第十章 区域性地基
具有特殊工程性质的土类叫特殊土。当其作为建筑物地基时，如果不注意这些特性，可能引起事故。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，所以又称之为区域性特殊土。我国区域性特殊土主要有湿陷性黄土、软土、膨胀土、红黏土和多年冻土等。
山区有多种不良地质现象，如滑坡、崩塌、岩溶和土洞等，对建筑物具有直接或潜在威胁。山区建设有时由于平整场地时大量挖方与填方、地表水下渗或其他因素的影响，使斜坡地段地基失去原有稳定性。抗震、防震也是地震区地基基础设计必须考虑的主要问题。
第一节 湿陷性黄土地基
一、黄土的特征
遍布在我国西北等部分地区的黄土是一种颗粒组成以粉粒为主的黄色或褐黄色粉状土。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。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；不发生湿陷，则称为非湿陷性黄土。非湿陷性黄土地基的设计与施工与一般黏性土地基相同。在土自重应力作用下受水浸湿后不发生湿陷称为非自重湿陷性黄土；在土自重应力下浸湿后发生湿陷则为自重湿陷性黄土。
我国的湿陷性黄土，一般呈黄色或褐黄色，粉土粒含量常占土重的60%以上，含有大量的碳酸盐、硫酸盐和氯化物等可溶盐类，天然孔隙比在1左右，一般具有肉眼可见的大孔隙，竖直节理发育，能保持直立的天然边坡。
湿陷性黄土工程地质分区略图可查阅《湿陷性黄土地区建筑规范》(GBJ 25—90)。
二、湿陷发生的原因和影响因素
黄土湿陷的发生是由于各种原因的渗漏或回水使地下水位上升而引起的。受水浸湿是湿陷发生所必须的外界条件。黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。
干旱或半干旱的气候是黄土形成的必要条件。季节性的短期雨水把松散干燥的粉粒粘聚起来，而长期的干旱使土中水分不断蒸发，于是，少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒的接触点处。可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的减少，土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构（图10-1）。黄土结构中零星散布着较大的砂粒。附于砂粒和粗粉粒表面的细粉粒、黏粒、腐殖质胶体以及大量集合于大颗粒接触点处的各种可溶盐和水分子形成了胶结性连接，从而构成了矿物颗粒集合体。周边有几个颗粒包围着的孔隙就是肉眼可见的大孔隙。它可能是植物的根须造成的管状孔隙。
黄土受水侵湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间。于是，结合水联结消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力的综合作用下，其结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间孔隙减少。这就是黄土湿陷现象的内在过程。
图10-1 黄土结构
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。黏粒含量多，并且均匀分布在骨架之间也起了胶结物的作用。这些情况都会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，胶结物多呈现薄膜状分布，骨架颗粒多数彼此直接接触，则结构疏松，强度降低而湿陷性增强。此外，黄土中的盐类，如比较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时，湿陷性减弱，但石膏及易溶盐的含量愈大时，湿陷性增强。黄土的湿陷性还与孔隙比、含水量以及所受压力的大小有关。天然孔隙比愈大，或天然含水量愈小则湿陷性愈强。在天然孔隙比和含水量不变的情况下，随着压力的增大，黄土的湿陷量增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减少。
三、湿陷性黄土地基的评价
（一）湿陷系数
黄土是否具有湿陷性，可以用湿陷系数值来进行判定。湿陷系数是以原状土样，经室内
侵水压缩试验在一定压力下用下式求得：
（10-1）
式中 —保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力p时，下沉稳定后的高度(mm)；
