广西膨胀土地区条文说明

广西膨胀土地区
建筑勘察设计施工技术规程
条文说明
广西壮族自治区建设厅
2005.12
目录
3 勘察 (1)
3.1 广西膨胀土的分类和判别 (1)
3.2岩土工程勘察基本要求 (2)
3.3 土的胀缩性和膨胀土地基评价 (5)
4 设计 (8)
4.1 一般规定 (8)
4.2 地基计算 (8)
4.3 总平面设计 (13)
4.4 结构设计 (14)
4.5 地基基础设计 (14)
4.6建筑结构设防原则 (15)
4.7坡地 (15)
4.8管道 (15)
5 施工 (15)
5.1一般规定 (15)
5.2 地基和基础施工 (16)
5.3建（构）筑物的施工 (16)
6 维护和管理 (16)
3 勘察
3.1.1～3.1.4广西膨胀土的分类，沿用《广西膨胀土地区工业与民用建筑勘察、设计、施工和维护条例》（以下简称《广西膨胀土条例》）的分类标准，在工程应用中易于操作和使用。

关于膨胀土的判别指标，不同部门、不同地方有不同的标准，如：
国标《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）是采用50mL量筒测定的自由膨胀率δef≥40%定为膨胀土。

军标《膨胀土地区营房建筑技术规范》（GBJ2129-1994）对粘土当δef>35%并最大体缩率δsm≥8%定为膨胀土；对红粘土、粉质粘土当δef≥30%并最大体缩率δsm≥8%定为膨胀土。

《云南省膨胀土地区建筑技术规定》（1989年1月）对粘土当δef≥35%并具有野外膨胀土特性的定为膨胀土；对亚粘土、红粘土当δef≥30%并具有野外膨胀土特性的定为膨胀土。

公路部门建议采用自由膨胀率δef、标准吸湿含水率ωa和塑性指数Ip三项指标综合判定，即当自由膨胀率δef≥40%，标准吸湿含水率ωa≥2.5%及塑性指数Ip≥15时定为膨胀土。

（注：标准吸湿含水率ωa为在标准的温度下（25℃±2℃），和标准的相对湿度下（60%±3%），膨胀土试样恒重后的含水量。

）
《广西膨胀土条例》（1985年）根据成因类型、液限及采用100mL量筒测定的自由膨胀率δef100综合判定。

从胀缩总率与自由膨胀率的关系和胀缩总率与液限的关系来看（见本说明图3.1.1和图3.1.2），自由膨胀率与胀缩总率关系明显，而液限与胀缩总率关系不明显，故取消用液限作
判据。

关于自由膨胀率的试样方法，原《广西膨胀土条例》是采用100mL 量筒进行测定。

目前国家规范规定采用50mL 量筒进行测定。

为统一试验标准，本次修订的自由膨胀率的试验采用50mL 量筒进行测定，与国家试验标准一致。

用100mL 量筒测定的自由膨胀率δef100与用50mL 量筒测定的自由膨胀率δef 的关系为（见本说明图3.1.3）：
0302.0729.0100-=ef ef δδ …………（3.1.1）
式中
δef ――采用50mL 量筒测定的自由膨胀率（％）。

δef100――采用100mL 量筒测定的自由膨胀率（％）；
各类膨胀土的判别指标界限值是沿用原《广西膨胀土条例》的自由膨胀率δef100界限值用本说明中式（3.1.1）换算得出的。

图3.1.2液限与胀缩总率的关系
100mL量筒与50mL量筒测定的自由膨胀率的关系
1020304050607080900
20
406080100120
100mL量筒测定值(%)
50m L 量筒测定值(%)
图3.1.3 δef100与δef 关系
3.2 岩土工程勘察基本要求
3.2.2 在膨胀土地区钻探取土孔中，若送水钻进，必然影响土样天然含水量，会造成土样的物理力学性质差异大。

考虑到部分膨胀岩坚硬，不送水无法钻进，当标准贯入试验实测锤
击数大于50时可采用送水钻进（对一柱一桩的超前钻孔，严禁冲水钻进），取膨胀岩样必须采用单动二（三）重管取土器。

关于钻孔封孔，在膨胀土地区的工程钻探应要求做的工作。

若这项工作未做好，会带来一系列的工程地质问题。

3.2.4 将场地分为三类，便于勘察、设计分别对待。

3.2.5 大气影响深度，是受多种因素影响的不易确定的重要参数。

主要影响因素有地下水位埋深、地层岩性构造、地形坡度、植被蒸发能力和气候条件等。

根据广西建筑综合设计研究院在1975年至1982年对不同岩性、不同地区深标的测量统计结果（见本说明表3.2.5－1），在A 、B 类膨胀土地区的大气影响深度均大于5m ，C 类膨胀土地区的大气影响深度在5m 左右。

