膨脹土對建筑危害及地基設(shè)計研究

摘要：膨脹土地基是一種經(jīng)常遇到的特殊地基。膨脹土系指粘粒成分主要由強(qiáng)親水性礦物組成，具有吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土。本文就簡要地淡一下膨脹土地基設(shè)計中的一些問題。

關(guān)鍵詞：膨脹土；建筑地基；設(shè)計

膨脹土地基的特點(diǎn)是吸水就膨脹，失水就收縮，壓縮性低，但因一般強(qiáng)度較高，易被誤認(rèn)為是建筑性能較好的地基土。由于過去對其特性缺乏認(rèn)識，致使數(shù)百萬平方米建筑物產(chǎn)生不同程度開裂破壞，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失?？茖W(xué)試驗(yàn)和工程實(shí)驗(yàn)表明。膨脹土地基并不是不可利用的。

1 膨脹土地基對建筑物的危害及破壞特征

膨脹土地基與一般地基上的建筑物破壞有共同點(diǎn)，即都是由于地基不均勻變形造成開裂破壞。它們又有很大不同。一般地基是由上部結(jié)構(gòu)的不均勻荷載形成地基上的不均勻壓縮變形，造成破壞；而膨脹土的危害，則在于它有很大的縮脹變形，即使上部荷載均勻不變，也會由于地基土的脹縮，造成建筑物的上下升降運(yùn)動。若差異變形過大，便導(dǎo)致建筑物的開裂破壞。因而它有很大的危害性。膨脹土破壞有以下幾個特征：①膨脹土地基上的建筑物，大部分在建成三、五年，甚至一、二十年后才開裂，也有少部分施工期間就開裂的。這主要是受地基七含水量、場地的地形地貌、工期地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、氣候、施工，甚至種植樹木等綜合因素的影響。例如某廠的二層磚木結(jié)構(gòu)房屋，使用多年，情況良好，后來樓上的人每天向外傾倒污水，造成一角嚴(yán)重裂縫；又如某住宅2000年建成，2010年才發(fā)現(xiàn)開裂；又如某廠醫(yī)院，施工用水浸泡墻基，在砌磚過程中墻體開裂；某大樓地梁灑水養(yǎng)護(hù)時墻體開裂破壞。②膨脹土地基遇水膨脹、干旱收縮。墻體裂縫有正八字、倒八字，X縫、水乎縫、局部斜縫等形式。隨著脹縮變形的反復(fù)交替，墻體磚被擠碎或錯位。③在地質(zhì)條件大致相同的條件下，房屋開裂破壞以一、二層房屋較多，多層房屋開裂較少、較輕。④房屋破壞的部位一般在外墻及內(nèi)外墻交接處，內(nèi)墻開裂較輕或不開裂。⑤室內(nèi)地坪開裂較普遍，特別是空曠的房屋或外廊式房屋的地坪易出現(xiàn)縱向裂縫。

2 膨脹土地基上建筑物破壞的主要因素

地基土的脹縮大小及其分布的均勻程度，是使建筑物產(chǎn)生升降變形的內(nèi)因，它直接影響并決定建筑物的破壞程度。某建筑群中的三棟二層住宅樓(二號、五號、六號樓)，是1998年至1999年用同一施工圖建成的，都是磚混結(jié)構(gòu)，毛石基礎(chǔ)，埋深1.lm。但是五號、六號樓下基土縮脹較大，且不均勻，先后于2005年、2010年出現(xiàn)裂縫。五號樓墻面裂縫寬240mm，最大沉降達(dá)342mm，屬于嚴(yán)重破壞的危房，已被拆除；六號樓最大裂縫寬120mm，整棟平均升降幅度84.9mm，最大189.2mm，最小5.8mm，也屬嚴(yán)重破壞房屋。而六號樓以南24m的二號樓，基土脹縮較均勻，至今基本完好。

地基土含水量的變化是膨脹土產(chǎn)生膨脹和收縮的主要外因。地基土的含水量變化，直接受外界條件的影響。①地形地貌的影響。從已建房屋來看，高坡地帶的建筑物破壞較重，而低坡地帶破壞較輕。這是因?yàn)楦咂屡R空面大，地基土蒸發(fā)條件好。所以，含水量變比幅度大，造成較大脹縮變形。②地表覆蓋對地基含水量的影響。膨帳土地基上的建筑物，受房屋本身覆蓋的影響，內(nèi)墻的升降幅度一般比外墻小。許多建筑物外墻嚴(yán)重破壞，內(nèi)墻卻仍然完好。建筑物四周大于1.5m的混凝土散水坡或混凝上曬場都將起到—定的防水保濕作用，特別材脹縮性能較低的地區(qū)，效果更為明顯。建筑物室內(nèi)外長期積水，對基礎(chǔ)含水量亦有影響。某倉庫施工時，在外墻中部留下一個砂坑，由于此坑內(nèi)積水，土層膨脹，使此處墻體發(fā)生上寬下窄的垂直裂縫，地坪在此處開裂。樹木對地基土含水量的影響。當(dāng)有充分的地下水和地表水補(bǔ)給時，樹根吸水對土的含水量影響很小，但當(dāng)?shù)乇硭偷叵滤a(bǔ)給困難時，由于樹根吸水使上的含水量變小，因而加劇地基土的干縮變形。建筑物附近(距離建筑物1m以內(nèi))如有大樹，該處墻面開裂則特別嚴(yán)重。施工用水，基坑曝曬、浸泡，均會造成地基不均勻沉降、墻體裂縫。