—上述加压稳定后的土样，在侵水作用下，下沉稳定后的高度(mm)；
—土样的初始高度(mm)。
按上述公式计算的湿陷系数：
非湿陷性黄土
湿陷性黄土
《湿陷性黄土地区建筑规范》规定：对自基础底面算起（初步勘查时，自地面下1.5m算起）的10m内土层，该压力应用200KPa，10m以下至非湿陷性土层顶面应用其上覆土的饱和自重压力（当大于300KPa时，仍应用300KPa）。如基底压力大于300KPa时，宜用实际压力判别黄土的湿陷性。
(二)湿陷类型和湿陷等级
1.建筑场地湿陷类型的划分
自重湿陷性黄土在没有外荷载的作用下，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。所以，对于这两种类型的湿陷性黄土地基，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。
2.黄土地基的湿陀等级
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和计算自重湿陷量的大小等因素按表10-1判定。
湿陷性黄土地基的湿陷等级〔cm) 表10-1
其中总湿陷量：
式中 —第i层土的湿陷系数；
—第i层土的厚度；
—考虑地基土侧向挤出和浸水几率等因素的修正系数。
计算自重湿陷量按下式计算：
（10-2）
式中 —第i层土在上覆土的饱和自重应力作用下的湿陷系数，测定和计算同上式的；
n—总计算厚度内湿陷土层的数目；
—因地区土质而异的修正系数。
四、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工程要求，因地制宜地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、强夯、预浸水、化学加固(主要是硅化和碱液加固)、土(灰土)桩挤密(见第九章和有关地基处理专著)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临时性排水、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，建筑物也不致造成严重破坏，或减轻其破坏程度。
在上述措施中，地基处理是主要的工程措施。防水、结构措施的采用，应根据地基处理的程度不同而有所差别。对地基作了处理，消除了全部地基土的湿陷性，就不必再考虑其他措施，若地基处理只消除地基主要部分湿陷量，为了避免湿陷对建筑物危害，还应辅以防水和结构措施。
第二节 膨胀土地基
一、膨胀土的特性
膨胀土一般系指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性的黏性土，它一般强度较高，压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的地基土。但由于具有膨胀和收缩的特性，当利用这种土作为建筑物地基时，对低层轻型的房屋或构筑物带来的危害更大。在膨胀土地区进行建设，要通过勘察工作，对膨胀土作出必要的判断和评价，以便采取相应的设计和施工措施，从而保证房屋和构筑物的安全和正常使用。
(一)膨胀土的特征
膨胀土的黏粒含量一般很高，其中粒径小于0.002mm的胶体颗粒含量一般超过20%。其液限大于40%，塑性指数大于17，且多数在22～35之间。自由膨胀率一般超过40%(红黏土除外)。膨胀土的天然含水量接近或略小于塑限，液性指数常小于零，土的压缩性小，多属低压缩性土。任何黏性土都有胀缩性，问题在于这种特性对房屋安全的影响程度。
(二)膨胀土对建筑物的危害
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，而使房屋破坏，并具有如下特征：
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时而张开和闭合。
发生变形破坏的建筑物，多数为一、二层的砖木结构房屋。因为这类建筑物的重量轻，整体性差，基础埋置较浅，地基土易受外界因素的影响而产生胀缩变形，故极易裂损。
房屋墙面角端的裂缝常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字缝，这是由于山墙的两侧下沉量较中部大的缘故。外纵墙下部出现水平缝，墙体外倾并有水平错动。由于土的胀缩交替变形，还会使墙体出现交叉裂缝。房屋的独立砖柱可能发生水平断裂，并伴随有水平位移和转动。隆起的地坪，多出现纵长裂缝，并常与室外地裂相连。在地裂通过建筑物的地方，建筑物墙体上出现上小下大的坚向或斜向裂缝。
