西安地區(qū)土質(zhì)分析

1、一、西安土質(zhì)為黃土（沙質(zhì)），屬于濕陷性黃土。濕陷性黃土的主要特征為黃色為主要色調(diào)，含鹽量較大，粉土顆粒含量較多，具有大孔性，在天然剖面上有垂直節(jié)理。土質(zhì)穩(wěn)定性好，再?zèng)]有遇到水的情況下，土質(zhì)堅(jiān)硬。受水浸濕容易濕陷，使建筑物大幅度沉降、傾斜而影響其安全和正常使用。濕陷性黃土是指黃土在一定壓力作用下， 受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著的濕陷變形，強(qiáng)度也隨之降低。這種黃土一般來說質(zhì)地均勻，屬大孔隙土，具有中、高壓縮性，在天然含水情況下，受荷載作用即產(chǎn)生壓縮變形，可自重或非自重濕陷。自重濕陷性黃土在上覆土層自重應(yīng)力下受水浸濕后，即發(fā)生濕陷；在自重應(yīng)力下受水浸濕后不發(fā)生濕陷，需要在自重應(yīng)力和由外荷載

2、引起的附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕才發(fā)生濕陷的稱為非自重濕陷性黃土。黃土產(chǎn)生濕陷性的原因可以從多個(gè)不同的角度分析，先從它的形狀和構(gòu)成來考慮。濕陷性黃土主要分布在我國的西北地區(qū)，而西北地區(qū)氣候干燥，屬于干旱或半干旱地區(qū)，在其形成初期，季節(jié)性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起來，而長期的干旱又使水分不斷蒸發(fā)。于是土層中的水分散失。水中所含的鹽類，如碳酸鈣，硫酸鈣等，在土粒表面上形成一種膠結(jié)物質(zhì)，它和土粒之間由分子引力形成的水膜共同構(gòu)成一個(gè)膠結(jié)骨架。膠結(jié)骨架起到了阻止土結(jié)構(gòu)在自重應(yīng)力作用下壓密的作用，從而使土中出現(xiàn)了很多肉眼可見的多孔隙結(jié)構(gòu)。這種孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯的強(qiáng)度，在一定條件下具有能保持土的原始基本單

3、元結(jié)構(gòu)而形成不被破壞的能力，由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的存在，使得濕陷性黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和強(qiáng)度特性表現(xiàn)出與其它土類有明顯不同的特點(diǎn)。而且黃土由于膠結(jié)物的凝聚和結(jié)晶作用被牢固地粘結(jié)著，使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在未被破壞軟化時(shí)，常表現(xiàn)出壓縮性低、強(qiáng)度高等特性。但是，當(dāng)這種孔隙結(jié)構(gòu)被水浸濕后。水又溶解了里面的鹽類，也就破壞了膠結(jié)骨架的結(jié)構(gòu)性，使土的強(qiáng)度大大降低，這時(shí)由于上部荷載或自重的作用，土顆粒被擠進(jìn)土結(jié)構(gòu)大孔中，便出現(xiàn)了大量濕陷現(xiàn)象。由于受水浸濕這一特定條件的不確定性， 濕陷性黃土地基的濕陷特性對(duì)建筑物帶來了不同程度的危害性，輕者使工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或下沉，重者使結(jié)構(gòu)物大幅度沉降、傾斜以致影響其安全和使用。對(duì)黃土濕陷性的

4、判別用濕陷系數(shù)值來判定。式中： -土樣的原始高度（m）; -土樣在無側(cè)向膨脹條件下，在規(guī)定試驗(yàn)壓力p的作用下，壓縮穩(wěn)定后的高度（m）; -對(duì)在壓力p作用下的土樣進(jìn)行浸水，到達(dá)濕陷穩(wěn)定后的土樣高度（m）。濕陷系數(shù)為單位厚度的土層，由于浸水在規(guī)定壓力下產(chǎn)生的濕陷量，它表示了土樣所代表黃土層的濕陷程度。我國濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GBJ 25-90）A按照國內(nèi)各地的經(jīng)驗(yàn)采用=0.015作為濕陷性黃土的界限值，0.015的定為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。濕陷性土層的厚度也是用此界限值確定的。一般認(rèn)為<0.3為弱濕陷性黃土，0.03<0.07為中等濕陷性黃土，>0.07為強(qiáng)濕陷性黃

