膨胀土对建筑危害及地基设计研究

摘要：膨胀土地基是一种经常遇到的特殊地基。膨胀土系指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土。本文就简要地淡一下膨胀土地基设计中的一些问题。

关键词：膨胀土；建筑地基；设计

膨胀土地基的特点是吸水就膨胀，失水就收缩，压缩性低，但因一般强度较高，易被误认为是建筑性能较好的地基土。由于过去对其特性缺乏认识，致使数百万平方米建筑物产生不同程度开裂破坏，造成严重经济损失。科学试验和工程实验表明。膨胀土地基并不是不可利用的。

1 膨胀土地基对建筑物的危害及破坏特征

膨胀土地基与一般地基上的建筑物破坏有共同点，即都是由于地基不均匀变形造成开裂破坏。它们又有很大不同。一般地基是由上部结构的不均匀荷载形成地基上的不均匀压缩变形，造成破坏；而膨胀土的危害，则在于它有很大的缩胀变形，即使上部荷载均匀不变，也会由于地基土的胀缩，造成建筑物的上下升降运动。若差异变形过大，便导致建筑物的开裂破坏。因而它有很大的危害性。膨胀土破坏有以下几个特征：①膨胀土地基上的建筑物，大部分在建成三、五年，甚至一、二十年后才开裂，也有少部分施工期间就开裂的。这主要是受地基七含水量、场地的地形地貌、工期地质条件、水文地质条件、气候、施工，甚至种植树木等综合因素的影响。例如某厂的二层砖木结构房屋，使用多年，情况良好，后来楼上的人每天向外倾倒污水，造成一角严重裂缝；又如某住宅2000年建成，2010年才发现开裂；又如某厂医院，施工用水浸泡墙基，在砌砖过程中墙体开裂；某大楼地梁洒水养护时墙体开裂破坏。②膨胀土地基遇水膨胀、干旱收缩。墙体裂缝有正八字、倒八字，X缝、水乎缝、局部斜缝等形式。随着胀缩变形的反复交替，墙体砖被挤碎或错位。③在地质条件大致相同的条件下，房屋开裂破坏以一、二层房屋较多，多层房屋开裂较少、较轻。④房屋破坏的部位一般在外墙及内外墙交接处，内墙开裂较轻或不开裂。⑤室内地坪开裂较普遍，特别是空旷的房屋或外廊式房屋的地坪易出现纵向裂缝。

2 膨胀土地基上建筑物破坏的主要因素

地基土的胀缩大小及其分布的均匀程度，是使建筑物产生升降变形的内因，它直接影响并决定建筑物的破坏程度。某建筑群中的三栋二层住宅楼(二号、五号、六号楼)，是1998年至1999年用同一施工图建成的，都是砖混结构，毛石基础，埋深1.lm。但是五号、六号楼下基土缩胀较大，且不均匀，先后于2005年、2010年出现裂缝。五号楼墙面裂缝宽240mm，最大沉降达342mm，属于严重破坏的危房，已被拆除；六号楼最大裂缝宽120mm，整栋平均升降幅度84.9mm，最大189.2mm，最小5.8mm，也属严重破坏房屋。而六号楼以南24m的二号楼，基土胀缩较均匀，至今基本完好。

地基土含水量的变化是膨胀土产生膨胀和收缩的主要外因。地基土的含水量变化，直接受外界条件的影响。①地形地貌的影响。从已建房屋来看，高坡地带的建筑物破坏较重，而低坡地带破坏较轻。这是因为高坡临空面大，地基土蒸发条件好。所以，含水量变比幅度大，造成较大胀缩变形。②地表覆盖对地基含水量的影响。膨帐土地基上的建筑物，受房屋本身覆盖的影响，内墙的升降幅度一般比外墙小。许多建筑物外墙严重破坏，内墙却仍然完好。建筑物四周大于1.5m的混凝土散水坡或混凝上晒场都将起到—定的防水保湿作用，特别材胀缩性能较低的地区，效果更为明显。建筑物室内外长期积水，对基础含水量亦有影响。某仓库施工时，在外墙中部留下一个砂坑，由于此坑内积水，土层膨胀，使此处墙体发生上宽下窄的垂直裂缝，地坪在此处开裂。树木对地基土含水量的影响。当有充分的地下水和地表水补给时，树根吸水对土的含水量影响很小，但当地表水和地下水补给困难时，由于树根吸水使上的含水量变小，因而加剧地基土的干缩变形。建筑物附近(距离建筑物1m以内)如有大树，该处墙面开裂则特别严重。施工用水，基坑曝晒、浸泡，均会造成地基不均匀沉降、墙体裂缝。

