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地基基础处理技术第二章6红粘土

发布日期:2019-07-01 17:37   来源:未知   阅读:

  地基基础处理技术第二章6红粘土_建筑/土木_工程科技_专业资料。地基基础处理技术第二章

  第六节 红粘土 一、 红粘土的形成和分布 (一)红粘土的定义与形成条件 1.红粘土的定义:碳酸盐岩系出露区的岩石,经红土化作用形成的棕红或褐 黄等色的高塑性粘土称为原生红粘土。其液限一般大于或等于 50%,上硬下软, 具明显的收缩性,裂隙发育。 经再搬运、 沉积后仍保留红粘土基本特征, 液限大于 45%的粘土称为次生红粘 土。 2.红粘土的形成,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,有利 于岩石的机械风化和化学风化,风化的结果便形成红粘土。 (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,易于 风化时,更易形成红粘土。 (二)红粘土的分布规律 红粘土主要为残积、坡积类型,因而其分布多在山区或丘陵地带。这种受形 成条件所控制的土, 为一种区域性的特殊性土。 在我国以贵州、 云南、 广西省(区) 分布最为广泛和典型,其次在安徽、川东、粤北、鄂西和湘西也有分布。一般分 布在山坡、山麓、盆地或洼地中。其厚度的变化与原始地形和下伏基岩面的起伏 变化密切相关,分布在盆地或洼地时,其厚度变化大体是边缘较薄,向中间逐渐 增厚;分布在基岩面或风化面上时,则取决于基岩起伏和风化层深度。当下伏基 岩的溶沟、 溶槽、 石芽等较发育时, 上覆红粘土的厚度变化极大, 常有咫尺之隔, 竟相差 10rn 之多;就地区论,贵州的红粘土厚度约 3~6m,超过 l0m 者较少,云 南地区一般为 7~8m,个别地段可达 10~20m;湘西、鄂西、广西等地一般在 10m 左右。 二、红粘土的工程地质特征 (一)红粘土的物理力学性质 1.红粘土物理力学指标的经验值 红粘土的物理力学指标的经验值见表 2-6-1。 红粘土物理力学性质的经验值 指标 粒组含量 粒径(mm) 0.005~0.002 一般值 10~20 饱 和 度 Sr(%) 一般值 95 压缩模量 ES(MPa) 一般值 6~16 粒径(mm) 0.002 40~70 孔隙比 e 1.1~1.7 变形模量 E0(MPa) 10~30 土的天然 含水量 w(%) 30~60 液限 wL (%) 60~110 自由膨胀 率 eF.S(%) 25~69 27~40 塑限 wP (%) 30~60 膨胀率 ePS (%) 0.1~2.1 16.5~18.5 塑性指数 IP 25~50 膨胀压力 PP(kPa) 14~31 13.8~14.9 液性指数 IL -0.1~0.4 体 缩 率 eS(%) 7~22 0.5~0.75 线 缩 率 eSL(%) 2.5~8.0 2.76~2.90 含水比 αw 最优含水 量 wop(%) 表 2-6-1 土的重度 γ(kN/m ) 3 最大干重度 γdmax(kN/m ) 3 比重 G 指标 指标 指标 三轴剪切 内摩擦角 φ(?) 粘聚力 c(kPa) 50~160 无侧限抗 压强度 qu(kPa) 200~400 比例界限 p0(kPa) 孔隙渗透 系数 k(cm/sec) 裂隙渗透 系数 k(cm/sec) i*10-5~ i*10 -3 压缩系数 a1-2(MPa-1) 一般值 0~3 160~300 i*10 -8 0.1~0.4 2.