5、土。黃土的濕陷系數(shù)與試驗(yàn)時(shí)所受壓力的大小有關(guān)，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范根據(jù)我國一般建筑物基底土的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力發(fā)生的范圍規(guī)定，在用上述室內(nèi)壓縮試驗(yàn)確定時(shí)，浸水壓力取值作如下規(guī)定：在基礎(chǔ)底面下10m以內(nèi)土層用200kpa;10m一下到非濕陷性黃土層頂面用上覆土層的飽和自重y壓力（當(dāng)大于300kpa時(shí)仍用300kpa）;但當(dāng)基地壓力大于300kpa時(shí)，宜按實(shí)際壓力測(cè)定。濕陷性黃土地基濕陷系數(shù)類型的劃分，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范用計(jì)算自重濕陷量來劃分這兩種濕陷類型的地基，（cm）按下式計(jì)算：式中：-根據(jù)我國建筑經(jīng)驗(yàn)，因各地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)；-第i層地基土樣在壓力值等于上覆土的飽和自重應(yīng)力時(shí)，試驗(yàn)

6、測(cè)定的自重濕陷系數(shù)；-地基中第i層土的厚度； n-計(jì)算總厚度內(nèi)的土層數(shù)。當(dāng)>7cm時(shí)為自重濕陷性黃土地基，7cm時(shí)為非自重濕陷性黃土地基。濕陷性黃土地基濕陷等級(jí)的判別濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范對(duì)地基總濕陷量用下式計(jì)算：式中：-第i層土的濕陷系數(shù)； -第i層土的厚度； -考慮地基土浸水機(jī)率、側(cè)向擠出條件等因素的修正系數(shù)。從樁基設(shè)計(jì)的角度看，濕陷性黃土地層具有如下的工程特點(diǎn)：（1）大孔隙濕陷性黃土往往具有肉眼可見的大孔隙，其孔隙比一般在1.0左右。黃土在自重或一定荷載作用下受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生附加下沉，導(dǎo)致樁身受到負(fù)摩阻力。（2）含水率變化對(duì)承載力的影響 黃土地層中的天然含水率狀態(tài)及其在

7、工程竣工后可能出現(xiàn)的含水率狀態(tài)是評(píng)價(jià)黃土特性特別是地基的抗震性的非常重要的依據(jù)。（3）振陷與濕陷特性已有研究成果表明，黃土可以在兩種情況下發(fā)生類似液化的現(xiàn)象。一種是飽和黃土在靜壓力較低、動(dòng)荷載較大，由動(dòng)荷引起黃土結(jié)構(gòu)的迅速破壞導(dǎo)致孔壓的迅速上升，或者由剩余濕陷變形的迅速發(fā)展而發(fā)生液化現(xiàn)象。另一種是干燥黃土，當(dāng)受較大動(dòng)應(yīng)力的剪揉作用而發(fā)生快速的結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，因黃土的含水率低，粉顆粒彼此散開，并向大孔隙落入。此時(shí)，由于孔隙中的空氣來不及排出，致使在份粒懸落過程的瞬間，土的強(qiáng)度喪失，發(fā)生液化流動(dòng)。（4）負(fù)摩阻力特性。因?yàn)闈裣菪渣S土浸水后，樁側(cè)不但正摩阻力完全消失，還會(huì)由于濕陷過大沉降產(chǎn)生負(fù)摩阻力，該摩