膨胀土边坡极不稳定，易产生浅层滑坡，并引起房屋和构筑物的开裂。
(三)影响膨胀土胀缩变形的主要因素
膨胀土的胀缩变形由土的内在因素所决定，同时受到外部因素的制约。影响土胀缩变形的主要内在因素有：①矿物成分；②微观结构特征；③黏粒的含量；④土的密度和含水量；⑤土的结构强度。影响土胀缩变形的主要外部因素有：①气候条件是首要的因素；②地形地貌等因素。
二、膨胀土地基的勘察与评价
(—)膨胀土的胀缩性指标
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：指研磨成粉末的干燥土样(结构内部无约束力)，浸泡于水中，经允分吸水膨胀后所增加的体积与原土体积的百分比。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，将试样倒人盛有蒸馏水的量筒(容积50mL)内。然后加入凝聚剂并用搅拌器上下均匀搅拌10次。土粒下沉后每隔一定时间读取土样体积数，直至认为膨胀到达稳定为止。自由膨胀率按下式计算：
（10-3）
式中 —试样原有体积(mL)；
—膨胀稳定后测得的试样体积(mL)。
(2)不同压力下的膨胀率：指不同压力作用下，处于侧限条件下的原状土样在侵水后，其单位体积的膨胀量(以百分数表示)。试验时，将原状土置于压缩仪中，按工程实际需要确定对试样施加的最大压力。对试样逐级加荷至最大压力，待下沉稳定后，侵水使其膨胀并测得膨胀稳定值，然后按加荷等级逐级卸荷至零，测定各级压力下膨胀稳定时的土样高度变化值。值按下式计算：
（10-4）
式中 —试验开始时土样的原始高度；
—在侧限条件下土样浸水在压力膨胀稳定后的高度。
(3)线缩率：指土的垂直收缩变形与原始高度之百分比。试验时把土样从环刀中推出后，置于20℃恒温条件下，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)。用下式计算土的线缩率：
（10-5）
(二)膨胀土地基的评价
膨胀土的判别是解决膨胀土地基勘查、设计的首要问题。据我国大多数地区的膨胀土和非膨胀土试验指标的统计分析，认为：土中黏粒成分由亲水矿物成分组成。凡自由膨胀率，一般具有上述膨胀土物理力学特征和建筑物开裂破坏特征，且为缩胀性能较大的黏性土，则应判别为膨胀土。
三、膨胀土地基的工程措施
(一)设计措施
建筑场地的选择：根据工程地质和水文地质条件，建筑物应尽量避免布置在地质条件不良的地段(如浅层滑坡和地裂发育区，以及地质条件不均匀的区域)。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，有组织的排除雨水、地表水、生活和生产废水，防止局部浸水和出现渗漏。
建筑措施：建筑物的体型力求简单，尽量避免平面凹凸曲折和立面高低不一。建筑物不宜过长，必要时可用沉降缝分段隔开。一般无特殊要求的地坪，可用混凝土预制块或其他块料，其下铺砂和炉治渣等垫层。如用现浇混凝土地坪，其下铺块石或碎石等垫层，每3m左右设分格缝。对于有特殊要求的工业地坪，应尽量使地坪与墙体脱开，并填以嵌缝材料。房屋附近不宜种植吸水量和蒸发量大的树木(如桉树)，应根据树木的蒸发能力和当地气候条件合理确定树木与房屋之间的距离。
结构处理：在膨胀土地基上，一般应避免采用砖拱结构和无砂大孔混凝土、无筋中型砌块建造的房屋。为了加强建筑物的整体刚度，可适当设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖腰箍。单独排架结构的工业厂房包括山墙、外墙及内隔墙均采用单独柱基承重，角端部分适当加深，围护墙宜砌在基础粱上，基础梁底与地面应脱空10～15cm。建筑物的角端和内外墙的连接处，必要时可增设水平钢筋。
地基处理：基础埋置深度的选择应考虑膨胀土的胀缩性、膨胀土层埋藏深度和厚度以及大气影响深度等因素。基础不宜设置在季节性干湿变化剧烈的土层内。一般基础的埋深宜超过大气影响深度。当膨胀土位于地表下3m，或地下水位较高时，基础可以浅埋。若膨胀土层不厚，则尽可能将基础埋置在非膨胀土上。膨胀土地区的基础设计，应充分利用地基土的承载力，并采用缩小基底面积、合理选择基底形式等措施，以便增大基底压力，减少地基膨胀变形量。膨胀土地基的承载力，可按《膨胀土规范》有关规定选用。采用垫层时，须将地基中膨胀土全部或部分挖除，用砂、碎石、块石、煤渣、灰土等材料作垫层，而且必须有足够的厚度。当采用垫层作为主要设计措施时，垫层宽度应大于基础宽度，两侧回填相同的材料。如采用深基础，宜选用穿透膨胀土层的桩(墩)基。