另外在膨胀土地区人工挖孔桩开挖情况来看，干缩裂隙的深度远远大于《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）确定的深度。

由本说明式（4.2.3-5）得到大气影响深度与含水量变化幅度界限值的关系，即
)01
.0ln(
)1(1101.0p
w a e d ωψω-++= …………（3.2.5-1）
005
.0ln(
)1(11005.0p
w a e d ωψω-++= …………（3.2.5-2）
计算当含水量变化幅度为0.005对应的深度以及用《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）大气影响深度下限标准（即含水量变化幅度为0.01）对应的深度，在三类场地各类膨胀土地区的大气影响深度计算值见本说明表3.2.5－2。

我们认为，大气影响深度下限定在含水量变化幅度为0.005较为符合实际。

考虑实测值和计算值并结合地形因素的影响，得到了本规定的大气影响深度。

关于大气影响急剧层深度，根据广西建筑综合设计研究院的勘探资料分析，结合膨胀土类型、地形地貌、裂隙发育程度和标准贯入试验击数综合确定。

表3.2.5－1 各地各类膨胀土部分深标不同深度升降统计表
表3.2.5－1（续表）
表3.2.5－2 三类场地大气影响深度计算值
3.2.8～3.2.9 对一类建筑小于七层的，可根据勘察阶段、场地类别和膨胀土类型进行布孔，其钻孔间距和钻孔深度可采用本说明表3.2.8－1、表3.2.8－2和表3.2.8－3表中所列数值。

表3.2.8－1 初步勘察勘探线、点间距（m ）
表3.2.8－2 初步勘察钻孔深度（m ）
表3.2.8－3 详细勘察勘探点的间距（m ）
3.3土的胀缩性和膨胀土地基评价
3.3.1～3.3.3膨胀土胀缩等级的划分、建筑物场地复杂程度等级划分和膨胀土地基胀缩等级划分，沿用原《广西膨胀土条例》的划分标准。

该标准是广西综合设计院从1975年开始对广西膨胀土进行研究，历时8年多。

在此期间，经过了多次雨季和旱季，许多低矮建筑物因膨胀土地基胀缩变形产生裂缝，特别是在大旱年。

广西综合设计院在宁明、贵县、南宁的膨胀土地基建立了长期的研究基地，取得了大量实测资料。

对土的物质结构、矿物化学成分、物理力学性质和胀缩性进行了大量的试验分析鉴定。

对地表到地表下3m、5m、7.5m 膨胀土层的含水量、温度、胀缩变化作了定期观测，对5栋新旧厂房、13栋新旧民房、水塔、水池、烟囱各1座以及专门设计建造的七栋不同基础形式、不同深度、不同宽度散水、不同厚度砂垫层的试验平房，进行定期的升降等观测；对树木对膨胀土层含水量、地面和房屋升降的影响也进行了定期的观测。

取得了大量的实测资料（见本说明表3.3.1），建立了《膨胀土的胀缩等级划分》、《建筑物场地复杂程度等级》和《膨胀土地基胀缩等级》等表格，从多年使用情况来看，划分标准是符合实际。

在本次修订中基本沿用上述表格，在建筑物场地复杂程度等级划分中，膨胀土埋深增加限定值，即大气影响深度。

超过大气影响深度的膨胀土对地面建（构）筑物没有影响。

表3.3.1 各类膨胀土地基上房屋和深标升降
表3.3.1（续表）
（此表引自广西综合设计院膨胀土研究小组研究成果）
为了方便使用，现提供部分地区的多年平均蒸发量与多年平均降水量的比值（见本说明表3.3.2）。

从审图公司提供的信息，有少部分勘察报告引用《广西膨胀土条例》中的表应用有误，为正确使用“规程”中表3.3.1、表3.3.3-1和表3.3.3-2，以某工程为例。

表3.3.2 部分地区干燥度值
例：在南宁某一斜坡地带建2层楼房，原斜坡坡角为9度，在房屋四角共施钻4个钻孔，各钻孔地质情况见本说明表3.3.3。

各土层物理及胀缩性试验成果见本说明表3.3.4。

拟建场地1和2孔为挖方段，3和4孔为填方段。

设计地面标高为100m，在勘探深度内未发现地下水，膨胀土埋深小于2m，确定为复杂场地。

大气影响深度为8m。

各钻孔的膨胀土地基胀缩等级见本说明表3.3.5。

表3.3.3 各钻孔地质情况
表3.3.4 各岩土层物理、胀缩性指标平均值
表3.3.5 各孔膨胀土胀缩指标厚度加权平均值及胀缩等级
4 设计
4.1 一般规定
4.1.1～4.1.3 主要参照《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）有关条文制定。

