膨胀土地基建筑物开裂机理与对策

摘 要：阐述了膨胀土地基建筑物开裂的特征，分析了裂缝产生的机理，提出了相应的对策和治理措施

关键词：膨胀土；裂缝；约束应力；对策

膨胀土在我过分布较广，膨胀土地基对建筑物产生的危害虽早已被人们所关注，由于膨胀土一般强度较高，压缩性低，常被人们认为是良好的地基，由此产生的裂缝在一些建筑物中时有发生。因此，正确理解膨胀土地基建筑物裂缝成因，了解裂缝产生的一般机理，有助于设计、施工部门采取相应措施，有效避免此种危害的发生。

1、裂缝产生的特征

1.1．纵墙竖向裂缝。这种裂缝易出现在平面长度较大的建筑物的纵墙中间部位，在整个墙体高度内呈上宽下窄的贯通状态。建筑物长高比较大，裂缝数量越多，宽度也越大。

1.2．纵墙水平裂缝。这种裂缝出现在墙体高度的中、下层，由树条大小不同的裂缝组成，部分裂缝贯通，呈外宽内窄状态。

1.3．横墙裂缝。a在与外纵墙交接处、楼面板板底部位，横墙出现枝状裂缝，裂缝呈上宽下窄贯通性状态，其长度一般不会延伸到该层楼、地面，开裂程度从顶层到底层依次减弱，造成纵墙局部脱离。b横墙门洞内侧上角出现1～2条贯通性裂缝，钢筋混凝土过梁端部与墙体脱离。c部分横墙呈内高外低、与地面成45°贯通性裂缝，裂缝宽度较小。

1.4．外墙八字形裂缝。房屋底层端部四角呈八字形裂缝。

1.5．楼面裂缝。在房屋端部1～2开间内，或坡度较大的场地上处于坡脚部位建筑物的端部楼面产生数条裂缝。裂缝与横墙平行、通长贯通、上宽下窄，开裂程度从顶层到底层依次减弱。

2、裂缝产生的根本原因

膨胀土中粘性成分主要由亲水性矿物组成，遇水湿润极易膨胀，失水则干裂收缩，有明显的膨胀性。当干燥的地基土体经浸水后，含水量增加，原来积蓄的膨胀潜势得以释放，土体体积膨胀增大。此时，大地可近似看成一个刚性体，对地基土的膨胀力起到了严格的约束作用，土体体积不能向侧向及下方扩展。当地基土的膨胀力大于基底压力时，土体积垂直向上扩展，抬高地基，使建筑物产生裂缝。当地基土体失水较多，尤其是在场地大坡度大，重力排水条件好的情况下，土体失水更快，此时土体含水量减小，土体体积收缩，地基沉降引起建筑物开裂。

3、开裂机理

土体膨胀力通过基础传到建筑物的上部结构时，大致受到以下几个方面的约束。

3.1．外墙及圈梁的纵向水平约束。纵墙墙体可近似看作深梁，产生弯曲应力，当建筑物两端沉降相对比中间部位大，或中间部位地基土的膨胀变形相对比两端大时，“梁”的上截面受拉，下截面受压。当建筑物中间沉降相对比两端大时，或两端地基土的膨胀变形相对比中间部位大时，“梁”的上截面受压，下截面受拉。受拉区的变形受到墙体本身及圈梁的纵向水平约束，当水平约束应力超过砌体抗拉强度时，墙体便产生裂缝。约束应力在深梁的顶部达最大值，自上而下渐次衰减裂缝呈上宽下窄形式。同理，深梁下部受拉，墙角产生八字形裂缝，基础开裂

3.2．楼、屋面板、横墙的侧向水平约束。当外墙两侧地基土变形不均匀（一般外侧变形大于内侧变形）时，基础连同上部墙体有向两侧转动的趋势，这个过程受到上部结构楼、屋面板、横墙的侧向水平约束。当基础与墙体向内侧翻转时，上部结构的楼、屋面板、横墙受到了外墙传来的侧向压力。一般来说，房屋的侧向刚度足以抵抗这种压力，对墙体变形完全可以取到约束作用，裂缝不会产生。而当基础与墙体向外翻转时，楼、屋面板、横墙对外墙产生拉结约束力，且楼、屋面板、横墙对外墙的约束力超过砌体的抗拉极限强度，在约束拉力最大部位即纵横墙交接处局部拉脱，外墙墙体外闪，并有外宽内窄的水平裂缝产生。