红粘土物理力学性质的基本特点 从表 2-6-1 可看出红粘土具有两大特点。一是土的天然含水量、孔隙比、饱和 度以及塑性界限(液限、塑限)很高,但却具有较高的力学强度和较低的压缩性; 二是各种指标的变化幅度很大。红粘土中小于 0.005mm 的粘粒含量为 60~80%, 其中小于 0.002mm 的胶粒占 40~70%,使红粘土具有高分散性。 (二)红粘土的矿物成分 1.红粘土的矿物成分,见表 2-6-2,主要为高岭石、伊利石和绿泥石。粘土矿 物具有稳定的结晶格架、细粒组结成稳固的团粒结构,土体近于两相体且土中水 又多为结合水,这三者是构成红粘土具有良好力学牲能的基本因素。 红粘土的矿物成分 粒组 碎屑 小于 2? 的颗粒 成分(以常见顺序排列) 针铁矿、石英 高岭石、 伊利石、 绿泥石部分土中 还有蒙脱石、云母、多水高岭石、 三水铝矿 表 2-6-2 鉴定方法 目测、偏光显微镜 X 衍射、电子显微镜、差热 (三)红粘土厚度变化与由硬变软的现象 1.厚度变化:这与所处地貌、基岩的岩性与岩溶发育程度有关;在其它因 素相近的条件下,碳酸盐类岩体的岩性决定着岩溶发展程度的差异。石灰岩、 白云岩易于岩溶化,岩体表面起伏剧烈,导致上覆红粘土层厚度变化很大,泥 灰岩、泥质灰岩的岩溶化较弱,故表面较平整,上覆红粘土层的厚度变化也较 小。 2.由硬变弱现象,地层从地表向下由硬变软,相应地,土的强度则逐渐降 低,压缩性逐渐增大。工程实践中,红粘土的软硬程度多以含水比来划分的。 据统计结果,上部坚硬、硬塑状态的土约占红粘土层的 75%以上,厚度一般 都大于 5m,可塑状态的土约占 10~20%,多分布在接近基岩处;软塑、流塑状 态的土小于 10%,位于基岩凹部溶槽内。 (四)红粘土的裂隙性与胀缩性 1.红粘土的裂隙性:在坚硬和硬塑状态的红粘土层由于胀缩作用形成了大 量裂隙。裂隙发育深度一般为 3~4m,已见最深者达 6.0m。裂隙面光滑,有的 带擦痕、 有的被铁锰质浸染。 裂隙的发生和发展速度极快, 在干旱气候条件下, 新挖坡面数日内便可被收缩裂隙切割得支离破碎,使地面水易侵入,土的抗剪 强度降低,常造成边坡变形和失稳。 2.红粘土的胀缩性:有些地区的红粘土具有一定的胀缩性,如贵州的贵阳、 遵义、铜仁;广西的桂林、柳州、来宾、贵县等。这些地区由于红粘土地基的 胀缩变形,致使一些单层(少数为 2~3 层)民用建筑物和少数热工建筑物出现开 裂破坏,其中以广西地区较为严重,贵州地区较轻,有些地区红粘土的胀缩性 很轻微,可不作膨胀土对待。红粘土的胀缩性能表现为以缩为主。即在天然状 态下膨胀量微小,收缩量较大(见表 2-6-1),经收缩后的土试样浸水时,可产生 较大的膨胀量。 (五) 红粘土中的地下水特征 红粘土的透水性微弱,其中的地下水多为裂隙性潜水和上层滞水,它的补 给来源主要是大气降水,基岩岩溶裂隙水和地表水体,水量一般均很小。在地 势低洼地段的土层裂隙中或软塑、流塑状态土层中可见土中水,水量不大,且 不具统一水位。红粘土层中的地下水水质属重碳酸钙型水,对混凝土一般不具 腐蚀性。 (六)红粘土的分类 按土的特性,地质条件等对红粘土的分类应符合下列规定: 1.按成因类型可分为原生红粘土与次生红粘土。 2.