3 怎樣判定膨脹土與地基設(shè)計

工程地質(zhì)勘察法：①膨脹土顆粒主要由強(qiáng)親水性礦物質(zhì)(如蒙脫石等)組成；②通過力學(xué)特征檢驗(yàn)其是否具有吸水膨脹和失水收縮變形的特點(diǎn)；③自由膨脹率指標(biāo)大于40%。

野外鑒別法：①物理性宏觀判別。在自然條件下，膨張土多呈硬塑或堅硬狀態(tài)。顏色呈黃、紅或灰白，裂縫較發(fā)育，常見光滑面和擦痕；②如水稻田干旱時龜裂十分明顯，說明土體失水收縮；③工程破壞特征。在季節(jié)性氣候變比條件下，常導(dǎo)致低層磚石結(jié)構(gòu)房屋破壞。

膨脹土經(jīng)判定后，尚應(yīng)劃分成不同等級，以便分別采取不同的設(shè)計原則和措施加以處理，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的效果。膨脹土的等級可按土的膨脹率劃分。

膨脹土地基上的建筑物可分為甲、乙、丙三類。甲類：對地基脹縮變形適應(yīng)性較強(qiáng)的建筑物，如鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)和高聳建筑。乙類：對地基不均勻脹縮變形有—定適應(yīng)性的建筑物，如鋼筋混凝土框架等。丙類：對地基不均勻脹縮變形適應(yīng)性較差的建筑物，如磚石結(jié)構(gòu)、砌塊結(jié)構(gòu)等。建筑物(尤其是重要建筑物或重型工業(yè)廠房)宜布置在簡單的場地上，如不能滿足要求，應(yīng)妥善進(jìn)行總圖布置，并認(rèn)真進(jìn)行豎向設(shè)計。淺層滑坡或地裂發(fā)育地段，不宜布置建筑物。臨坡建筑物基礎(chǔ)的埋深，要經(jīng)過科學(xué)計算，取其大值，且不得小于2m。基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)充分利用地基容許承載力，即設(shè)汁時可直接取地基容許承載力值，不需保守。

甲類建筑物：對鋼及鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，整個建筑物(包括山墻和內(nèi)隔墻)全部采用相同的基礎(chǔ)型式。圍護(hù)墻應(yīng)采用填充墻，并砌在基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁底應(yīng)脫空。屋架下弦的吊車凈空應(yīng)適當(dāng)加大，一般凈空尺寸不小于150mm。對受水浸濕及地下管道較多的車間，必要時應(yīng)采取防水防漏措施。

乙類建筑物：在地基顯著不均勻處、填挖交界處、建筑物平面轉(zhuǎn)折處、高度及荷載差異處宜設(shè)沉降縫?；A(chǔ)埋置深度一般不小于lm。宜采用單獨(dú)基礎(chǔ)，必要時在柱基下鋪砂墊層。四層及四層以上的磚石結(jié)構(gòu)房屋，其長度不宜過大，并需在屋頂部及基礎(chǔ)頂面各加圈梁一道。磚石結(jié)構(gòu)排架宜采用墩基，并設(shè)置圈梁。當(dāng)膨脹上為I級或Ⅱ級時，宜采用配筋磚柱。

丙類建筑物：三層及三層以上磚石承重結(jié)構(gòu)，復(fù)雜場地上地形較平坦，地基土均勻，各單元建筑物用沉降縫分開。二層及三層房屋用樁基或墩基，并將基礎(chǔ)砌筑深度加深。在建筑物基礎(chǔ)頂部及房屋頂部各加一道圈梁。在I、II級膨脹土地基上不采用磚拱、砌塊(無筋砌塊)結(jié)構(gòu)及外廊式和懸挑式外廊結(jié)構(gòu)。爐灶與房屋斷開。

其它建筑物：對承受高溫的構(gòu)筑物，地基必須采取隔熱措施。對高度大干3m的擋土墻，墻背需填以松散材料，并使擋土墻上的排水孔暢通。室內(nèi)地坪設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用要求分別對待。

建筑物應(yīng)設(shè)散水坡的，如散水坡作為主要構(gòu)造措施。其寬度應(yīng)為1500～2000mm?；炷翉?qiáng)度等級不低于C15；圈梁高不小于120mm；縱筋不少于4φ10，必須在平面內(nèi)形成封閉體系。

以樁基作主要處理措施時，宜采用打入短樁或灌注樁，其主要設(shè)計要求為：單樁允許承載力必須通過試驗(yàn)確定；樁基的設(shè)計及具體構(gòu)造要求同一般樁基；樁承臺及配筋方法亦同一般樁基。

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