8、阻力將有樁尖土承擔(dān)。已有的試驗(yàn)表明，中性點(diǎn)的位置在浸水過程中經(jīng)歷由淺變深，然后隨著地層的沉降穩(wěn)定而趨于穩(wěn)定的過程。從地基處理技術(shù)出發(fā)，濕陷性黃土地基處理的目的是改善土的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，減少土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的發(fā)生，部分或全部消除它的濕陷性。常用的處理濕陷性黃土地基的方法有灰土墊層、重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、石灰樁、素土樁擠密法、浸水處理，可根據(jù)地基濕陷類型、等級(jí)、結(jié)構(gòu)物要求等條件選用。二、錫林郭勒以草原荒漠化沙地為主。常年風(fēng)速很大，風(fēng)蝕作用很大。對(duì)已修建的公路，風(fēng)力作用于迎風(fēng)面路基，經(jīng)過風(fēng)力的不斷侵蝕，路肩松散的沙土流失，導(dǎo)致路基坍塌和下落。晝夜溫差大，路基路面日夜間溫差的劇烈變化，加速了路面

9、的老化，縮短了路面的壽命。這地區(qū)夏季降水多，冬季寒冷。冬季沙地容易發(fā)生凍脹。發(fā)生凍脹的地區(qū)地下水位埋深在2m以內(nèi)，冬季凍土深一般為1.4-2.0之間。沙區(qū)公路，冬季發(fā)生凍脹，路面龜裂，次年春季因路面吸收陽光多，融化快，而路基深部未消融，引起熱傳導(dǎo)不均，中間積水無法迅速下滲而翻漿，因而每年的凍脹對(duì)公路造成極大損害。衡量?jī)雒浀闹笜?biāo)為凍脹系數(shù)。衡量?jī)雒浀闹笜?biāo)凍脹系數(shù)(或凍脹率) 平均凍脹(在橫斷面方向，路面全寬內(nèi)的平均凍脹值)值，h與相應(yīng)的凍結(jié)深度z的比值，稱為凍脹系數(shù)kf，kf值為綜合反映凍脹性強(qiáng)弱的指標(biāo)。在高地下水位地段，使用強(qiáng)凍脹性土的路基，凍脹系數(shù)可達(dá)0.150.20。凍脹與翻漿是季節(jié)性凍土

10、與多年凍土地區(qū)所特有的公路病害，因而也是路基路面設(shè)計(jì)施工中必須著重考慮的問題。先談風(fēng)積沙。風(fēng)積沙的比表面很大，但無粘性( 內(nèi)聚力基本為零) ，顆粒表面活性低，松散性強(qiáng)，級(jí)配差，保水性差，但水穩(wěn)性好。風(fēng)積沙組成主要為細(xì)沙、 土質(zhì)細(xì)沙或含土細(xì)沙， 主要表現(xiàn)為天然狀態(tài)松散、無黏性、毛細(xì)現(xiàn)象不發(fā)達(dá)等特點(diǎn)。用風(fēng)積砂作為路基填料具有整體穩(wěn)定性好、沉降量小、水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 風(fēng)積沙中的化學(xué)成份以 、 ， 和 C a O為主，其它成份較少。此外，沙中易溶鹽含量很少，屬非鹽漬土類，p H值呈微堿性。風(fēng)積沙擊實(shí)規(guī)律表現(xiàn)為隨著含水量增大，擊實(shí)干密度先下降，再上升( 呈凹曲線) ，最大干密度出現(xiàn)在含水量接近零處或接