按湿度状态,红粘土地区经过相关分析得出含水比 αw 与液性指数 IL 之 间存在如下关系: α w = 0.45I L + 0.55 (2-6-1) 考虑到红粘土的液塑比 Ir 多变化于 1.3~2.3 之间,若用 Ir=1.8 将红粘土 划分为两档,则可按 αw 与液性指数 IL 的下列关系,用 αw 代替 IL 对红粘土的 状态作进一步细分(液塑比:Ir=wL/wp): 当 Ir1.8 时,αw=0.34IL+0.66 (2-6-2) 当 Ir1.8 时,αw=0.49IL+0.51 (2-6-3) 用静力触探的比贯人阻力 ps 与红粘土的强度之间建立了相关系数, 通过强 度的转换,可求出 ps 与 αw 的关系,而用 ps 划分红粘土的软硬状态。 上述用 IL、αw、ps,划分红粘土的软硬状态标准如表 2-6-3。 红粘土按状态分类标准 状态 坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑 液性指数 IL ≤0 0IL≤0.33 0.33IL≤ 0.67 0.67IL≤1.0 1.0 含水比 αw 0.55 0.55αw≤0.70 0.70αw≤0.85 0.85αw≤1.0 1.0 含水比 αw Ir1.8 ≤0.63 0.63~0.75 0.75~0.88 0.88~1.0 1.0 Ir1.8 ≤0.50 0.5~0.67 0.67~0.84 0.84~1.0 1.0 表 2-6-3 比贯入阻力 ps(MPa) ≥2.3 1.3~2.3 0.7~1.3 0.2~0.7 0.2 3. 按土体结构:按土的外观裂隙特征和灵敏度 St 划分为: 致密状(偶见裂隙) St1.2 巨块状(较多裂隙) 1.2≥St0,8 碎块状(富裂隙) St≤0.8 4. 按土的复浸水特性,即以土的界限液塑比 Irˊ及液塑比 Ir 划分为: Ⅰ类:Ir≥Irˊ,收缩后再浸水膨胀量能恢复到原来位置; Ⅱ类:IrIrˊ,收缩后再浸水膨胀量不能恢复到原来位置。 界限液塑比 Irˊ与液限 wL 的相关公式为: I r = 1.4 + 0.0066wL (2-6-4) 5. 按地基均匀性,即按基底下深度为 Z 范围内的地层组成,分为两类: 均匀地基:全部由红粘土组成; 不均匀地基:由红粘土与岩石共同组成。 当 单 独 基 础 的 总 荷 重 p1 为 500~3000kN, 条 形 基 础 每 延 米 荷 载 p2 为 100~250kN/m 时,Z 值(m)可分别按下式确定: 单独基础: 条形基础: Z = η1 p1 + 1.5 Z = η 2 p 2 ? 4.5 (2-6-5) (2-6-6) 式中:η1、η2——系数,η1=0.003m/kN,η2=0.05m2/kN。 三、 红粘土的岩土工程评价 (一)基础埋置深度的确定 利用表层较硬土层作地基持力层:应充分利用红粘土上硬下软的湿度状 态垂向分布特征,基础尽量浅埋。对三级建筑物,当满足持力层承载力 时,即可认为已满足下卧层承载力的要求。 (二)地基均匀性的评价 红粘土的厚度随下卧基岩面起伏而变化,致使红粘土的厚度变化较大, 常引起地基不均匀沉降。不均匀沉降的可能性,按下列条件判定:当相 邻基础的荷载和尺寸相近,凡符合下列条件之一者,可不考虑地基不均 匀对建筑物的影响。 1.对均匀地基,相邻基础底面以下的土层厚度大于表 2-6-4 所列勘探孔深 度时。 2.对不均匀地基,相邻基础底面以下呈坚硬、硬塑状态,厚度均大于表 2-6-5 中所列 h1 值或均小于 h2 值时。 红粘土勘探点深度 单独基础 荷载(kN) 3000 2000 1000 500 勘探孔深度(m) 6.5(4.0) 5.0(3.5) 3.5(2.5) 1.0(0) 250 200 150 100 表 2-6-4 条形基础 每沿米荷载(kN/m) 勘探孔深度(m) 5.0(3.0) 3.5(0.5) 1.5(0) 1.0(0) 注:勘探孔深度从基础底面算起,括号内数值系指地基沉降计算深度内存在软塑土层时应 增加的勘探深度值。 