3.3．楼、屋面板、圈梁的竖向约束。墙体的升降对上部结构的板端及圈梁产生拉（压）应力，于此同时墙体也受到了板端及圈梁的竖向约束，特别是在同一建筑物多种基础混用，以及采用不同结构承重的情况下，地基土变形对上部结构的影响存在很大差异，墙体的受到的约束力也极不平衡，使板端与圈梁对墙体的竖向约束应力局部集中，引起楼面板支承反力重分布，在板内产生新的附加内力，在新的附加内力作用下，斜截面受剪承载力不足而造成楼、屋面板的开裂、破坏。

总之，结构在约束状态下，首先要求有变形的余地，如结构没有条件满足此要求，则必须产生约束应力，超过砌体或混凝土构件的抗拉、抗剪强度，导致结构开裂。裂缝开展的过程就是地基土变形的能量释放过程，相应的，结构的约束力随着裂缝的开展越来越小直至消失。

4、对策

4.1．设计方面

（1）慎重选择场地，尤其避免在坡度较大的场地建造房屋。这类场地重力排水条件好，基槽在雨季最易浸水，在旱季有最易失水，含水量变化很大，当然也最容易引起地基土的膨胀与收缩，对建筑物的上部结构产生破坏作用。

（2）建筑平面力求简单，竖向体型力求规则，结构刚度力求平衡，基础类型和上部结构承重方式力求单一。如不能满足这些要求，应适当提高结构刚度和延性，增强结构抗力，贯彻“抗”的原则。在建筑平面的转折部位，竖向体型有显著变化的部位以及基础类型及上部结构类型显著差异部位，设置沉降缝以释放地基变形能量，体现“放”的原（下转第80页）则。“抗”与“放”是建筑物变形破坏的两道防线，具体在设计上应以“放”为先，其次才考虑“抗”。

（3）认真分析工程地质勘察报告，正确鉴别地基土的性质，做好验槽工作。施工时如发现实际情况与地质勘察报告不符，应通知有关单位处理，对膨胀土地基不能简单根据室内试验所得到的抗剪强度指标C、ψ值确定地基承载力，由于土的胀缩特性，室内剪切试验不能反映土的实际抗剪强度，应根据现场载荷试验或现行《膨胀土地基设计规范》确定。

（4）正确采用地基处理方法，如土性改良，基底换土砂石垫层、深基础，尽量避免地基土的膨胀变形对上部结构的影响。

4.2．施工方面

（1）合理安排工期。尽量避免在多雨季开挖基槽，基槽应顺水流方向分段开挖，切不可遍地开花，大面积开挖。开挖工期应安排紧凑，不能拖延，防止雨水浸泡，使地基土含水量增加，开挖至基底标高应及时封底，防止暴晒过久，使地基土水分减少。

（2）完善场地排水设施。施工过程中管好施工用水不流入场地，做好基槽防水保湿工作。

（3）保证墙体施工质量，灰缝应饱满，横墙应留斜槎，如需留直槎，应按施工“规范”要求留置拉结筋。

（4）基槽不用原土回填，应用非膨胀土、弱膨胀土及掺有石灰或其它材料的膨胀土。

（5）重视散水的施工质量。混凝土必须按实验室配合比严格配置，正确留置伸缩缝。伸缩缝间混凝土应一次性浇注完毕，不留施工缝。保证按设计和“规范”施工。

5、裂缝的治理

5.1．对地基土已达到膨胀极限，上部结构已稳定的裂缝，可采用如下方法补强加固：

（1）裂缝较细、数量较少时，用水泥砂浆或水玻璃进行表面修补。裂缝较深时，可用压力灌浆法修补。

（2）裂缝较多的贯通性裂缝的墙体，外挂钢筋网片，外抹高标号水泥砂浆。

（3）墙体内外、裂缝较大时，可用钢拉杆拉结加固。

5.2．影响结构安全或裂缝有继续发展趋势时，可采用如下方法：

（1）对墙体应局部拆除重砌，新旧砌体牢固连接。

（2）对钢筋混凝土现浇板、屋面板，应进行结构强度加固，具体方法可根据工程特点、环境、经济条件，选择粘钢法，支撑法等。

参考文献

1、王铁梦 钢筋混凝土结构的裂缝控制 安徽建筑 2001（1）

2、膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87） 北京中国建筑工业出版社 1995