11、近飽和處。) 風(fēng)積沙的沉降變形一般在 1 5 S以內(nèi)即完成 ，且不產(chǎn)生徐變， 總沉降量很小 ，屬低壓縮性土，風(fēng)積沙沉降量隨荷載的增加而呈指數(shù)形式變化。風(fēng)積沙的空隙比隨沉降率增加呈線型變化。) 查有關(guān)研究資料表明，風(fēng)積沙共振頻率在2 5 5 5 H z 之間，其值與沙的壓實(shí)度、含水量和厚度等有關(guān)；在其它條件變化不大時(shí)，共振頻率隨壓實(shí)度提高而提高；在壓實(shí)度差別不大時(shí)，不同沙層厚度的共振動(dòng)頻率差異不大；在較小的壓實(shí)度條件下，共振頻率隨含水量增加而有增大的趨勢(shì)，但在含水量達(dá)到 1 3 以后，反而略有下降。松散的風(fēng)積沙，無論含水量大小，均在 3 5 4 5 H z的激振頻率處下沉量最大但最大沉降量一般出

12、現(xiàn)在干沙及含水量飽和時(shí)。且動(dòng)載大小直接影響到壓實(shí)效果， 動(dòng)載大， 則壓實(shí)效果好；反之，動(dòng)載小，則壓實(shí)效果略差。風(fēng)積沙的壓實(shí)，在有關(guān)物理指標(biāo)相近的條件下，取決于風(fēng)積沙的含水量和施工工藝的選擇與控制，在含水量相對(duì)確定的條件下，施工工藝更是影響壓實(shí)度的重要因素。 為了使風(fēng)積沙工程具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定 性，必須對(duì)其進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)以獲得材料的最大干密度和最佳含水量，以此來作為考察風(fēng)積沙性能的重要指標(biāo)。因此，有必要對(duì)風(fēng)積沙的擊實(shí)特性進(jìn)行研究分析。用干振法和飽水振動(dòng)法確定風(fēng)積沙最大干密度。 風(fēng)積沙在西部地區(qū)路用性能很可觀。取沙時(shí)以路基沿線兩側(cè)就近取棄為原則，取沙以沙丘為主，棄沙以沙窩為主。取沙寬度控制在路基兩

13、側(cè)2 0 m范圍內(nèi),并與平整度施工相結(jié)合 ,取沙量較大時(shí)，寬度不超過路基兩側(cè) 5 0 m的范圍。路線兩側(cè)取沙深度與邊坡的防護(hù)相結(jié)合，當(dāng)沙坑深度小于 1 m時(shí),可將路堤邊坡延伸至取沙坑底一并防護(hù);深度大于1m時(shí),在路堤坡腳與取沙坑之間設(shè)置寬度大于 3 m的護(hù)坡道,其外側(cè)邊坡修成緩坡。對(duì)填方高度小于 1 m的流動(dòng)沙丘路段，需先將厚沙丘推平,并進(jìn)行填前碾壓,確保地表面以下 3 0 c m范圍內(nèi)沙層的壓實(shí)度達(dá)到 9 4 的要求。風(fēng)積沙填筑路堤時(shí)，各分層中夾雜的黏土、 樹根等要及時(shí)清除。對(duì)于同時(shí)用風(fēng)積沙和土作填料時(shí)， 應(yīng)避免將風(fēng)積沙和土在同一層 中混合填筑;確需分層 間隔填筑 時(shí)，用土填料累計(jì)壓實(shí)厚度要

14、大于 5 0 c m。這樣可以針對(duì)不同的填料性質(zhì)，采取不同的最大干密度標(biāo)準(zhǔn)以便控制工程質(zhì)量.填挖方作業(yè)時(shí)，盡量以挖作填，減少棄方。對(duì)因施工作業(yè)及取棄沙等造成原地表植被破壞的部分，路基成型且邊坡整理后，采取柴草網(wǎng)格障蔽或黏土壓蓋措施 ，對(duì)新出露的沙面及時(shí)防護(hù)，并撒播草籽，恢復(fù)植被。 此地區(qū)又屬于季節(jié)性凍土地區(qū)，因此從秋季開始會(huì)有凍脹與翻漿現(xiàn)象。凍脹與翻漿是季節(jié)性凍土特有的公路病害，因而也是路基路面設(shè)計(jì)施工中必須著重考慮的問題。使用凍脹性土的路段，當(dāng)有水分供給時(shí)，在冬季負(fù)氣溫作用下，水分連續(xù)向上聚流，在路基上部形成冰夾層、冰透鏡體，導(dǎo)致路面不均勻隆起，使柔性路面開裂、剛性路面錯(cuò)縫或折斷的現(xiàn)象，稱為

