤0.07时，湿陷性中等；δs>0.07时，湿陷性强烈。

    试验时测定湿陷系数的压力p应采用黄土地基的实际压力，但初勘阶段，建筑物的平面位置、基础尺寸和埋深等尚未确定，即实际压力大小难以预估。因而《黄土规范》规定：自基础底面(初勘时，自地面下1.5m)算起，10m以内的土层应用200kPa；10m以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重应力(当大于300kPa时，仍应用300kPa)。

    2)湿陷起始压力

    

    图9-1　双线法压缩试验曲线

    如前所述，黄土的湿陷量是压力的函数。因此，事实上存在一个压力界限值，若压力低于这个数值，黄土即使浸了水也只产生压缩变形而无湿陷现象。这个界限称为湿陷起始压力psh(kPa)，它是一个有一定实用价值的指标。若在非自重湿陷性黄土地基设计中，使基底压力小于psh，即使地基浸水，也不会发生严重湿陷事故。

    湿陷起始压力可根据室内压缩试验或原位载荷试验确定，其分析方法可采用双线法或单线法。

    (1)双线法。应在同一取土点的同一深度处，以环刀切取两个试样。一个在天然湿度下分级加荷，另一个在天然湿度下加第一级荷载，下沉稳定后浸水，待湿陷稳定后再分级加荷。分别测定这两个试样在各级压力下，下沉稳定后的试样高度hp和浸水下沉稳定后的试样高度，就可以绘出不浸水试样的曲线和浸水试样的曲线，如图9-1所示。然后按式(9-1)计算各级荷载下的湿陷系数δs，从而绘制p-δs曲线。在p-δs曲线上取δs=0.015所对应的压力作为湿陷起始压力psh。

    (2)单线法。应在同一取土点的同一深度处，至少取5个环刀试样。各试样均分别在天然湿度下分级加荷至不同的规定压力。待下沉稳定后测定土样高度hp，再浸水至湿陷稳定为止，测试样高度，绘制p-δs曲线。psh的确定方法与双线法相同。

    上述方法是针对室内压缩试验而言，原位载荷试验方法与之相同，在此不详述。我国各地湿陷起始压力相差较大，如兰州地区一般为20~50kPa，洛阳地区常在120kPa以上。此外，大量试验结果表明，黄土的湿陷起始压力随土的密度、湿度、胶结物含量以及土的埋藏深度等的增加而增加。

    3)建筑场地湿陷类型的划分

    工程实践表明，自重湿陷性黄土在无外荷载作用时，浸水后也会迅速发生剧烈的湿陷，甚至一些很轻的建筑物也难免遭受其害。而在非自重湿陷性黄土地区，这种情况就很少见。对这两种湿陷性黄土地基，所采取的设计和施工措施应有所区别。在黄土地区地基勘察中，应按实测自重湿陷量或计算自重湿陷量判定建筑场地的湿陷类型。实测自重湿陷量应根据现场试坑浸水试验确定。其结果可靠，但费水费时，且有时受各种条件限制而不易做到。

    计算自重湿陷量可按下式计算：

    

    (9-2)

    式中：δzsi——第i层土在上覆土的饱和(Sr>0.85)自重应力作用下的湿陷系数，其测定和计算方法同δs，即。其中，hz是指加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度；是上述加压稳定后，在浸水作用下，下沉稳定后的高度。

    hi——第i层土的厚度(cm)。

    n——总计算厚度内湿陷土层的数目。总计算厚度应从天然地面算起(当挖、填方厚度及面积较大时，自设计地面算起)至其下全部湿陷性黄土层的底面为止，但其中δzs<0.015的土层不计。

    β0——因地区土质而异的修正系数。它从各地区湿陷性黄土地基试坑浸水试验实测值与室内实验值比较得出；在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：陇西地区取1.5，陇东—陕北—晋西地区取1.2，对关中地区取0.9，其他地区可取0.5。

    当Δzs≤7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当Δzs>7cm时，应定为自重湿陷性黄土场地。

    4)黄土地基的湿陷等级

    湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据基底下各土层累计的总湿陷量Δs和计算自重湿陷量的大小等因素按表9-2判定。总湿陷量可按下式计算：

    

    (9-3)

    式中：δsi——第i层土的湿陷系数；

    hi——第i层土的厚度(cm)；

    β——考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数。在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：

    (1)基底下0~5m深度内，取β=1.5。

    (2)基底下5~10m深度内，取β=1.0。

    (3)基底下10m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的β0值。

    湿陷量的计算值Δs的计算深度，应自基础底面(如基底标高不确定时，至地面下1.5m)算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m(或地基压缩层)深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面止，其中湿陷系数δs(10m以下为δzs)小于0.015的土层不参与累计。

    表9-2　湿陷性黄土地基的湿陷等级

    

    *注：当Δs>60cm时，Δzs>30cm时，可判为Ⅲ级，其他情况可判为Ⅱ级。

    Δs是湿陷性黄土地基在规定压力下充分浸水后可能发生的湿陷变形值。设计时应根据黄土地基的湿陷等级考虑相应的设计措施。在相同情况下，湿陷程度愈高，设计措施要求也愈高。

9.3.4　湿陷性黄土地基的工程措施

    湿陷性黄土地基的设计和施工，除了必须遵循一般地基的设计和施工原则外，还应针对黄土湿陷性这个特点和建筑类别(详见《黄土规范》)，因地制宜采用以地基处理为主的综合措施。这些措施有：

    地基处理：其目的在于破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便全部或部分消除地基的湿陷性，从根本上避免或削弱湿陷现象的发生。常用的地基处理方法有土(或灰土)垫层、重锤夯实、预浸水、化学加固(主要是硅化和碱液加固)、土(灰土)桩挤密等，也可采用将桩端进入非湿陷性土层的桩基。

    防水措施：不仅要放眼于整个建筑场地的排水、防水问题，且要考虑到单体建筑物的防水措施，在建筑物长期使用过程中要防止地基被浸湿，同时也要做好施工阶段的排水、防水工作。

    结构措施：在建筑物设计中，应从地基、基础和上部结构相互作用的概念出发，采用适当的措施，增强建筑物适应或抵抗因湿陷引起的不均匀沉降的能力。这样，即使地基处理或防水措施不周密而发生湿陷时，也不致造成建筑物的严重破坏或减轻其破坏程度。

    在三种工程措施中，消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，主要用于甲类建筑；消除地基的部分湿陷量，主要用于乙、丙类建筑；丁类属次要建筑，地基可不处理。防水措施和结构措施，一般用于地基不处理或消除地基部分湿陷量的建筑，以弥补地基处理的不足。

    【例9-1】　陕北某招待所经勘察为黄土地基。由探井取3个原状土样进行浸水压缩试验，取样深度分别为2.0m、4.0m、6.0m，实测数据见表9-3。判别此黄土地基是否属湿陷性黄土。

    表9-3　黄土浸水压缩试验结果

    

    【解】　按公式(9-1)计算各试样的湿陷系数：

    

    判别：为湿陷性黄土。

    

    判别：为湿陷性黄土。

    

    判别：为湿陷性黄土。

    式中：h0——土样的原始高度，即压缩试验环刀高，均为20cm。

    hp——原状土加压下沉稳定后的高度。土样深度分别为2.0m、4.0m与6.0m，均小于10m；故压力都应用200kPa。1号试样加压后百分表稳定读数为40，则土样高hp1=20-0.4=19.60mm。同理可得：hp2=20-0.56=19.44mm；hp3=20-0.38=19.62mm。