(二)施工措施
膨胀土地区的建筑物，应根据设计要求、场地条件和施工季节，作好施工组织设计。在施工中应尽量减少地基中含水量的变化，以便减少土的胀缩变形。建筑场地施工前，应完成场地土方、挡土墙、护坡、防洪沟及排水沟等工程，使排水畅通、边坡稳定。施工用水应妥善管理，防止管网漏水。临时水池、洗料场、搅拌站与建筑物的距离不少于5m。应作好排水措施，防止施工用水流人基槽内。基槽施工宜采取分段快速作业，施工过程中，基槽不应曝晒或浸泡。被水浸湿后的软弱层必须清除。雨期施工应有防水措施。基础施工完毕后，应即将基槽和室内回填土分层夯实。填土可用非膨胀土、弱膨胀土或掺有石灰的膨胀土。地坪面层施工时应尽量减少地基浸水，并宜用覆盖物湿润养护。
第三节 红黏土地基
炎热湿润气候条件下石灰岩、白云岩等碳酸盐岩系的出露区，岩石在长期的成土化学风化作用(又称红土化作用)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，称为红黏土。它常堆积于山麓坡地、丘陵、谷地等处。当原地红黏土层受间歇性水流的冲蚀，红黏土的颗粒被带到低洼处堆积成新的土层，其颜色较未搬运者浅，常含粗颗粒，仍保持红黏土的基本特性，液限大于45%者称次生红黏土。
红黏土的矿物成分以石英和高岭石(或伊利石)为主。土中基本结构单元除静电引力和吸附水膜连结外，还有铁质胶结，使土体具有较高的连接强度，有抑制土粒扩散层厚度和晶格扩展的作用，在自然条件下浸水可表现出较好的水稳性。由于红黏土分布区现今气候仍潮湿多雨，其起始含水量远高于其缩限，在自然条件下失水，使红黏土具有明显的收缩性和裂缝发育等特征。红黏土常为岩溶地区的覆盖层，因受基岩起伏的影响，其厚度不大，但变化颇剧。
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)。常处于饱和状态，它的天然含水量(w＝30%～60%)几乎与塑限相等，但液性指数较小，这说明红黏土中的水以结合水为主。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，而且具有较高的强度和较低的压缩性。在孔隙比相同时，它的承载力约为软黏土的2～3倍。因此，从土的性质来说，红黏土是建筑物较好的地基，但也存在下列一些问题：
(1)有些地区的红黏土受水浸泡后体积膨胀，干燥失水后体积收缩而具有胀缩性。
(2)红黏土厚度分布不均，其厚度与下卧基岩面的状态和风化深度有关。常因石灰岩表面石芽、溶沟等的存在，而使上覆红黏土的厚度在小范围内相差悬殊，造成地基的不均匀性。
(3)红黏土沿深度从上向下含水量增加、土质有由硬至软的明显变化。接近下卧基岩面处，土常呈软塑或流塑状态，其强度低、压缩性较大。
(4)红黏土地区的岩溶现象一般较为发育。由于地面水和地下水的运动引起的冲蚀和潜蚀作用，在隐伏岩溶上的红黏土层常有土洞存在，因而影响场地的稳定性。
红黏土地基的设计及工程措施：
红黏土上部常呈坚硬至硬塑状态，设计时应根据具体情况，充分利用它作为天然地基的持力层。当红黏土层下部存在局部的软弱下卧层或岩层起伏过大时，应考虑地基不均匀沉降的影响，采取相应措施。
红黏土地基，应按它的特殊性质采取相应的处理方法。须注意的是，从地层的角度这种地基具有不均匀的特性，故应按照不均匀地基的处理方法进行处理。为消除红黏土地基中存在的石牙、土洞或土层不均匀等不利因素的影响，应对地基、基础或上部结构采取适当的措施，如换土、填洞、加强基础和上部结构的刚度或采取桩基础等。
施工时，必须做好防水排水措施，避免水分渗透进地基中。基槽开挖后，不得长久暴露使地基干缩开裂或浸水软化，应迅速清理基槽修筑基础，并及时回填夯实。由于红黏土的不均匀性，对于重要建筑物，开挖基槽时，应注意做好施工验槽工作。
对于天然土坡和开挖人工边坡或基槽时，必须注意土体中裂隙发育情况，避免水分渗入引起滑坡或崩塌事故。应防止破坏坡面植被和自然排水系统，土面上的裂隙应填塞，应做好建筑场地的地表水、地下水以及生产和生活用水的排水、防水措施，以保证土体的稳定性。
第四节 山区地基
山区地基的土层比较复杂，与平原地区相比，山区地基具有如下特点：具有滑坡、崩塌、泥石流、岩溶和土洞等特殊不良地质现象；边坡处理困难；建筑场地不均匀，存在不均匀沉降和稳定性问题；地下水问题等。下面介绍岩溶、土洞、滑坡，至于岩土地基、崩塌、泥石流等其他问题可参考相关资料。
一、岩溶