15、凍脹。使用凍脹性土的路段，在冬季負(fù)氣溫作用下，水分連續(xù)向上聚流、凍結(jié)成冰，導(dǎo)致春融期間。土基含水過多，強(qiáng)度急劇降低，在行車作用下路面發(fā)生彈簧、裂縫、鼓包、冒泥等現(xiàn)象，稱為翻漿?；喜窟w移的數(shù)量，使凍脹減弱，使翻漿的程度變小。 其形成過程是這樣的：秋季，是路基水的積聚時(shí)期。由于降水或灌溉的影響，地面水下滲，地下水位升高，使路基水分增多。冬季氣溫下降，路基上層的土開始凍結(jié)，路基下部土溫仍較高。水分在土體內(nèi)，由溫度較高處向溫度較低處移動(dòng)，使路基上層水分增多，并凍結(jié)成冰，使路面凍裂或隆起，發(fā)生凍脹。春季或夏季，氣溫逐漸回升，路基上層土首先融化，土基強(qiáng)度很快降低，承載能力降低，在行車作用下形成翻漿。以后

16、天氣漸暖，蒸發(fā)量增大，凍層解凍，路基上層水分下滲，土變干，土基強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，這就是翻漿發(fā)展的全過程。凍脹與翻漿都是在夏、秋季地面水下滲或地下水位升高的基礎(chǔ)上，在冬季負(fù)氣溫的影響下，發(fā)生水分遷移，使路基上層水分增多，并凍結(jié)成冰而形成。凍脹發(fā)生在冬季，是路基上層顯著聚冰的直接反映；翻漿雖發(fā)生在春季，也是在冬季路基上層聚冰的基礎(chǔ)上，化冰時(shí)土基水分過多，強(qiáng)度急劇下降，并經(jīng)行車作用而形成。一般情況下，凍脹大的路段，土基聚冰多。春融期水分多，則翻漿較重；反之，凍脹小路段，土基聚冰少，春融期水分就少，則舊不易翻漿。但有時(shí)凍脹大的路段并不翻漿，這可能是聚冰層位于位于土基下部或路面較厚等緣故：有時(shí)凍脹小的路段反

17、而翻漿，其原因可能是聚冰層雖薄但位于土基上部、聚冰下擠沒有表現(xiàn)為凍脹、路面過薄或結(jié)構(gòu)不合理。公路凍脹與翻漿是多種因素綜合作用的結(jié)果。土質(zhì)、水、溫度與路面是影響凍脹的四個(gè)主要因素，翻漿除這四個(gè)因素影響外，還受行車荷載因素的影響。在上述諸因素中，土質(zhì)、溫度和水是形成凍脹和翻漿的三個(gè)基本條件。 1）土質(zhì)粉性土具有最強(qiáng)的凍脹性，最容易形成翻漿。這種土的毛細(xì)水上升較高祈且快，在負(fù)溫度作用下水分易于遷移，如水源供給充足可形成特別嚴(yán)重的凍脹，在春融時(shí)承載能力急劇下降易于形成翻漿。粘性土的毛細(xì)水上升雖高，但速度慢，只在水源供給充足且凍結(jié)速度緩慢的情況下，才能形成比較嚴(yán)重的凍脹和翻漿。粉性土和粘性土含有較多的腐