    上述加压稳定后的试样，在浸水下沉稳定的高度。1号试样浸水下沉稳定百分表读数为162，则=20-1.62=18.38mm。同理可得=20-1.94=18.06mm；。

    【例9-2】　山西地区某百货商场拟建新的百货大楼，地基为黄土，基础埋深为1.0m。岩土工程勘察结果如表9-4所示。判别该地基是否为自重湿陷性黄土场地，并判别该地基的湿陷等级。

    表9-4　百货商场新楼勘察结果

    

    【解】　(1)应用公式(9-2)计算自重湿陷量

    

    式中：β0——因土质地区而异的修正系数，山西地区可取0.5；

    δzs——在上覆土的饱和自重压力下的自重湿陷系数，δzs<0.015的不计入。

    将表9-4中的数据代入公式(9-2)得：

    Δzs

    =0.5×(0.020×425+0.019×380+0.016×435)

    =0.5×22.68=11.34cm>7cm(故应判定为自重湿陷性黄土场地)

    (2)应用公式(9-3)计算总湿陷量

    δsihi

    式中：δsi——第i层土的湿陷系数，δsi<0.015的土层不应累计。

    β——考虑地基土的侧向挤出和浸水几率等因素的修正系数。基底下5m深度内可取1.5；5~10m深度内，取β=1.0；10m以下，在山西地区可取0.5。

    将上列数据代入公式(9-3)可得：

    δsihi=1.5×(0.016×75+0.028×425)

    +1.0(0.026×380+0.021×120)+0.5×0.021×315

    =1.5×13.1+12.4+3.31=35.36cm

    根据表9-2，总湿陷量Δs=35.36cm，计算自重湿陷量Δzs=11.34cm，判定该百货商场新楼黄土地基的湿陷等级为Ⅱ级(中等湿陷等级)。

9.4　膨胀土地基

9.4.1　膨胀土及对建筑物的危害

    1)定义

    膨胀土是土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的黏土。

    2)膨胀土的危害性

    膨胀土通常强度较高、压缩性低，易被误认为是良好的地基。

    膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形特性。建造在膨胀土地基上的建筑物，随季节性气候的变化会反复不断地产生不均匀的升降，致使房屋开裂、倾斜，公路路基发生破坏，堤岸、路堑产生滑坡，涵洞、桥梁等刚性结构物产生不均匀沉降等，造成巨大损失。其破坏具有如下特征：

    (1)建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点。遇干旱年份裂缝发展更为严重，建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。发生变形破坏的建筑物，多数为低层轻型的砖混结构，其重量轻，整体性较差，且基础埋置浅，地基土易受外界环境变化的影响而产生胀缩变形，故损坏最为严重。

    (2)因建筑物在垂直和水平方向受弯扭，故转角处首先开裂，墙上常出现对称或不对称的八字形、X形交叉裂缝。外纵墙基础因受到地基膨胀过程中产生的竖向切力和侧向水平推力作用而产生水平裂缝和位移，室内地坪和楼板则发生纵向隆起开裂。

    (3)膨胀土边坡不稳定，易产生浅层滑坡，引起房屋和构筑物开裂，且构筑物的损坏比平地上更为严重。

    据报道，膨胀土造成的危害目前每年给工程建设带来的经济损失已超过百亿美元，比洪水、飓风和地震所造成的损失总和的两倍还多。膨胀土的工程问题已引起包括我国在内的各国学术界和工程界的高度重视。

    3)膨胀土的分布

    膨胀土在地球上分布很广，世界上已有40多个国家发现膨胀土造成的危害。我国膨胀土分布也很广，以云南、广西、湖北、安徽、河北、河南等省区的山前丘陵和盆地边缘最严重。

    在膨胀土地基上建设工程，应切实做好勘察、设计与处理。

9.4.2　膨胀土的特征

    1)野外特征

    膨胀土一般分布在Ⅱ级以上河谷阶地、丘陵地区及山前缓坡地带。旱季时地表常见裂缝，雨季时裂缝闭合。

    我国膨胀土生成年代大多数为第四纪晚更新世Q3及其以前，少量为全新世Q4。土的颜色呈黄色、黄褐色、红褐色、灰白色或花斑色等。土的结构致密，常呈坚硬或硬塑状态。这种土在地表1～2m内常见竖向张开裂缝，向下逐渐尖灭，并有斜交和水平方向裂缝。当地的地下水多为上层滞水的裂隙水，地下水位随季节变化大，易引起地基不均匀胀缩变形。

    2)矿物成分

    膨胀土的矿物成分主要是次生黏土矿物蒙特土和伊利土，蒙土矿物晶格极不稳定，亲水性强，浸湿后强烈膨胀。伊利土的亲水性仅次于蒙特土。地基中含吸水性强的矿物较多时，遇水膨胀隆起，失水收缩下沉，对建筑物危害很大。

    3)物理力学特性

    (1)天然含水量接近塑限，w≈wp，为20%～30%，一般饱和度Sr>0.85。

    (2)天然孔隙比中等偏小，e为0.5～0.8。

    (3)液限wL为38%～55%，塑限wp为20%～35%；塑性指数Ip为18～35，为黏土，多数Ip在22～35之间。

    (4)d<0.005mm的黏粒含量占24%～40%。

    (5)自由膨胀率δef为40%～58%，最高可大于70%。膨胀率δef为1%～4%。膨胀压力Pe为10～110kPa.

    (6)缩限ws为11%～18%；红黏土类型的膨胀土ws偏大。

    (7)抗剪强度指标c、φ值，浸水前后相差大；尤其c值可差数倍。

    (8)压缩性小，多属于低压缩性土。

    4)胀缩变形的主要内外因素

    (1)内因

    膨胀土发生胀缩变形的内部因素主要有以下几个方面：①矿物及化学成分：如上所述，膨胀土含大量蒙特土和伊利土，亲水性强，胀缩变形大。化学成分以氧化硅、氧化铝、氧化铁为主，如氧化硅含量大，则胀缩量大。②黏粒含量：黏粒d<0.005mm比表面积大，电分子吸引力大，因此黏粒含量高时胀缩变形大。③土的干密度ρ0：如ρ0大即e小，则浸水膨胀强烈，失水收缩小；反之，如ρ0小即e大，则浸水膨胀小，失水收缩大。④含水率w：若初始w与膨胀后w接近，则膨胀小，收缩大；反之，则膨胀大，收缩小。⑤土的结构：土的结构强度大，则限制胀缩变形的作用大，当土的结构被破坏后，胀缩性增大。

    (2)外因

    膨胀土发生胀缩变形的外部因素主要有以下几个方面：①气候条件：包括降雨量、蒸发量、气温、相对湿度和地温等，雨季土体吸水膨胀，旱季失水收缩；②地形地貌：同类膨胀地基，地势低处比高处胀缩变形小，例如云南某小学3排教室条件相同，建在3个台阶形膨胀土上，结果高处教室严重破坏，低处教室完好无损；③周围树木：尤其是阔叶乔木，旱季树根吸水，加剧地基土的干缩变形，使邻近树木房屋开裂；④日照程度：房屋向阳面开裂多，背阴面开裂少。

9.4.3　膨胀土地基的评价

    1)膨胀土的工程特性指标

    评价膨胀土胀缩性的常用指标及其测定方法如下：

    (1)自由膨胀率δef

    指研磨成粉末的干燥土样(结构内部无约束力)，浸泡于水中，经充分吸水膨胀后所增加的体积与原干体积的百分比。试验时将烘干土样经无颈漏斗注入量土杯(容积10mL)，盛满刮平后，将试样倒入盛有蒸馏水的量筒(容积50mL)内，然后加入凝聚剂并用搅拌器上下均匀搅拌10次，使土样充分吸水膨胀，至稳定后测其体积。自由膨胀率可按下式计算：