岩溶或称“喀斯特”，它是石灰岩、泥灰岩、白云岩、大理岩、石膏、岩盐层等可溶性岩石受水的化学和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙、暗河、石芽、漏斗、钟乳石等奇特的地面及地下形态的总称。
岩溶地区由于有溶洞、暗河及土洞等的存在，可能造成地面变形和地基陷落，发生水的渗漏和涌水现象，使场地工程地质条件大为恶化。
在岩溶地区，红黏土层常覆盖在基岩表面，其中可能有土洞发育。红黏土与岩溶、土洞三者之间有不可分割的联系。
我国岩溶地区分布很广，其中以黔、桂、川、滇等省最为发育，其余如湘、粤、浙、苏、鲁、晋等省均有规模不同的岩溶。此外，我国西部和西北部，在夹有石膏、岩盐的地层中，发现局部的岩溶。
(一)岩溶发育的条件
岩溶的发育与可溶性岩层、地下水活动、气候条件、地质构造及地形等因素有关，在一般情况下，石灰岩、泥灰岩、白云岩及大理岩中发育较馒。在岩盐、石膏及石膏质岩层中发育较快，经常存在有漏斗、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、断层以及可溶性不同的岩层接触面的控制。其分布常具有带状和成层性。
(二)岩溶地基稳定性评价和处理措施
在岩溶地区首先要了解岩溶的发育规律、分布情况和稳定程度，查明溶洞、暗河、陷穴的界限以及场地有无出现涌水、淹没的可能性，下列地段属于工程地质条件不良或不稳定的地段：①地面石芽、溶沟、溶槽发育，基岩起伏剧烈，其间有软土分布；②有规模较大的线层溶洞、暗河、漏斗、落水洞；③溶洞水流通路堵塞造成涌水时，有可能使场地暂时被淹没。在一般情况下，应避免在上述地区从事建筑，如果一定要利用这些地段作为建筑场地时，应采取必要的防护和处理措施。
如果在不稳定的岩溶地区进行建筑，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，考虑采取如下处理措施：
(1)对个体溶洞与溶蚀裂隙，可采用调整柱距、用钢筋混凝土梁板或桁架跨越的办法。
(2)对浅层洞体，若顶板不稳定，可进行清、爆、挖、填处理，即清除覆土，爆开顶板，挖去软土，用块石、碎石、黏土或毛石混凝土等分层填实。若溶洞的顶板已被破坏，又有沉积物充填，当沉积物为软土时，除了采用前述挖、填处理外，还可根据溶洞和软土的具体条件采用石砌柱、灌注桩、换土或沉井等办法处理。
(3)溶洞大，顶板具有一定厚度，但稳定条件较差，如能进入洞内，为了增加顶板岩体的稳定性，可用石砌柱、拱或用钢筋混凝土柱支撑。
(4)地基岩体内的裂隙，可采用灌注水泥浆、沥青或黏土浆等方法处理。
(5)地下水宜疏不宜堵，在建筑物地基内宜用管道疏导。对建筑物附近排泄地表水的漏斗、落水洞以及建筑范围内的岩溶泉(包括季节性泉)应注意清理和疏导，防止水流通路堵塞，避免场地或地基被水掩没。
二、土洞地基
土洞的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。其中以土层、岩溶的存在和水的活动等三因素最为重要。
在土洞发育的地区进行工程建设时，应查明土洞的发育程度和分布规律，查明土洞和塌陷的形状、大小、深度和密度，以便提供选择建筑场地和进行建筑总平面布置所需的资料。
建筑场地最好选择在地势较高或地下水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上软黏土厚而集中的地段。若地下水位高于基岩面，在建筑施工或建筑物使用期间，应注意由于人工降低地下水位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，常用的措施如下：
(1)地表水和地下水处理：在建筑场地范围内，作好地面水的截流、防渗、堵漏等工作，以便杜绝地表水渗入土层内。这种措施对由地表水引起的土洞和地表塌陷，可起到根治的作用。对形成土洞的地下水，当地质条件许可时，可采用截流、改道的办法，防止土洞和地表塌陷的发展。
(2)挖填处理：这种措施常用于浅层土洞。对地表水形成的土洞和塌陷，应先挖除软土，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。
(3)灌砂处理：灌砂适用于埋藏深、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，其中直径小的(50mm)作为排气孔，直径大的(大于100mm)用来灌砂。灌砂的同时冲水，直到小孔冒砂为止。如果洞内有水，灌砂困难时，可用压力灌注强度等级为C15的细石混凝土，也可灌注水泥或砾石。
