特殊土对建筑工程的影响

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。

?残积土?残积土?????河流冲积土?冲积土?????无机土?运积土?风积土??风积土土?土???运积土??冰碛土??冰碛土????????有机土(沼泽土)?沼泽土 ???图1 图2①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, 威胁高速公路的行驶安全与畅通。

具体分析归纳，软土地基对路桥的破坏包括以下几个方面：①软土路基强度及稳定性差，当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时，路基会产生局部或整体剪切破坏，造成路堤塌方、失稳及桥台破坏。

②如果施工速度过快，路堤边坡太陡或者地基承载力不足，路堤边坡会滑动变形，造成高路堤软基破坏。

③软土厚薄不同，容易引起横向、纵向的滑移。

④当软土路基收到外部荷载作用下，因其流变性显著，会产生过大的沉降变形，影响道路的正常使用。

⑤软土导致不均匀沉降，会造成路面开裂破坏，桥梁基础、涵洞等结构物与路堤衔接处差异沉降，引起桥头跳车，涵身、通道凹陷、沉降缝拉宽而漏水，路面横坡变缓、积水，从而引起路面损坏，严重时导致整个路基因失去稳定性而遭到破坏，直接影响到交工后公路的使用。

3.4软土地基处理方法根据对软土地基的形成原因以及主要危害的研究，人们逐渐摸索出软土地基的处理措施。

在这里，对几种比较常见的软土地基处理技术进行探讨：3.4.1 反压法处理软土基地利用反压法进行软土地基处理主要是依靠反压土体的重量来改变地基的应力状态和变形条件，有效压制不均匀载荷造成的塑性变形，固结软土地基，提高反压平台下部地基的强度。

采用反压技术处理软土地基时，不仅可以稳定地基，还能够起到防渗作用，同时可以有效改善排水条件相对较好的薄层软土的结构，使其具有较高的强度。

反压法施工简便，材料易得，尤其适用于对变形要求不高的道路工程、水利工程等。

但是，反压法需要面积较大的反压平台，因此占地面积较大，不适用于农耕区等用地受限制的地区。

对于该项技术，最为核心的内容是反压平台的设计，当前我们常采用圆弧滑动法进行设计计算，通过工程实践可以看到它与其他方法相比更符合实际。

3.4.2换土垫层法处理软土地基换土垫层法就是用优质土来替换软土，以确保填土的稳定，减少地基的沉降量。

在填土过程中，要注意应该从中心向两侧分层填充层厚约15cm的优质土，并及时压实。

具体而言，换土垫层法首先要将软土地基浅层的软弱土和不良土挖除，然后分层进行重锤夯实和机械碾压，再用砂石垫层、碎石垫层、干渣垫层、煤粉灰分垫层等回填材料进行填土作业。

与反压技术相比，换土垫层法能够更好地提高地基持力层的承载能力，有效减少地基在负载情况下的沉降量。

换土垫层法适用于处理软土地基2m～3m的浅层软弱土层和低洼区域。

3.4.3 粉体搅拌法处理软土地基粉体搅拌法是通过压缩空气传送水泥或石灰等具有加固特性的粉体材料，使其拌入地基土中，经物理、化学反应形成具有较高强度的粉喷桩。

粉喷桩的桩身质量较好，强度相对较大，能够有效改善土壤，提高软土地基的强度。

由于这种方法不需要掺入较多的固化剂，因而加固土的容重相对大于地基土的容重，如果忽略地基土的附加载荷，则可以认为地基加固后不存在附加载荷。

并且，粉喷桩是干法施工，其所需水量是从地基中吸取的，因此进一步提高了地基的加固效果。

3.4.4 强夯法处理软土地基顾名思义，强夯法就是依靠重达百吨的重锤从数十米的高处自由下落，对软土地基进行反复夯击，强制压密土体，减小压缩特性，提高承载能力，改善地基性能。

从物理学角度看，强夯法主要是将重锤的重力势能转化为强大的冲击能量，瞬间作用于软土地基，使其土体各层次的孔隙进一步被压缩，孔隙水和气体从四周的缝隙中溢出，达到压密和固结土体的作用。

强夯法是一种常用的深层地基处理方法。

3.4.5 排水固结法对于含水量大、压缩型高、透水性差和强度低的沿海及谷底的软土地基，排水固结法则是一种有效的处理方法。

排水固结法是指在地基中打入沙井或塑料排水板，然后在上部采用堆载预压或真空预压，使黏土中的水排出，从而提高土质的固结度及地基承载力。

根据排水和加压系统的不同排水固结法具体又可分为：堆载法、砂井法、袋装砂井法、电渗法、超载预压法、真空堆载联合预压法及真空预压法等。

3.4.6 真空预压法这个方法，在港工方面采用较多，主要用于桥头路堤，在工期紧迫，为了争取时间时不失为一种应急对策，是将不透气的薄膜铺设在需要加固的软基表面的砂垫层上，借助射流泵和埋设在垫层中的管道，将膜下土体间的空气抽出，形成真空，使土体排水而压密，从而可以在短时间内达到地基强度的设计要求。