    δef(%)

    (9-4)

    式中：Vw——土样在水中膨胀稳定后的体积(mL)；

    V0——干土样原有体积(即量土杯的容积)(mL)。

    自由膨胀率表示膨胀土在无结构力影响下和无压力作用下的膨胀特性，可反映土的矿物成分及含量，用于初步判定是否为膨胀土。

    (2)膨胀率δep

    指原状土样在一定压力下，经侧限压缩后浸水膨胀稳定，并逐级卸荷至某级压力时土样单位体积的稳定膨胀量(以百分数表示)。试验时，将原状土置于侧限压缩仪中，根据工程需要确定最大压力，并逐级加荷至最大压力。待下沉稳定后，浸水使其膨胀并测读膨胀稳定值。然后逐级卸荷至零，测定各级压力下膨胀稳定时的土样高度变化值。膨胀率δep按下式计算：

    δep(%)

    (9-5)

    式中：hw——侧限条件下土样在浸水后卸压膨胀过程中的第i级压力pi作用下膨胀稳定后的高度(mm)；

    h0——土样的原始高度(mm)。

    膨胀率δep可用于评价地基的胀缩等级，计算膨胀土地基的变形量以及测定其膨胀力。

    (3)膨胀力pe

    

    图9-2　p-δep关系曲线

    原状土样在体积不变时，由于浸水产生的最大内应力称为膨胀力pe，若以试验结果中各级压力下的膨胀率δep为纵坐标，压力p为横坐标，可得p-δep关系曲线如图9-2所示，该曲线与横坐标的交点即为膨胀力pe。

    在选择基础形式及基底压力时，膨胀力是个有用的指标，若需减小膨胀变形，则应使基底压力接近pe。

    (4)线缩率δs和收缩系数λs

    膨胀土失水收缩，其收缩性可用线缩率和收缩系数表示，它们是地基变形计算中的两项主要指标。线缩率指土的竖向收缩变形与原状土样高度之百分比。试验时将土样从环刀中推出后，置于20℃恒温或15～40℃自然条件下干缩，按规定时间测读试样高度，并同时测定其含水量(w)。按下式计算土的线收缩率δs：

    δs(%)

    (9-6)

    式中：hi——含水量wi时的土样高度(mm)；

    h0——土样的原始高度(mm)。

    

    图9-3　收缩曲线

    根据不同时刻的线缩率及相应的含水量可绘制出收缩曲线如图9-3所示。可以看出，随着含水量的蒸发，土样高度逐渐减小，δs增大。原状土样在直线收缩阶段中含水量每降低1%时，所对应的竖向线缩率的改变即为收缩系数λs：

    λs=Δδs/Δw

    (9-7)

    式中：Δw——收缩过程中，直线变化阶段内两点含水量之差(%)；

    Δδs——两点含水量之差对应的竖向线缩率之差(%)。

    (5)原状土的缩限ws

    在《土工试验方法标准》(GB/T50123—1999)中已经介绍了缩限的定义和测定非原状黏性土缩限含水量的收缩皿法。至于原状土的缩限则可在图9-3的收缩曲线中分别延长微缩阶段和收缩阶段的直线段至相交，其交点的横坐标即为原状土的缩限ws。

    2)膨胀土地基的评价

    (1)膨胀土的判别

    膨胀土的判别是解决膨胀土地基勘察、设计的首要问题。其主要依据是工程地质特征与自由膨胀率δef。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

    不同胀缩性能的膨胀土对建筑物的危害程度明显不同。故判定为膨胀土后，还要进一步确定膨胀土的胀缩性能，即胀缩强弱。根据自由膨胀率δef的大小，膨胀土的膨胀潜势可分为弱、中、强三类，见表9-5。

    表9-5　膨胀土的膨胀潜势分类

    

    研究表明：δef较小的膨胀土，膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微；δef较大的膨胀土，膨胀潜势较强，建筑物损坏严重。

    (3)膨胀土地基的胀缩等级

    根据建筑物地基的胀缩变形对低层砖混结构房屋的影响程度，膨胀土地基的胀缩等级可按表9-6分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。等级越高其膨胀性越强，以此作为膨胀土地基的评价。《膨胀土规范》规定以50kPa压力下(相当于一层砖石结构的基底压力)测定的土的膨胀率，地基土的膨胀变形量se的计算方法见式(9-7)。

    表9-6　膨胀土地基的膨胀等级

    

    

    (9-8)

    式中：ψe——计算胀缩变形量的经验系数，可取0.7；

    δepi——基础底面下第i层土在压力为pi(该层土的平均自重应力与平均附加应力之和)作用下的膨胀率，由室内实验确定；

    λsi——第i层土的垂直线收缩系数；

    hi——第i层土计算厚度(mm)，一般为基础宽度的0.4倍；

    Δwi——第i层土在收缩过程中可能发生的含水量变化的平均值(以小数表示)，按《膨胀土规范》公式计算；

    n——自基础底面至计算深度内所划分的土层数，计算深度可取大气影响深度，应由各气候区土的深层变形观测或含水量观测及地温观测资料确定，无此资料时可按表9-7取值。

    表9-7　大气影响深度

    

    注：①大气影响深度是自然气候作用下，由降水、蒸发、地温等因素引起土的升降变形的有效深度。

    ②大气影响急剧深度系指大气影响特别显著的深度，可按表9-8大气影响深度的值乘以0.45采用。

    膨胀土地基设计，根据地形地貌条件可分为下列两类:

    ①平坦场地。地形坡度小于5°或地形坡度大于5°而小于14°的坡脚地带和距坡肩水平距离大于10m的坡顶地带。

    ②坡地场地。地形坡度大于或等于5°，或地形坡度虽然小于5°，但同一座建筑物范围内局部地形高差大于1m。

    位于平坦场地的建筑物地基，承载力可由现场浸水载荷试验、饱和三轴不排水试验或《膨胀土规范》承载力表确定，变形则按胀缩变形量控制；而位于斜坡场地上的建筑物地基，除按胀缩变形量设计外，尚应进行地基稳定性计算。

9.4.4　膨胀土地基的工程措施

    膨胀土地基的工程建设，应根据当地气候条件、地基胀缩等级、场地工程地质和水文地质条件，结合当地建筑施工经验，因地制宜采取综合措施，一般可从以下几方面考虑：

    1)设计措施

    建筑措施：建筑上力求体型简单，建筑物不宜过长。在挖方与填方交界处或地基土显著不均匀处、建筑平面转折、高差较大及建筑结构(或基础)类型不同处，应设置沉降缝。膨胀土地区的建筑层数宜多于2层，以加大基底压力，防止膨胀变形。外廊式房屋的外廊部分宜采用悬挑结构。一般地坪可采用预制块铺砌，块体间嵌柔性材料，大面积地面作分格变形缝，分格尺寸可为3m×3m，变形缝均应填嵌柔性防水材料；对有特殊要求的地坪可采用地面配筋或地面架空等措施，尽量与墙体脱开。并应合理确定建筑物与周围树木间距离，避免选用吸水量大、蒸发量大的树种绿化。

    场地的选择：建筑物应避开地质条件不良地段，如浅层滑坡、地裂发育、地下水位剧烈等地段。尽量布置在地形条件比较简单、地质较均匀、胀缩性较弱的场地。山区建筑应根据山区地基的特点，妥善地进行总平面布置，并进行竖向设计，避免大开挖，应依山就势布置，同时应利用和保护天然排水系统，并设置必要的排洪、截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。