(4)垫层处理：在基础底面下夯填黏性土夹碎石作垫层，以提高基底标高，减小土洞顶板的附加压力。这样以碎石为骨架可降低垫层的沉降量并增加垫层的强度，碎石之间有黏性土充填，可避免地表水下渗。
(5)梁板跨越：当土洞发育剧烈，可用梁、板跨越土洞，以支承上部建筑物，采用这种方案时，应注意洞旁土体的承载力和稳定性。
(6)采用桩基或沉井：对重要的建筑物，当土洞较深时，可用桩或沉井穿过覆盖土层，将建筑物的荷载传至稳定的岩层上。
三、滑坡
岩质或土质边坡在一定的地形地貌、地质构造、岩土性质、水文地质等自然条件下，由于地表水及地下水的作用或受地震、爆破、切坡、堆载等因素的影响，斜坡土石体在重力的作用下，失去其原有的稳定状态，沿着斜坡方向向下作长期而缓慢的整体移动。这种现象称为滑坡。有的滑坡开始表现为蠕动变形。但在滑动过程中，如果滑面的抗剪强度降低到一定程度时，滑坡速度会突然增加，可能以每秒钟几米甚至几十米的速度急剧滑落。过去由于对滑坡认识不足，个别工程修建后被滑坡所摧毁，有的被迫迁厂或因整治滑坡而增加巨额投资。因此在山区修建工厂、矿山、铁路、公路以及水利工程时，如何识别和防治滑坡是一个重要的课题。
(一)滑坡的形成条件
引起滑坡的根本原因在于组成斜坡的岩土性质、结构构造和斜坡的外形，这些因素是决定滑坡的发生与否及其类别的内部条件。
(1)自然界中的斜坡是由各种各样的岩石和土体组成的。
(2)斜坡的内部结构，如岩层层面、节理、裂缝以及断层面的倾向和倾角，对滑坡的发育关系很大。这些部位易于风化，抗剪强度低。当它们的倾向与斜坡的坡面的倾向一致时，就容易产生滑坡。
(3)斜坡的坡高、倾角和断面形状对斜坡的稳定性有很大的影响。
影响滑坡的主要外部条件有：①水的作用；②地震作用；③人为因素的影响等。
(二)滑坡的预防
滑坡会危及建筑的安全，斜坡滑落物可能阻塞交通，因此，在山区建设中，对滑坡必须采取预防为主的方针。在勘察、设计、施工和使用各个阶段，都应注意预防滑坡的发生。如果滑坡一旦产生，由于土石体的结构遭到破坏，无论采取何种整治措施，同预防相比，其费用都会增加很多。因此，在建设场区内，必须加强地质勘察工作，认真地对山坡的稳定性进行分析和评价，并可采取下列预防措施以防止滑坡的产生。
(1)场址要选择在山坡稳定的地段，对于稳定性较差、易于滑动或存在古滑坡的地段，一般不应选为建筑场地。
(2)在规划场区时，应避免大挖大填，不使其破坏场地及边坡的稳定性，一般应尽量利用原有地形条件，因地制宜地顺等高线布置建筑物。
(3)为了预防滑坡的产生，必须认真做好建筑场地的排水工作；应尽可能保持场地的自然排水系统，并随时注意维修和加固，防止地表水下渗；山坡植被应尽可能加以保护和培育；在施工过程中，应先做好室外排水工程，防止施工用水到处漫流。
(4)在山坡整体稳定情况下开挖边坡时，如发现有滑动迹象，应避免继续开挖，并尽快采取恢复原边坡平衡的措施。为了预防滑坡，当在地质条件良好、岩土性质比较均匀的地段开挖时，对高度在15m以下的岩石边坡或高度在10m以下的土质边坡，其坡度允许值可按《建筑地基基础设计规范》有关表格确定，但是当：①地下水比较发育，或具有较弱结构面的倾斜地层时；②岩层层面或主要节理面的倾斜方向与边坡的开挖方向相同，且两者走向的夹角小于45°时，边坡的允许坡度应另行设计。
目前整治滑坡常用排水、支挡、减重与反压护坡等项措施。个别情况也可采用通风晾干、电渗排水和化学加固等力法来改善岩土的性质，以达到稳定边坡的目的。由切割坡脚所引起的滑坡，则以支挡为主，辅以排水、减重等措施；由于水的影响所引起的滑坡，则以治水为主，辅以适当的支挡措施。
第五节 地震区的地基基础问题
一、地震的概念
(一)影响震害程度的场地因素
基本烈度是一个较大范围内普遍遭遇到的平均地震烈度。在此范围内各建筑场地所受到的地震影响尚有差别。建筑场地的地质条件(岩性及产状等)、水文地质条件(地下水埋藏深度等)及地形(起伏变化和陡峭程度等)对地震灾害的程度均有显著的影响。在地震区各建筑物受到的地震灾害有很大的差别，宏观地震烈度可能相差1～2度，主要原因在于场地条件不同。因此，建筑场地的选择至关重要。
进行地质勘察、选择场地时。应根据实际需要，按场地的地质、地形、地貌特点划分对建筑有利、不利和危险地段，提供建筑的场地类别及岩土地震稳定性(如滑坡、崩塌等)评价。由坚硬土或开阔平坦、密实均匀的中硬土等组成的地段是有利的；软弱土、可液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层等属于不利地段；至于地震时可能发生滑坡、崩塌地陷、地裂、泥石流等激发震断裂带上可能发生地表位错的部位则是危险地段。对不利地段，基本原则是避开，凡无法避开时，从工程勘察到结构设计都要认真对待。