红粘土基底下土层厚度限值 单独基础 荷载(kN) h1 3000 2000 1000 500 3.5 2.5 1. 3 2. 0.6 土层厚度(m) h2 0.8 0.9 1.0 1.1 每延米荷载 (kN/m) 250 200 120 100 条形基础 表 2-6-5 土层厚度(m) h1 2.0 1.5 1.0 0.5 h2 0.9 1.0 1.2 2.0 不均地基的处理,应优先考虑地基处理为主的措施,宜采用改变基宽、调 整相邻地段基底压力、增减基础埋深,使基底下可压缩土厚相对均一。对外 露的石芽,用可压缩材料的褥垫处理,对土层厚度、状态分布不均的地段, 用低压缩的材料作置换处理。 (三) 、地基承载力的评价 红粘土的地基承载力可按表 2-6-6 确定。当考虑红粘土地基承载力设计 值修正时,应区别土的成因,土性(如液塑比 Ir 等)、土体结构特征,并考虑 湿度状态的动态影响等。当基础浅埋,外侧地面倾斜或有临空面或承受较大 水平荷载等情况时,应考虑土体结构及裂隙的存在对承载力的可能影响,以 及开挖面长时间暴露,裂隙发展和复浸水对土质的影响。 红粘土承载力表 土的名 称 红粘土 第二指 标液塑 比 ≤1.7 ≥2.3 次生红粘土 第一指标含水比 0.5 380 280 250 0.6 270 200 190 0.7 210 160 150 0.8 180 130 130 0.9 150 110 110 1.0 140 100 100 表 2-6-6 (四)裂隙和胀缩性的评价 红粘土的网状裂隙及土层的胀缩性,对边坡及地基均有不利影响。评价 时应决定是否按膨胀土地基考虑。若为膨胀土时,对低层、三级建筑物建议 的基础埋深应大于当地大气影响急剧层深度。对炉窑等高温设备基础,应考 虑基底土不均匀收缩变形的影响。开挖明渠,应考虑土体干湿循环以及在有 石芽出露的地段,由于土的收缩形成通道,导致地表水下渗冲蚀形成地面变 形的可能性,并避免把建筑物设置在地裂密集带和深长地裂地段。 (五)土洞的影响 由于下卧基岩岩溶现象发育,因而覆于其上的红粘土层中常有土洞存 在,土洞对建筑物地基的稳定性极为不利。 对土洞、塌陷的处理,各种成因的土洞,都有发育速度快,易引起地面塌 陷的特点,尤其是在土层较薄的地段,严重危及建筑场地和地基的稳定性。 预防土洞塌陷的关键在于“治水” ,如杜绝地表水大量集中下渗,稳定和控 制地下水动态变化等。对于地面塌陷和顶板较薄的土洞的处理,可清除其软 土后用块石、碎石、砂土、粘土自下而上地做反滤层予以处理。对埋藏较深 的土洞,可用梁板跨越或用混凝土灌注土洞及其下的岩溶通道。 (六)人工边坡的评价 对红粘土尤其是对复浸水特性属Ⅰ类的红粘土,人工边坡稳定性评价 时,土的计算参数设计值的确定,应考虑开挖面土体失水收缩裂隙发展及复 浸水使土质软化的不利影响。 (七)地下水的评价 着重研究地下水埋藏、运动条件与土体裂隙特征关系及地表水,上层滞水、 岩溶水之间的连通性,根据赋存于土中宽大裂隙的地下水流分布的不均性、 季节性,评价其对建筑物的影响。 (八)压实填料的评价 当使用红粘土筑路(坝)或作为压实填土地基时,土料应先减水,其最优含 水量、最大干密度按工程要求,由不同功能的击实试验确定,当气候条件难 以控制含水量时,干密度(t/m3)可按下式预估: 1 ρd = (2-6-7) 0.37 + w

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