    结构处理：应加强建筑物的整体刚度，承重墙体宜采用拉结较好的实心砖墙，不得采用空斗墙、砌块墙或无砂混凝土砌体，避免采用对变形敏感的砖拱结构、无砂大孔混凝土和无筋中型砌块等。基础顶部和房屋顶层宜设置圈梁，多层房屋其他各层可隔层设置或层层设置圈梁。建筑物的角段和内外墙的连接处，必要时可增设水平钢筋。

    加大基础埋深，且不应小于1m。当以基础埋深为主要防治措施时，基底埋深宜超过大气影响深度或通过变形验算确定。较均匀的膨胀土地基，可采用条基；基础埋深较大或基底压力较小时，宜采用墩基。

    地基处理：可采用地基处理方法减小或消除地基胀缩对建筑物的危害，常用的方法有换土垫层、土性改良、深基础等。换土应采用非膨胀性黏土、砂石或灰土等材料，厚度应通过变形计算确定，垫层宽度应大于基底宽度。土性改良可通过在膨胀土中掺入一定量的石灰来提高土的强度。也可采用压力灌浆将石灰浆液灌注入膨胀土的裂缝中起加固作用。当大气影响深度较深，膨胀土层较厚，选用地基加固或墩式基础施工困难时，可选用桩基础穿越。桩基础应穿过膨胀土层，使桩尖进入非膨胀土层或伸入大气影响急剧层以下一定的深度。

    2)施工措施

    在施工中应尽量减少地基中含水量的变化。基槽开挖施工宜分段快速作业，避免基坑岩土体受到暴晒或浸泡。雨季施工应采取防水措施。当基槽开挖接近基底设计标高时，宜预留150~300mm厚土层，待下一工序开始前挖除；基槽验槽后应及时封闭坑底和坑壁；基坑施工完毕后，应及时分层回填夯实。

    由于膨胀土坡地具有多向失水性和不稳定性，坡地建筑比平坦场地的破坏严重，故应尽量避免在坡坎上建筑。若无法避开，首先应采取排水措施，设置支挡和护坡进行治坡，整治环境，再开始兴建建筑。

9.5　冻土地基

    在寒冷季节温度低于零摄氏度，土中水冻结成冰，此时土称为冻土。冻土根据其冻融情况分为季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。季节性冻土是指冬季冻结夏季全部融化的冻土；若冬季冻结，一两年内不融化的土称为隔年冻土；凡冻结状态持续三年或以上的土称为多年冻土。多年冻土的表土层，有时夏季融化，冬季再结冰，也属于季节性冻土。随着土中水的冻结，土体产生体积膨胀，即冻胀现象。土发生冻胀的原因是因为冻结时土中水分向冻结区迁移和积聚的结果。冻胀会使地基土隆起，使建造在其上的建(构)筑物被抬起，引起开裂、倾斜甚至倒塌，使得路面鼓包、开裂、错缝或折断等。对工程危害最大的是季节性冻土地区，当土层解冻融化后，土层软化，强度大大降低。这种冻融现象又使得房屋、桥梁和涵管等发生大量沉降和不均匀沉降，道路出现翻浆冒泥等危害。因此，冻土的冻融必须引起注意，并采取必要的防治措施。

    我国多年冻土主要分布在青藏高原、天山、阿尔泰山地区和东北大小兴安岭等纬度或海拔较高的严寒地区。东部和西部的一些高山顶部也有分布。多年冻土占我国领土的20%以上，占世界多年冻土面积的10%。

9.5.1　冻土的物理和力学性质

    1)冻土的物理性质

    (1)冻土的总含水量：是指冻土中所有冰和未冻水的总质量与冻土骨架质量之比。即天然温度的冻土试样，在100°～105°下烘至恒重时，失去水的质量与干土的质量之比。

    

    (9-9)

    式中：wi——土中冰的质量与土骨架质量之比(%)；

    ——土中未冻水的质量与土骨架质量之比(%)。

    冻土在负温条件下，仍有一部分水不冻结，称为未冻水。未冻水的含量与土的性质和负温度有关。可按下式计算：

    

    (9-10)

    式中：wp——塑限(%)；

    ——与塑性指数和温度有关的系数。

    (2)冻土的重度：在冻结状态下，保持天然含水量及结构的土单位体积的重量，称为冻土的重度。

    (3)含冰量：衡量冻土中含冰量多少的指标，有质量含冰量、体积含冰量和相对含冰量。

    相对含冰量(i0)是指冻土中冰的质量gi与全部水的质量gw(包括冰和未冰冻水)之比。

    %%

    (9-11)

    质量含冰量(ig)：冻土中冰的质量与冻土中骨架质量gs之比。

    ig=wi

    即

    %

    (9-12)

    体积含冰量(iV)：冻土中冰的体积Vi与冻土总体积V之比。

    %

    (9-13)

    (4)未冻水含量：是指冻土中未冻水的质量与干土的质量之比。对于一定的土，其未冻水含量仅取决于温度条件，而与土的含水量无关。

    2)冻土的力学性质

    土的冻胀作用常以冻胀量、冻胀强度、冻胀力和冻结力等指标来衡量。

    (1)冻土的融化压缩：冻土融化过程中在无外荷作用的情况下，所产生的沉降称为融化下沉(简称融陷),用相对融陷量——融沉系数(亦称融化系数)δ0表示。

    

    (9-14)

    式中：e1、e2——冻土试样融化前后的孔隙比。

    (2)冻胀量：天然地基的冻胀量有两种情况，无地下水源补给和有地下水源补给。对于无地下水源补给的，冻胀量等于在冻结深度H范围内的自由水(w-wp)在冻结时的体积，冻胀量hn可按下式计算：

    

    (9-15)

    式中：w、wp——分别为土的含水量和土的塑限(%)；

    ρs、ρw——分别为土粒和水的密度(g/cm3)。

    对于有地下水源补给的情况，冻胀量与冻胀时间有关，应该根据现场测试确定。

    (3)冻胀强度(冻胀率)：单位冻胀深度的冻胀量称为冻胀强度或冻胀率η。

    %

    (9-16)

    (4)法向和切向冻胀力：地基土冻结时，随着土体的冻胀，作用于基础底面向上的抬起力，称为基础底面的法向冻胀力，简称法向冻胀力。平行向上作用于基础侧表面的抬起力，称为基础侧面的切向冻胀力，简称切向冻胀力。

    基础侧面总的长期冻结力Qd按下式计算：

    

    (9-17)

    式中：Qd——基础侧面总的长期冻结力(kN)；

    Fdi——第i层冻土与基础侧面的接触面积(m2)；

    n——冻土与基础侧面接触的土层数；

    Sd——第i层冻土的冻结力。

    (5)冻结力：冻土与基础表面通过冰晶胶结在一起，这种胶结力称为基础与冻土间的冻结强度，简称冻结力。在实际使用和量测中通常以这种胶结的抗剪强度来衡量。

    (6)冻土的抗剪强度：是指冻土在外力作用下，抵抗剪切滑动的极限强度。而冻土的抗剪强度不仅与外压力有关，而且与土温及荷载作用历时有密切关系。

9.5.2　冻土的融陷性分级与评价

    我国多年冻土地区，建筑物基底融化深度为3m左右，所以将多年冻土融陷性分级评价也按3m考虑。根据计算融陷量及融陷系数δ0对冻土的融陷性可分成5级，见表9-8。

    表9-8　多年冻土按融陷量的划分

    