场地选定后，在考虑建筑物的地震作用、进行结构抗震验算时，就要根据场地上类型和场地覆盖层厚度对场地类型予以确定。
(二)饱和砂土和粉土的震动液化
饱和砂土受到震动后趋于密实，导致孔隙水压力骤然上升，相应地减小了土粒间的有效应力，从而降低了土体的抗剪强度。在周期性的地震荷载作用下，孔隙水压力逐渐累积，甚至可以完全抵消有效应力，使土粒处于悬浮状态，而接近液体的特性，这种现象称为液化。表现的形式近似于流砂，产生的原因在于震动。当某一深度处砂层产生液化，则液化区的超静水压力将迫使水流涌向地表，使上层土体受到自下而上的动水压力。若水头梯度达到了临界值，则上层土体的颗粒间的有效应力也将等于零，构成“间接液化”。
砂土液化的宏观标志是：在地表裂缝中喷水冒砂，地面下陷，建筑物产生巨大沉降和严重倾斜，甚至失稳。例如唐山地震时，液化区喷水高度可达8m，厂房沉降达1m。
《建筑抗震设计规范》规定饱和砂土或粉土，当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响：①对第四纪晚更新世及其以前的土，7度、8度时可判为不液化土；②粉土的黏粒(粒径小于0.005mm)含量百分率，7度、8度、9度分别不小于10、13和16时，可判为不液化土；③采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合规范规定的条件时可不考虑液化影响。当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验或其他已有成熟经验的判别法。采用标准贯入试验时，在地面15m深度范围内的土如符合下列条件，是可液化土：
（10-6）
式中 N—饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)；
—液化判别标准贯入锤击数基准值，烈度为7，近震为6、远震为8；烈度为8，近震为10、远震为12；烈度为9，近震为16；
—饱和土标准贯入点的深度(m)；
—地下水位深度(m)，宜按建筑物使用期内年平均最高水位或近期内最高水位采用；
—黏粒含量百分率，当小于3或为砂类土时，均应采用3。
存在液化土层的地基，还应进一步探明各液化土层的深度和厚度，并应按规范公式计算液化指数，将地基划分为轻微、中等、严重三个液化等级，结合建筑物类别选择抗液化措施。
(三)地震滑坡和地裂
地震导致滑坡的原因，一方面在于地震时边坡滑动时承受了附加惯性力，下滑力加大；另一方面，土体受震趋于密实，孔隙水压力增高，有效应力降低，从而减小阻止滑动的内摩擦力。这两方面因素对边坡稳定都是不利的。地质调查表明：凡发生过地震滑坡的地区，地层中几乎都有夹砂层。黄土中夹有砂层或砂透镜体时，由于砂层震动液化及水分重新分布，抗剪强度将显著降低而引起流滑。在均质黏土内，尚未有过关于地震滑坡的实例。
此外，在地震后，地表往往出现大量裂缝，称为“地裂”。地裂可使铁轨移位、管道扭曲，甚至可拉裂房屋。地裂与地震滑坡引起的地层相对错动有密切关系。例如路堤的边坡滑动后，坡顶下降将引起沿路线方向的纵向地裂。因此，河流两岸、深坑边缘或其他有临空自由面的地带往往地裂较为发育。也有由于砂土液化等原因使地表沉降不均而引起地裂的。
(四)土的震陷
地震时，地面的巨大沉陷称为“震陷”或“震沉”。此现象往往发生在砂性土或淤泥质土中。震陷是一种宏观现象，原因有多种：①松砂经震动后趋于密实而沉缩；②饱和砂土经震动液化后涌向四周洞穴中或从地表裂缝中逸出而引起地面变形；③淤泥质黏土经震动后，结构受到扰动而强度显著降低，产生附加沉降。振动三轴试验表明，振动加速度愈大则震陷量也愈大。为减轻震陷，只能针对不同土质采取相应的密实或加固措施。
二、地基基础抗震设计原则
(一)一般原则
1.选择有利的建筑场地
参照地震烈度区划资料结合地质调查和勘察，查明场地土质条件、地质构造和地形特征，尽量选择有利地段，避开不利地段，而不得在危险地段进行建设。实践证明，在高烈度地区往往可以找到低烈度地段作为建筑场地，反之亦然，不可不慎。
从建筑物的地震反应考虑，建筑物的自震周期应远离地层的卓越周期，以避免共震。为此，除须查明地震烈度外，尚要了解地震波的频率特性。各种建筑物的自振周期可根据理论计算或经验公式确定。地层的卓越周期可根据当地的地震记录加以判断。如经核查有发生共振的可能时，可以改变建筑物与基础的连接方式、建筑材料、结构类型和尺寸，以调整建筑物的基本周期。
2.加强基础和上部结构的整体性