3 怎样判定膨胀土与地基设计

工程地质勘察法：①膨胀土颗粒主要由强亲水性矿物质(如蒙脱石等)组成；②通过力学特征检验其是否具有吸水膨胀和失水收缩变形的特点；③自由膨胀率指标大于40%。

野外鉴别法：①物理性宏观判别。在自然条件下，膨张土多呈硬塑或坚硬状态。颜色呈黄、红或灰白，裂缝较发育，常见光滑面和擦痕；②如水稻田干旱时龟裂十分明显，说明土体失水收缩；③工程破坏特征。在季节性气候变比条件下，常导致低层砖石结构房屋破坏。

膨胀土经判定后，尚应划分成不同等级，以便分别采取不同的设计原则和措施加以处理，达到经济合理的效果。膨胀土的等级可按土的膨胀率划分。

膨胀土地基上的建筑物可分为甲、乙、丙三类。甲类：对地基胀缩变形适应性较强的建筑物，如钢结构、木结构、钢筋混凝土排架结构和高耸建筑。乙类：对地基不均匀胀缩变形有—定适应性的建筑物，如钢筋混凝土框架等。丙类：对地基不均匀胀缩变形适应性较差的建筑物，如砖石结构、砌块结构等。建筑物(尤其是重要建筑物或重型工业厂房)宜布置在简单的场地上，如不能满足要求，应妥善进行总图布置，并认真进行竖向设计。浅层滑坡或地裂发育地段，不宜布置建筑物。临坡建筑物基础的埋深，要经过科学计算，取其大值，且不得小于2m。基础设计时，应充分利用地基容许承载力，即设汁时可直接取地基容许承载力值，不需保守。

甲类建筑物：对钢及钢筋混凝土排架结构，整个建筑物(包括山墙和内隔墙)全部采用相同的基础型式。围护墙应采用填充墙，并砌在基础梁上，基础梁底应脱空。屋架下弦的吊车净空应适当加大，一般净空尺寸不小于150mm。对受水浸湿及地下管道较多的车间，必要时应采取防水防漏措施。

乙类建筑物：在地基显著不均匀处、填挖交界处、建筑物平面转折处、高度及荷载差异处宜设沉降缝。基础埋置深度一般不小于lm。宜采用单独基础，必要时在柱基下铺砂垫层。四层及四层以上的砖石结构房屋，其长度不宜过大，并需在屋顶部及基础顶面各加圈梁一道。砖石结构排架宜采用墩基，并设置圈梁。当膨胀上为I级或Ⅱ级时，宜采用配筋砖柱。

丙类建筑物：三层及三层以上砖石承重结构，复杂场地上地形较平坦，地基土均匀，各单元建筑物用沉降缝分开。二层及三层房屋用桩基或墩基，并将基础砌筑深度加深。在建筑物基础顶部及房屋顶部各加一道圈梁。在I、II级膨胀土地基上不采用砖拱、砌块(无筋砌块)结构及外廊式和悬挑式外廊结构。炉灶与房屋断开。

其它建筑物：对承受高温的构筑物，地基必须采取隔热措施。对高度大干3m的挡土墙，墙背需填以松散材料，并使挡土墙上的排水孔畅通。室内地坪设计应根据使用要求分别对待。

建筑物应设散水坡的，如散水坡作为主要构造措施。其宽度应为1500～2000mm。混凝土强度等级不低于C15；圈梁高不小于120mm；纵筋不少于4φ10，必须在平面内形成封闭体系。

以桩基作主要处理措施时，宜采用打入短桩或灌注桩，其主要设计要求为：单桩允许承载力必须通过试验确定；桩基的设计及具体构造要求同一般桩基；桩承台及配筋方法亦同一般桩基。

参考文献

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[2]朱建平.膨胀土地基基础设计分析[J].江苏建筑.2004(02)