    表中Ⅰ~Ⅴ级地基土的工程特性如下：

    Ⅰ级——少冰冻土(不融陷土)：为基岩以外最好的地基土，一般建筑物可不考虑冻融问题。

    Ⅱ级——多冰冻土(弱融陷土)：为多年冻土中较良好的地基土，一般可直接作为建筑物的地基，当最大融化深度控制在3m以内时，建筑物均未遭受明显破坏。

    Ⅲ级——富冰冻土(中融陷土)：这类土不但有较大的融陷量和压缩量，而且在冬天回冻时有较大的冻胀性。作为地基，一般应采取专门措施，如深基、保温、防止基底融化等。

    Ⅳ级——饱冰冻土(强融陷土)：作为天然地基，由于融陷量大，常造成建筑物的严重破坏。这类土作为建筑地基，原则上不允许发生融化，宜采用保持冻结原则设计，或采用桩基、架空基础等。

    Ⅴ级——含土冰层(极融陷土)：这类土含有大量的冰，当直接作为地基时，发生融化，将产生严重融陷，造成建筑物极大破坏。这类土如受长期荷载将产生流变作用，所以作为地基应专门处理。

    对于Ⅰ—Ⅴ级的具体划分标准见表9-9。

    表9-9　多年冻土融陷性分级

    

    续表9-9

    

    注：①wp为塑限。

    ②碎石土及砂土的总含水量界限为该两类土的中间值，含粉类、黏粒少的粗颗粒土比表列数字小；细砂、粉砂比表列数字大。

    ③黏性土、粉土总含水量界限中的+7、+15、+35为不同类型黏性土的中间值，黏土比该值大。

9.5.3　冻土岩土工程地质评价与地基处理

    季节性冻土地基对不冻胀土的基础可不考虑冻深的影响；对冻胀土基础面可放在有效冻深之内的任一位置，但其埋深必须按规范规定进行冻胀力作用下基础的稳定性计算。若不满足，应重新调整基础尺寸和埋置深度，或采取减小或消除冻胀力的措施。

    多年冻土的岩土工程评价应符合下列要求：

    (1)多年冻土的地基承载力，应区别保持冻结地基和容许融化地基，结合当地经验用荷载试验或其他原位测试方法综合确定，可根据邻近工程经验确定。

    (2)多年冻土场地的选择，对于重要的(一、二级)建筑物的场地，应尽量避开饱冰冻土、含土冰层地段和冰锥、冰丘、热融湖、厚层地下冰、融区与多年冻土区之间的过渡带。宜选择坚硬岩层、少冰冻土及多冰冻土地段；地下水位(多年冻土层上)低的干燥地段；地形平缓的高地。

    采用强夯法处理可消除土的部分冻胀性。多年冻土地基基础最小埋置深度应比季节设计融深大1～2m，视建筑物等级而定。季节性冻土地基常采用浅基础、桩基础。多年冻土地基常采用通风基础、热泵基础，也釆用桩基础，视具体情况而定。

9.6　红黏土地基

9.6.1　红黏土的形成与分布

    炎热湿润气候条件下的石灰岩、白云岩等碳酸盐系出露区的岩石在长期的成土化学风化作用(红土化作用)下，形成的高塑性黏土物质，其液限一般大于50%，一般呈褐红、棕红、紫红和黄褐色等色，称为红黏土。具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育等特征。通常堆积在山坡、山麓、盆地或洼地中，主要为残积、坡积类型。常为岩溶地区的覆盖层，因受基岩起伏影响，厚度变化较大。

    若红黏土层受间歇性水流冲蚀，被搬运至低洼处，沉积形成新土层，且液限大于45%者称为次生红黏土，它仍保留红黏土的基本特征。

    红黏土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件。

    (1)气候条件：气候变化大，年降水量大于蒸发量，因而气候潮湿，容易产生风化，风化的结果便形成红黏土。

    (2)岩性条件：主要为碳酸盐类岩石。当岩层褶皱发育、岩石破碎，风化后形成红黏土。

    红黏土主要分布在我国长江以南(即北纬33°以南)的地区。西起云贵高原，经四川盆地南缘，鄂西、湘西、广西向东延伸到粤北、湘南、皖南、浙西等丘陵山地。

9.6.2　红黏土的工程特性

    1)矿物化学成分

    红黏土的矿物成分主要为石英和高岭石(或伊利石)，化学成分以SiO2、Fe2O3、Al2O3为主。土中基本结构单元除静电引力和吸附水膜连接外，还有铁质胶结，使土体具有较高的连接强度，抑制土粒扩散层厚度和晶格扩展，在自然条件下具有较好的水稳性。由于红黏土分布区气候潮湿多雨，含水量远高于缩限，在自然条件下失水，土粒结合水膜减薄，颗粒距离缩小，使红黏土具有明显的收缩性和裂隙发育等特征。

    2)物理力学性质

    红黏土中较高的黏土颗粒含量(55%～70%),使其具有高分散性和较大的孔隙比(e=1.1～1.7)。红黏土常处于饱和状态(Sr>85%)，它的天然含水量(w=30%～60%)几乎与塑限相等，但液性指数较小(-0.1～0.4)，这说明红黏土以含结合水为主。因此，红黏土的含水量虽高，但土体一般仍处于硬塑或坚硬状态。压缩系数a=0.1～0.4MPa-1，变形模量E0=10～30MPa，固结快剪试验的内摩擦角φ=8°～18°，黏聚力c=40～90kPa，红黏土具有较高的强度和较低的压缩性。原状红黏土浸水后膨胀量很小，失水后收缩剧烈。

    3)不良工程特征

    从土的性质来说，红黏土是较好的建筑物地基，但也存在一些不良工程特征。①有些地区的红黏土具有胀缩性；②厚度分布不均，常因石灰岩表面石芽、溶沟等的存在，其厚度在短距离内相差悬殊(有的1m之间相差竟达8m)；③上硬下软，从地表向下由硬至软明显变化，接近下卧基岩面处，土常呈软塑或流塑状态，土的强度逐渐降低，压缩性逐渐增大；④因地表水和地下水的运动引起的冲蚀和潜蚀作用，岩溶现象一般较为发育，在隐伏岩溶上的红黏土层常有土洞存在，影响场地稳定性。

9.6.3　红黏土地区的岩溶和土洞

    由于红黏土的成土母岩为碳酸盐系岩石，这类基岩在水的作用下，岩溶发育，上覆红黏土层在地表水和地下水作用下常形成土洞。实际上，红黏土与岩溶、土洞之间有不可分割的联系，它们的存在可能严重影响建筑场地的稳定，并且造成地基的不均匀性。其不良影响如下：

    (1)溶洞顶板塌落造成地基失稳，尤其是一些浅埋、扁平状、跨度大的洞体，其顶板岩体受数组结构面切割，在自然或人为的作用下，有可能塌落造成地基的局部破坏。

    (2)土洞塌落形成场地坍陷。实践表明，土洞对建筑物的影响远大于岩溶，其主要原因是土洞埋藏浅、分布密、发育快、顶板强度低，因而危害也大。有时在建筑施工阶段还未出现土洞，只是由于新建建筑物后改变了地表水和地下水的条件才产生土洞和地表塌陷。

    (3)溶沟、溶槽等低洼岩面处易积水，使土呈软塑至流塑状态。在红黏土分布区，随着深度增加，土的状态可以由坚硬、硬塑变为可塑以致流塑。

    (4)基岩岩面起伏大，常有峰高不等的石芽埋藏于浅层土中，有时外露地表，导致红黏土地基的不均匀性。常见石芽分布区的水平距离只有1m、土层厚度相差可达5m或更多的情况。