18、植質(zhì)和易溶鹽時(shí)，則更易形成凍脹和翻漿。粗粒土在一般情況下不易引起凍脹和翻漿，因其毛細(xì)水上升高度小、聚冰少，且在飽水情況下也能保持一定的強(qiáng)度；但當(dāng)粗粒土中粉粘粒含量超過一定量以后，凍脹性明顯增加，也能形成凍脹和翻漿。 2）水凍脹與翻漿的過程，實(shí)質(zhì)上就是水在路基中遷移，相變的過程。路基附近的地表積水及淺的地下水，能提供充足的水源，是形成凍脹和翻漿的重要條件。秋雨及灌溉會(huì)使路基的含水量增加，使地下水位升高，從而促成凍脹與翻漿的形成。 3）溫度沒有一定的凍結(jié)深度或冰凍指數(shù)（冬季各月每日負(fù)氣溫的總和）是難以形成凍脹和翻漿的，沒有更大的凍結(jié)深度或冰凍指數(shù)是難以形成嚴(yán)重凍脹和翻漿的。而在同樣凍結(jié)深度或冰凍指

19、數(shù)的條件下，凍結(jié)速度和負(fù)溫作用的特點(diǎn)對(duì)凍脹和翻漿的形成有很大影響。例如，在初冬時(shí)氣溫較高或冷暖交替變化，溫度在03-5之間停留時(shí)間較長，凍結(jié)線長時(shí)間停留在土基上部，就會(huì)使大量水分聚流到距地面很近的地方，形成嚴(yán)重的凍脹和翻漿。反之，冬季一開始就很冷，凍結(jié)線下降很快，水分來不及向上遷移，土基上部聚冰少，那么凍脹和翻漿就較輕或不出現(xiàn)。另外，春融期間的氣溫變化及化凍速度對(duì)翻漿也有影響。如春季開始化凍時(shí)，天氣聚暖，土基急劇融化，則會(huì)加重翻漿。如春融期間冷暖交替并伴有雨、雪，也會(huì)使翻漿加重。 4）路面凍脹與翻漿都是通過路面變形破壞而表現(xiàn)出來的。因此，凍脹與翻漿和路面是密切相關(guān)的。路面類型對(duì)凍脹與翻漿有影響

20、。如在比較潮濕的土基上鋪筑瀝青路面后，由于瀝青路面透氣性較差，路基中的水分不能通暢地從表面蒸發(fā)，可能導(dǎo)致聚冰增加，凍脹量增大，以致出現(xiàn)翻漿。路面厚度對(duì)凍脹與翻漿也有影響，路面厚度大時(shí)可減輕凍脹，可減輕或避免翻漿。 5）行車荷載 公路翻漿是通過行車荷載的作用最后形成和暴露出來的。雖然路基有聚水、有凍脹，春融時(shí)含水過多，但無行車荷載作用，是不可能產(chǎn)生翻漿的。當(dāng)其它條件相同時(shí)，在翻漿季節(jié)，交通量愈大，車輛愈重，則翻漿也會(huì)愈多、愈嚴(yán)重。凍脹率是巖土凍結(jié)前后體積之差與之差與凍結(jié)前體積之比。以百分?jǐn)?shù)表示。一般以土試樣凍結(jié)前后的高度差(Ah)與凍結(jié)前試樣高度(h)之比表示。防治凍脹與翻漿的工程措施 1. 做好路基排水 重視排水溝渠的設(shè)計(jì)，使排水溝渠與橋涵組成一個(gè)完整通暢的排水系統(tǒng)。為降低路基附近的地下水位，可采用有管滲溝：為攔截并排除流向路基的地下水，可采用截水滲溝。 2 提高路基填土高度 提高路基填土高度，增大了路基邊緣至地下水或地面水水位間的距離，從而減少了凍結(jié)過程中水分向路其目的在于防止水分進(jìn)入路基上部，從而起到防治凍脹與翻漿的作用。按使用材料將隔離層分為兩類： 1)透水性隔離層 是用碎石、礫石或粗砂等做成，厚度一般為1020cm，高出地面水20cm以上；為防止淤塞，應(yīng)在隔離層上面和下面設(shè)置防淤層。 2)不透水性隔離層 又可分為不封閉式(隔斷毛細(xì)水)