淺談膨脹土地區房屋建筑的勘察及地基處理

李 蕊

1 概述

膨脹土是指土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。在我國，膨脹土分布較廣，如廣西、云南、湖北、廣東等地均有不同范圍的分布，粘性土的膨脹和收縮如果十分嚴重，就會引起建筑物因地基強度降低和不均勻變形而破壞，土坡崩裂塌滑等危害，因此在膨脹土地區進行建設，要認真調查研究，通過勘查工作，對膨脹土做出必要的判斷和評價，以便采取相應的設計和施工措施，從而保證房屋和構筑物的安全和正常使用。

2 膨脹土的膨脹收縮成因及危害

2.1 膨脹土的膨脹收縮成因

粘性土具有親水性，當浸水膨脹時，因土的外層膨脹量大，土粒間的聯結強度就降低得更多，如果降低到不能承受土本身的自重時，就會崩裂、散開，即崩解，如此由外向里地發展，直到完全崩解。當含水量減少，結合水膜變薄，粒間引力作用增強，土粒相互靠攏，粘性土的體積因而縮小。天然含水量越小，膨脹性越大，反之，則收縮性越大。

2.2 膨脹土的危害

坐落在膨脹土地基上的房屋建筑，隨季節性氣候的變化會反復不斷地產生不均勻的升降，從而使房屋破壞，尤其以單層或低層砌體房屋較為嚴重，危害性很大，并具有如下特征:

1)建筑物的開裂破壞具有地區性成群出現的特點。遇干旱年份裂縫發展更為嚴重，建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。

2)房屋墻面兩端轉角處的裂縫。如外墻出現垂直裂縫，端部斜向裂縫和窗臺下水平裂縫，山墻上的對稱或不對稱的八字形、X形裂縫等。

3)室內地坪和樓板發生縱向隆起開裂，并常與室外地裂相連，在地裂通過建筑物的地方，建筑物墻上出現上小下大的豎向或斜向裂縫。

3 膨脹土的地基勘察評價

3.1 膨脹土的判別

具有下列工程性質特征的場地，且自由膨脹率不小于40%，應判定為膨脹土:

1)裂隙發育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土，在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態。

2)多出露于二級或三級以上階地、山前和盆地邊緣、丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎。

3)常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑(槽)壁易發生坍塌等。

4)建筑物裂隙隨氣候變化而張開和閉合。

3.2 膨脹土的膨脹潛勢

通過上述判別膨脹土以后，需進一步確定膨脹土的強弱程度，不同脹縮性能的膨脹土對建筑物的危害程度將有明顯差別。GBJ 112-87膨脹土地區建筑技術規范按自由膨脹率大小劃分土的膨脹潛勢強弱，以判別土的脹縮性高低，詳見表1。自由膨脹率較小的膨脹土，膨脹潛勢較弱，建筑物損壞輕微;自由膨脹率較高的土，膨脹潛勢較強，則較多的建筑物將遭到嚴重破壞。

表1 膨脹土的膨脹潛勢分類

3.3 膨脹土地基的脹縮等級

根據建筑物地基的脹縮變形對底層砌體結構房屋的影響程度，對膨脹土地基評價時，其脹縮等級按地基分級變形量Sc大小進行劃分，詳見表2。

表2 膨脹土的脹縮等級分類

膨脹土地基的設計，根據地形地貌條件，建筑場地分為平坦場地和坡地場地。地形坡度小于5°或地形坡度大于5°小于14°，距坡肩水平距離大于10 m的坡頂地帶為平坦場地;地形坡度不小于5°或地形坡度雖然小于5°，但同一座建筑物范圍內局部地形高差大于1 m的場地為坡地場地。位于平坦場地的地基，應按脹縮變形量控制設計，位于坡地場地上的建筑物地基，除按脹縮變形量控制設計外，還應進行地基穩定性驗算。

4 膨脹土地基處理的常規方法

在膨脹土地基上進行基礎設計時，應根據氣候條件、地基的脹縮等級、地基的工程地質及水文情況和建筑物的結構類型，合理選定地基處理方案。常規的膨脹土地基處理方法有如下幾種:

1)采用樁基礎，使地基的持力層落在穩定的土層上。2)將膨脹土換成非膨脹土或灰土，從根本上改變土壤的性質，消除其脹縮性。3)基礎埋深不應小于1 m，盡量埋在大氣影響深度以下。4)增強基礎及房屋整體剛度，以對抗膨脹土的膨脹應力，如適當設置鋼筋混凝土圈梁來增加房屋的整體剛度等。5)對地基基礎進行避水處理。

5 膨脹土地基處理實例

德靖鐵路位于廣西省百色市，沿線的鐵路房屋有二十余處，多為單層或低層建筑。工點范圍內母巖為可溶巖地層，分布第四系全新統沖洪積層粘性土為次生紅粘土，其絕大多數具有弱膨脹性，少數工點內的次生紅粘土具有弱～中膨脹性。為了防止膨脹土對地基的不利影響，分別在建筑和結構上采取了措施，對其進行了處理。

沿線房屋膨脹土地區地基處理所采取的措施如下。

5.1 建筑措施

1)根據膨脹土的膨脹潛勢強弱，分別采用了1.2 m和1.5 m的寬散水，散水混凝土面層厚度為100 mm，三七灰土墊層厚為150 mm，散水設置伸縮縫，其間距為3 m，縫寬為20 mm，并與水落管錯開，伸縮縫及散水與外墻的交接縫處均用瀝青砂填實。

2)屋面均采用了有組織的外排水，且要求水落管下端距散水面不大于300 mm，并不得設在沉降縫處。

5.2 結構措施

1)對位于巖溶較發育場地的兩層以上房屋，一般采用樁基礎，使基礎落到含水量較穩定的土層，從而大大減少了對建筑物的危害。如靖西站房綜合樓，局部二層，框架結構，樁基礎，由于該場地表層土不但具有弱膨脹性，而且底下巖層局部巖溶中等～強烈發育，基巖頂板很薄，發生巖溶坍塌可能性較大，經綜合分析，采用了鉆孔灌注樁，基礎穿過有溶洞的巖層，坐在承載力較高弱風化的石灰巖上，從而安全、經濟、有效的處理了兩種不良地質。

2)對于單層或低層砌體房屋，膨脹土地基處理采用的是基底下換填砂石墊層，砂石粒徑不大于50 mm，砂石體積比為6∶4，分層夯實，分層填鋪厚度不大于300 mm，墊層壓實系數大于0.97。如大道站紅外線軸溫探測站，單層，砌體結構，條形基礎，基礎埋深1.5 m，工點范圍內上覆粘土具弱～中等膨脹性，自由膨脹率Fs=43%～83%，經過變形計算，采用2 m厚砂石墊層換填，換填后的地基變形量小于建筑物的地基容許變形量15 mm。

6 結語

膨脹土是影響房屋建筑安全穩定的不良地質，其危害性較大，在房屋設計中應盡量將基礎埋在大氣影響深度以下，或直接坐在非膨脹土層上，避開膨脹土的膨脹應力，否則應采取安全有效的措施對其進行處理，最大限度地減少膨脹土帶來的危害，以確保建筑物的安全使用。

［1］ GBJ 112-87，膨脹土地區建筑技術規范［S］.

［2］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［3］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［4］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規范［S］.

［5］ 劉成宇，陳祿生，趙善銳，等.土力學［M］.第2版.北京:中國鐵道出版社，2004.