    (5)岩溶水的动态变化给施工和建筑物造成不良影响，雨期深部岩溶水通过漏斗、落水洞等竖向通道向地面涌泄，以致场地可能暂时被水淹没。

9.6.4　红黏土地基的评价

    1)地基稳定性评价

    红黏土在天然状态下膨胀量很小，但具有强烈的失水收缩性，土中裂隙发育是红黏土的一大特征。坚硬、硬塑红黏土，在靠近地表部位或边坡地带，红黏土裂隙发育，且呈竖向开口状，这种土单独的土块强度很高，但由于裂隙破坏了土体的连续性和整体性，使土体整体强度降低。当基础浅埋且有较大水平荷载，外侧地面倾斜或有临空面时，要首先考虑地基稳定性问题，土的抗剪强度指标及地基承载力都应作相应的折减。另外，红黏土与岩溶、土洞有不可分割的联系，由于基岩岩溶发育，红黏土常有土洞存在，在土洞强烈发育地段，地表坍陷，严重影响地基稳定性。

    2)地基承载力评价

    由于红黏土具有较高的强度和较低的压缩性，在孔隙比相同时，它的承载力是软黏土的2～3倍，是建筑物良好的地基。它的承载力的确定方法有：现场原位试验，浅层土进行静载荷试验，深层土进行旁压试验；按承载力公式计算，其抗剪强度指标应由三轴试验求得，当使用直剪仪快剪指标时，计算参数应予以修正，对c值一般乘0.6～0.8的系数，对φ值乘0.8～1.0的系数；在现场鉴别土的湿度状态，由经验确定，按相关分析结果，由土的物理指标按有关表格求得。红黏土承载力的评价应在土质单元划分基础上，根据工程性质及已有研究资料选用上述承载力方法综合确定。由于红黏土湿度状态受季节变化，还有地表水体和人为因素影响，在承载力评价时应予充分注意。

    3)地基均匀性评价

    《岩土工程勘察规范》(GB50021—2009)按基底下某一临界深度值z范围内的岩土构成情况，将红黏土地基划分为两类：Ⅰ类(全部由红黏土组成)和Ⅱ类(由红黏土和下覆基岩组成)。对于Ⅰ类红黏土地基，可不考虑地基均匀性问题。对于Ⅱ类红黏土地基，根据其不同情况，设检验段验算其沉降差是否满足要求。临界深度值z可按下列公式计算：

    单独基础　　z=0.003p1+1.5　p1=500～3000kN/m

    条形基础　　z=0.05p2-4.5　p2=100～250kN/m

9.6.5　红黏土地基的工程措施

    在工程建设中，应根据具体情况，充分利用红黏土上硬下软的分布特征，基础尽量浅埋。当红黏土层下部存在局部的软弱下卧层和岩层起伏过大时，应考虑地基不均匀沉降的影响，采取相应的措施。

    红黏土场地还常存在岩溶和土洞，为了清除红黏土中地基存在的石芽、土洞和土层不均匀等不利因素的影响，应采取换土、填洞、加强基础和上部结构整体刚度，或采用桩基和其他深基础等措施。

    红黏土裂隙发育，在建筑物施工或使用期间均应做好防水排水措施，避免水分渗入地基。对于天然土坡和人工开挖的边坡及基槽，应防止破坏坡面植被和自然排水系统，坡面上的裂隙应加填塞，做好地表水、地下水及生产和生活用水的排泄、防渗等措施，保证土体的稳定性。对基岩面起伏大、岩质坚硬的地基，也可采用大直径嵌岩桩和墩基进行处理。

9.7　山区地基

    山区地基覆盖层厚薄不均，下卧基岩面起伏较大，土岩组合地基在山区较为普遍。当地基下卧岩层为可溶性岩层时易出现岩溶发育。土洞是岩溶作用的产物，凡具备土洞发育条件的岩溶地区，一般均有土洞发育。

9.7.1　土岩组合地基

    当建筑地基的主要受力层范围内存在有下卧基岩表面坡度较大、石密布并有出露的地基、大块孤石地基之一时，则属于土岩组合地基。

    1)土岩组合地基的工程特性

    土岩组合地基在山区建设中较为常见，其主要特征是地基在水平和垂直方向具有不均匀性，主要工程特性如下：

    (1)下卧基岩表面坡度较大。若下卧基岩表面坡度较大，其上覆土层厚薄不均，将使地基承载力和压缩性相差悬殊而引起建筑物不均匀沉降，致使建筑物倾斜或土层沿岩面滑动而丧失稳定。如建筑物位于沟谷部位，基岩呈V形，岩石坡度较平缓，上覆土层强度较高时，对中小型建筑物，只需适当加强上部结构刚度，不必作地基处理。若基岩呈八字形倾斜，建筑物极易在两个倾斜面交界处出现裂缝，此时可在倾斜交界处用沉降缝将建筑物分开。

    

    图9-4　石芽密布地基

    (2)石芽密布并有出露的地基。该类地基多系岩溶的结果，我国贵州、广西和云南等省广泛分布。其特点是基岩表面凹凸不平，起伏较大，石芽间多被红黏土充填(图9-4)，即使采用很密集的勘探点，也不易查清岩石起伏变化全貌。其地基变形目前理论上尚无法计算。若充填于石芽间的土强度较高，则地基变形较小；反之，变形较大，有可能使建筑物产生过大的不均匀沉降。

    (3)大块孤石或个别石芽出露地基。地基中夹杂着大块孤石，多出现在山前洪积层中或冰碛层中。该类地基类似于岩层面相背倾斜及个别石芽出露地基，其变形条件最为不利，在软硬交界处极易产生不均匀沉降，造成建筑物开裂。

    2)土岩组合地基的处理

    土岩组合地基的处理，可分为结构措施和地基处理两个方面，两者相互协调与补偿。

    

    图9-5　褥垫构造图

    (1)结构措施。建造在软硬相差比较悬殊的土岩组合地基，若建筑物长度较长或造型复杂，为减小不均匀沉降所造成的危害，宜用沉降缝将建筑物分开。缝宽30～50mm。必要时应加强上部结构的刚度，如加密隔墙、增设圈梁等。

    (2)地基处理。地基处理措施可分为两大类。一类是处理压缩性较高部分的地基，使之适应压缩性较低的地基。如采用桩基础、局部深挖、换填或用梁、板、拱跨越，当石芽稳定可靠时，以石芽作支墩基础等方法。此类处理方法效果较好，但费用较高。另一类是处理压缩性较低部分的地基，使之适应压缩性较高的地基。如在石芽出露部位做褥垫(图9-5)，也能取得良好效果。褥垫可采用炉渣、中砂、土夹石(其中碎石含量占20%～30%)或黏性土等，厚度宜取300～500mm，采用分层夯实。

9.7.2　岩溶

    

    图9-6　岩溶岩层剖面示图

    岩溶或称喀斯特(Karst)，是指可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等受水的长期溶蚀作用而形成溶洞、溶沟、裂隙、暗河、石芽、漏斗、钟乳石等奇特的地区及地下形态的总称(图9-6)。我国岩溶分布较广，尤其是碳酸盐类岩溶，西南、东南地区均有分布，贵州、云南、广西等最为发育。

    1)岩溶发育条件和规律

    岩溶的发育与可溶性岩层、地下水活动、气候、地质构造及地形等因素有关，前两项是形成岩溶的必要条件。若可溶性岩层具有裂隙，能透水，而又具有足够溶解能力和足够流量的水，就可能出现岩溶现象。岩溶的形成必须有地下水的活动，因富含CO2的大气降水和地表水渗入地下后，不断更新水质，维持地下水对可溶性岩层的化学溶解能力，从而加速岩溶的发展。若大气降水丰富，地下水源充沛，岩溶发展就快。此外，地质构造上具有裂隙的背斜顶部和向斜轴部、断层破碎带、岩层接触面和构造断裂带等，地下水流动快，有利于岩溶的发育。地形的起伏直接影响地下水的流速和流向，如地势高差大，地表水和地下水流速大，也将加速岩溶的发育。