加强基础与上部结构的整体作用可采用的措施有：①对一般砖混结构的防潮层采用防水砂浆代替油毡；②在内外墙下室内地坪标高处加一道连续的闭合地梁；③上部结构采用组合柱时，柱的下端应与地梁牢固连接；④当地基土质较差时，还宜在基底配置构造钢筋。
3.加强基础的防震性能
基础在整个建筑物中一般是刚度比较大的组成部分，又因处于建筑物的最低部位，周围还有土层的限制，因而振幅较小，故基础本身受到的震害总是较轻的。一般认为，如果地基良好，在7～8度烈度下，基础本身强度可不加核算。加强基础的防震性能的目的主要是减轻上部结构的震害。措施如下：①合理加大基础的埋置深度；②正确选样基础类型。
(二)天然地基的抗震验算
天然地基的抗震承载力应按下式计算：
（10-7）
式中 —调整后的地基抗震承载力设计值；
—地基抗震承载力调整系数(表10-2)；
—地基静承载力设计值。
地基抗震承载力调整系数 表10-2
对下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：
(1)砌体房屋、多层内框架砖房、底层框架砖房、水塔；
(2)地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层(指7度、8度和9度时地基静承载力分别小于80kPa、100kPa和120kPa的土层)的一般单层厂房、单层空旷房屋和多层民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房；
(3)7度和8度时，高度不超过100mm的烟囱；
(4)规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。
(三)地基基础抗震措施
1.软弱黏性土
软黏土的承载力较低，地震引起的附加荷载与其经常承受的静荷载相比占有很大比例，往往超过了承载力的安全贮备。此外，软黏土的特点是：在反复荷载作用下，沉降量持续增加；当基底压力达到临塑荷载后，急速增加荷载将引起严重下沉和倾斜。地震对土的作用，正是快速而频繁的加荷过程，因而非常不利。因此，对软黏土地基要合理选择地基的承载力值，基底压力不宜过大，以保证留有足够的安全储备，地基的主要受力层范围内如有软弱黏性土层时，应结合具体情况综合考虑；采用桩基或各种地基处理方法、扩大基础底面积和加设地基梁、加深基础、减轻荷载、增加结构整体性和均衡对称性等。桩基是抗震的良好基础形式，但应补充说明的是，一般竖直桩抵抗地震水平荷载的能力较差，如承载力不够，可加斜桩或加深承台埋深并紧密回填；当地基为成层土时，松、密土层交界面上易于出现错动、为防止钻孔灌注桩开裂，在该处应配置构造钢筋。
2.不均匀地基
不均匀地基包括土质明显不均、有古河道或暗沟通过及半挖半境地带。土质偏弱部分可参照上述软黏土处理原则采取抗震措施。可能出现地震滑坡及地裂部位也可参照本章滑坡防治一节采取措施。鉴于大部分地裂来源于地层错动，单靠加强基础或上部结构是难以奏效的。地裂发生与否的关键是场地四周是否存在临空面。要尽量填平不必要的残存沟渠，在明渠两侧适当设置支挡，或代以排水暗渠；尽量避免在建筑物四周开沟挖坑，以防患于未然。
3.可液化地基
对可液化地基采取的抗液化措施应根据建筑物的重要性、地基的液化等级，结合具体情况综合确定，选择全部或部分消除液化沉陷、基础和上部结构处理等措施，或不采取措施等。
全部消除地基液化沉陷的措施有：采用底端伸入液化深度以下稳定土层的桩基或深基础，以振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等加密法加固(处理至液化深度下界)以及挖除全部液化土层等。
部分消除地基液化沉陷的措施应使处理后的地基液化等级为“轻微”。对单独基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值；处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标堆贯入锤击数实测值大于相应的临界值。
减轻液化影响的基础和上部结构处理，可以综合考虑埋深选择、调整基底尺寸、减小基础偏心、加强基础的整体性和刚度(如采用连系梁、加圈梁、交叉条形基础，筏板或箱形基础等)，以及减轻荷载、增强上部结构刚度和均匀对称性、合理设置沉降缝等。
复习思考题
1.如何划分湿陷性黄土的类型和等级？
2.膨胀土的工程措施有哪些？
3.山区地基有哪些类型？结合本地特点，分析山区地基的处理措施。
4.什么是红黏土？其地基处理应采取哪些措施？
5.地基常见的震害有哪些？如何抗震？