    可溶性岩层不同，岩石的性质和形成条件不同，岩溶的发育速度也就不同。一般情况下，石灰岩、泥灰岩、白云岩及大理岩发育较慢。岩盐、石膏及石膏质岩层发育很快，经常存在漏斗、洞穴并发生塌陷现象。岩溶的发育和分布规律主要受岩性、裂隙、断层以及不同可溶性岩层接触面的控制，其分布常具有带状和成层性。当不同岩性的倾斜岩层相互成层时，岩溶在平面上呈带状分布。

    2)岩溶地基稳定性评价和处理措施

    对岩溶地基的评价与处理，是山区工程建设经常遇到的问题，通常，应先查明其发育、分布等情况，作出准确评价，其次是预防与处理。

    首先要了解岩溶的发育规律、分布情况和稳定程度。岩溶对地基稳定性的影响主要表现在：①地基主要受力层范围内若有溶洞、暗河等，在附加荷载或振动作用下，溶洞顶板塌陷，地基出现突然下沉；②溶洞、溶槽、石芽、漏斗等岩溶形态使基岩面起伏较大，或分布有软土，导致地基沉降不均匀；③基岩上基础附近有溶沟、竖向岩溶裂痕、落水洞等，可能使基底沿倾向临空面的软弱结构面产生滑动；④基岩和上覆土层内，因岩溶地区较复杂的水文地质条件，易产生新的工程地质问题，造成地基恶化。

    一般情况下，应尽量避免在上述不稳定的岩溶地区进行工程建设。若一定要利用这些地段作为建筑场地，应结合岩溶的发育情况、工程要求、施工条件、经济与安全的原则，采取必要的防护和处理措施。主要有以下几种：

    (1)清爆换填。适用于处理顶板不稳定的浅埋溶洞地基。即清除覆土，爆开顶板，挖去松软填充物，回填块石、碎石、黏土或毛石混凝土等，并分层密实。对地基岩体内的裂隙，可灌注水泥浆、沥青或黏土浆等。

    (2)梁、板跨越。对于洞壁完整、强度较高而顶板破碎的岩溶地基，宜采用钢筋混凝土梁、板跨越，但支承点必须落在较完整的岩面上。

    (3)洞底支撑。适用于处理跨度较大，顶板具有一定厚度，但稳定条件差，若能进入洞内，可用石砌柱、拱或钢筋混凝土柱支撑洞顶。但应查明洞底的稳定性。

    (4)水流排导。地下水宜疏不宜堵，一般宜采用排水隧洞、排水管道等进行疏导，以防止水流通道堵塞，造成动水压力对基坑底板、地坪及道路等的不良影响。

9.7.3　土洞地基

    1)概述

    土洞是岩溶地区上覆土层在地表水冲蚀或地下水潜蚀作用下形成的洞穴(图9-7)。土洞继续发展，逐渐扩大，则引起地表塌陷。

    

    图9-7　土洞剖面示意图

    土洞多位于黏性土层中，砂土和碎石土中少见。其形成和发育与土层的性质、地质构造、水的活动、岩溶的发育等因素有关，且以土层、岩溶的存在和水的活动三因素最为重要。根据地表或地下水的作用可将土洞分为：①地表水形成的土洞，因地表水下渗，内部冲蚀淘空而逐渐形成的土洞；②地下水形成的土洞，若地下水升降频繁或人工降低地下水位，水对松软土产生潜蚀作用，使岩土交界面处形成土洞。

    2)土洞地基的工程措施

    在土洞发育地区进行工程建设，应查明土洞的发育程度和分布规律，土洞和塌陷的形状、大小、深度和密度，以提供建筑场地选择、建筑总平面布置所需的资料。

    建筑场地最好选择于地势较高或最高水位低于基岩面的地段，并避开岩溶强烈发育及基岩面软黏土厚而集中的地段。若地下水位高于基岩面，在建筑施工或使用期间，应注意因人工降水或取水时形成土洞或发生地表塌陷的可能性。

    在建筑物地基范围内有土洞和地表塌陷时，必须认真进行处理。采取如下措施：

    (1)地表、地下水处理。在建筑场地范围内，做好地表水的截流、防渗、堵漏，杜绝地表水渗入，使之停止发育。尤其对地表水引起的土洞和地表塌陷，可起到根治作用。对形成土洞的地下水，若地质条件许可，可采取截流、改道的办法，防止土洞和塌陷的进一步发展。

    (2)挖填夯实。对于浅层土洞，可先挖除软土，然后用块石或毛石混凝土回填。对地下水形成的土洞和塌陷，可挖除软土和抛填块石后做反滤层，面层用黏土夯实。也可用强夯破坏土洞，加固地基，效果良好。

    (3)灌填处理。适用于埋藏深、洞径大的土洞。施工时在洞体范围的顶板上钻两个或多个钻孔，用水冲法将砂、砾石从孔中(直径>100mm)灌入洞内，直至排气孔(小孔，直径50mm)冒砂为止。若洞内有水，灌砂困难时，也可用压力灌注C15的细石混凝土等。

    (4)垫层处理。在基底夯填黏土夹碎石作垫层，以扩散土洞顶板的附加压力，碎石骨架还可降低垫层沉降量，增加垫层强度，碎石之间以黏性土充填，可避免地表水下渗。

    (5)梁板跨越。若土洞发育剧烈，可用梁、板跨越土洞，以支承上部建筑物，但需考虑洞旁土体的承载力和稳定性；若土洞直径较小，土层稳定性较好时，也可只在洞顶上部用钢筋混凝土连续板跨越。

    (6)桩基和沉井。对重要建筑物，当土洞较深时，可用桩、沉井或其他深基础穿过覆盖土层，将建筑物荷载传至稳定的岩层上。

9.8　盐渍土地基

9.8.1　盐渍土的形成和分布

    盐渍土系指含有较多易溶盐(含量>0.3%)，且具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性的土。

    盐渍土分布很广，一般分布在地势较低且地下水位较高的地段，如内陆洼地、盐湖和河流两岸的漫滩、低阶地、牛轭湖以及三角洲洼地、山间洼地等。我国西北地区如青海、新疆有大面积的内陆盐渍土，沿海各省则有滨海盐渍土。此外，在俄罗斯、美国、伊拉克、埃及、沙特阿拉伯、阿尔及利亚、印度以及非洲、欧洲等许多国家和地区均有分布。

    盐渍土厚度一般不大，自地表向下约1.5～4.0m，其厚度与地下水埋深、土的毛细作用上升高度以及蒸发作用影响深度(蒸发强度)等有关。其形成受如下因素影响：①干旱半干旱地区，因蒸发量大，降雨量小，毛细作用强，极利于盐分在表面聚集；②内陆盆地因地势低洼，周围封闭，排水不畅，地下水位高，利于水分蒸发盐类聚集；③农田洗盐、压盐、灌溉退水、渠道渗漏等进入某土层也将促使盐渍化。

9.8.2　盐渍土的工程特征

    影响盐渍土基本性质的主要因素是土中易溶盐的含量。土中易溶盐主要有氯化物盐类、硫酸盐类和碳酸盐类三种。

    (1)氯盐渍土。氯盐渍土分布最广，地表常有盐霜与盐壳特征。因氯盐类富吸湿性，结晶时体积不膨胀，具脱水作用，故土的最佳含水量低，且长期维持在最佳含水量附近，使土易于压实。氯盐含量愈大，则土的液限、塑限、塑性指数及可塑性愈低，强度愈高。此外，含有氯盐的土，一般天然孔隙比较低，密度较高，并具有一定的腐蚀性。当氯盐含量大于4%时，将对混凝土、钢铁、木材、砖等建筑材料具有不同程度的腐蚀性。

    (2)硫酸盐渍土。硫酸盐渍土分布较广，地表常覆盖一层松软的粉状、雪状盐晶。随硫酸盐(Na2SO4)含量增大，体积变大，且随温度升降变化而胀缩，如此不断循环，使土体松胀。松胀现象一般出现在地表以下0.3m处左右。由于硫酸盐渍土具有松胀和膨胀性，与氯盐渍土相比，其总含盐量对土的强度影响恰好相反，随总含盐量的增加而降低。当总含盐量约为12%时，可使强度降低到不含盐时的一半左右。此外，硫酸盐渍土具有较强的腐蚀性，当硫酸盐含量超过1%时，对混凝土产生有害影响，对其他建筑材料也具有不同程度的腐蚀作用。

    (3)碳酸盐渍土。碳酸盐渍土中存在大量的吸附性钠离子,其与土中胶体颗粒互相作用,形成结合水膜,使土颗粒间的粘聚力减弱,土体体积增大,遇水时产生强烈膨胀,使土的透水性减弱,密度减小,导致地基稳定性及强度降低,边坡塌滑等。当碳酸盐渍土中Na2CO3含量超过0.5%时，即产生明显膨胀，密度随之降低，其液塑限也随含盐量增高而增高。此外，碳酸盐渍土中的Na2CO3、NaHCO3能加强土的亲水性，使沥青乳化，对各种建筑材料存在不同程度的腐蚀性。

9.8.3　盐渍土地基的溶陷性、盐胀性和腐蚀性

    对盐渍土地基的评价，主要考虑三个方面。

    (1)溶陷性。天然状态的盐渍土在自重应力或附加应力下，受水浸湿时所产生的附加变形称作盐渍土的溶陷变形。大量研究表明，只有干燥和稍湿的盐渍土才具有溶陷性，且大多为自重溶陷。盐渍土的溶陷性可以用单一的有荷载作用时的溶陷系数δ来衡量，δ的测定与黄土的湿陷系数相似，由室内压缩试验确定：

    

    (9-18)

    式中：hp——原状土样在压力p作用下，沉降稳定后的高度(mm)；

    ——上述加压稳定后的土样，经浸水溶滤下沉稳定后的高度(mm)；

    h0——土样的原始高度(mm)。

    溶陷系数也可以通过现场试验确定：

    

    (9-19)

    式中：Δs——荷载板压力为p时，盐渍土浸水后的溶陷量(mm)；

    h——荷载板下盐渍土的湿润深度(mm)。

    当δ≥0.01时可判定为溶陷性盐渍土；δ<0.01时则判定为非溶陷性盐渍土。

    实践表明：干燥和稍湿的盐渍土才具有溶陷性，且盐渍土大多为自重溶陷。

    (2)盐胀性。盐渍土地基的盐胀性一般可分为两类，即结晶膨胀和非结晶膨胀。结晶膨胀是盐渍土因温度降低或失去水分后，溶于孔隙水中的盐浓缩并析出结晶所产生的体积膨胀。当土中的硫酸钠含量超过某一定值(约2%)，在低温或含水量下降时，硫酸钠发生结晶膨胀，对于无上覆压力的地面或路基，膨胀高度可达数十毫米至几百毫米，这成了盐渍土地区的一个严重的工程问题。

    非结晶膨胀是指盐渍土中存在大量吸附性阳离子，特别是低价的水化阳离子与黏土胶粒相互作用，使扩散层水膜厚度增大而引起土体膨胀。最具代表性的是硫酸盐渍土，含水量增加时，土质泥泞不堪。

    (3)腐蚀性。盐渍土的腐蚀性是一个十分复杂的问题。盐渍土中含有大量的无机盐，它使土具有明显的腐蚀性，从而对建筑物基础和地下设施构成一种严重的腐蚀环境，影响其耐久性和安全使用。盐渍土中的氯盐是易溶盐，在水溶液中全部离解为阴、阳离子，属于电解质，具有很强的腐蚀作用，对于金属类的管线、设备以及混凝土中的钢筋等都会造成严重损坏。盐渍土中的硫酸盐，主要是指钠盐、镁盐和钙盐，这些都属于易溶盐和中溶盐；硫酸盐对水泥、黏土制品等腐蚀非常严重。

9.8.4　盐渍土的工程评价及防护措施

    盐渍土的岩土工程评价应包括下列内容：

    (1)根据地区的气象、水文、地形、地貌、场地积水、地下水位、管道渗漏、地下洞室等环境条件变化，并对场地建筑适宜性作出评价。

    (2)评价岩土中含盐类型、含盐量及主要含盐矿物对岩土工程性能的影响。

    (3)盐渍土地基的承载力宜采用载荷试验确定，当采用其他原位测试方法，如标准贯入静(动)力触探及旁压试验等时，应与荷载试验结果进行对比。盐渍岩地基承载力可按《地基规范》软质岩石的小值确定，并应考虑盐渍岩的水溶性影响。

    (4)盐渍岩边坡的坡度宜比非盐渍岩的软质岩石边坡适当放缓，对软弱夹层、破碎带及中、强风化带应部分或全部加以防护。

    (5)盐渍土的含盐类型、含盐量及主要含盐矿物对金属及非金属建筑材料的腐蚀性评价。此外，对具有松胀性及湿陷性盐渍土评价时，尚应按照有关膨胀土及湿陷性土等专业规范的规定，作出相应评价。

思考题与习题

    1．何谓软土地基？其有何特征？在工程中应注意采取哪些措施？

    2．何谓湿陷性黄土、自重湿陷性黄土与非自重湿陷性黄土？

    3．影响黄土湿陷性的因素有哪些？工程中如何判定黄土地基的湿陷等级，并应采取哪些工程措施？

    4．某黄土试样原始高度20mm，加压至200kPa，下沉稳定后的土样高度为19.40mm；然后浸水，下沉稳定后的高度为19.25mm。试判断该土是否为湿陷性黄土。

    5．山西地区某建筑物场地，工程勘察时每1m取一土样，测得各土样的自重湿陷性系数指标δzs和湿陷性系数δs。如下表所示，试判定场地的湿陷类型和地基的湿陷等级。

    

    注：打*者为δzs或δs<0.015,属非湿陷性土层。

    6.膨胀土具有哪些工程特征？影响膨胀土胀缩变形的主要因素有哪些？

    7.什么是自由膨胀率？如何评价膨胀土地基的胀缩等级？

    8.某膨胀土地基试样原始体积V0=10mL，膨胀稳定后的体积Vw=15mL，该土样原始高度h0=20mm，在压力100kPa作用下膨胀稳定后的高度hw=21mm。试计算该土样的自由膨胀率δef和膨胀率δep，并确定其膨胀潜势。

    9.何谓季节性冻土和多年冻土地基？工程上如何划分和处理？

    10.简述冻土地基的冻胀机理。

    11.多年冻土总含水量w0=30%的粉土，冻土试样融化前后的孔隙比分别为0.94和0.78，其融陷类别为多少？

    12.什么是红黏土？红黏土地基有何工程特点？

    13.何谓土岩组合地基？其有何工程特点及相应的工程处理措施？

    14.岩溶和土洞各有什么特点？在这些地区进行工程建设时应采取哪些工程措施？

    15.什么是盐渍土地基？其具有哪些工程特征？