4.2 地基计算
4.2.1 用缩限含水量、胀限含水量判断膨胀土地基是否采用只作计算膨胀变形量或收缩变形量的依据，更符合实际。

4.2.2 膨胀变形量计算公式形式与《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）公式相似，不同的是《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）采用膨胀率实测值指标，而本条是采用膨胀率修正值指标。

采用膨胀率修正值指标，有以下优点： 1 可消除试验误差； 2 便于计算机取值；
3 有利寻求各指标的之间的关系。

根据55组红粘土的膨胀率曲线分析，得出红粘土a 、b 与δeo 、δe 50的经验关系式为
)4ln(18895.2)3ln(5139.247225.1500e e a δδ+-++-= （R ＝0.933）
2
02001291.0024192.02065.0e a b δ++= （R=0.608）
根据80组粘土、泥岩的膨胀率曲线分析得出a 、b 与δeo 、δe 50经验关系式为
)4ln(15713.1)2ln(390507.163729.0500e e a δδ+-++-= （R=0.868） 500035494.000672.0312215.0e e b δδ+-= （R=0.454）
以上式中δeo 、δe 50的单位均为％。

4.2.3 规范》（GBJ112-87）公式的基础上加以改进，使计算结果更接近实际。

土层的含水量变化值，本条提供两种计算方法，即直线法和曲线法。

直线法：引用《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）中的计算公式进行改进，算至含水量变化幅度为0.005的深度，并增加条件限值。

当含水量变化Δωi>ωi －ωsi 时，取Δωi ＝ωi －ωsi 。

曲线法：是根据邓江推导公式得到的。

具体导出公式如下：
假设条件：a ）膨胀土为各向同性；b)饱和土体。

根据土的物理指标的相互关系，有
s w g g =
ω，dxdydz
dg dV dg V g s
s s d ===γ ，dxdydz dg d s γ= ……（4.2.3-1）
1==
e
G
S r ω，G e ω=，此时w w w G e g γωγ==，有
ωγd G dg w w = (4.2.3-2)
设dxdy=1，由式（4.2.3-1）得 dz dg d s γ=
dz
d G dg dg d w s w γω
γω==
……………（4.2.3-2） 由式(4.2.3-3)对ω微分，得
dz
d d G d d w γωγω)
(=
…………………………(4.2.3-3)
因为 d ω=Δω，含水量变化幅度随深度递减，用 –dz 代替dz ，由式(4.2.3-3)得
w
d G dz d γγωω
-=∆∆ 两边积分，得
C G z
w
d +-
=∆γγωln …………………………(4.2.3-4) 当z=1m 时，Δω＝Δω1，得
1ln ωγγ∆+=
w
d
G C 将C 值代入式（4.2.3-4），得
e
e
w
d
w
d G z G z γγγγωωωω
)1(1)1(1
----
∆=∆=∆∆ …………………………（4.2.3-5）
∵Δω1＝ω1－ψw ωp
e
G w d +=11
γγ ∴)11
()(1e
z EXP p w +---=∆ωψωω ……………………(4.2.3-6)
图4.2.3 含水量变化幅度随深度变化示意图
式中
g w ――水质量； g s ――颗粒质量； V ――土体积； γd ――土的干密度；
G ――土颗粒比重； S r ――饱和度； Z ――深度；
Δω1――地表下1m 处土的含水量变化值； e ――土的孔隙比。

考虑膨胀土不是均匀性的，是呈层分布的。

故将式（4.2.3-6）改写为：
)11
()(i
i pi w i i e z EXP +--
-=∆ωψωω …………（4.2.3-7） 式中
Δωi ――第i 层土在Zi 深度处的含水量变化幅度； ωi ――第i 层土的天然含水量； ψw ――土的湿度系数； ωpi ――第i 层土的塑限含水量； z i ――计算点深度； e i ――第i 层土的孔隙比。

由式（4.2.3-7）计算值与实测值对比见本说明表4.2.3-1。

对某一深度范围（z i-1至z i ）内平均含水量变化幅度i ω∆与1--i i z z 的乘积为
)
)()(1())(1()()(11111111111
1
e
e
e e
i
i i
i i i i
i
i i
e z e z pi w i i z z e z pi w i i z z e z pi w i
i i i e e dz
z z +--
+--
+--+--
---+=-+-=-=
-∆---⎰ωψωωγωωψω
ω
得：
))(()
()1(11
1111e e i i
i i e z e z pi w i i i i i z z e +--+------+=
∆-ωψωω ……（4.2.3-8）
关于湿度系数ψw的确定，有两种计算方法：一种是国标（GBJ112-87）方法（采用多年气象数据平均法），另一种是军标（GJB2129-1994）方法（采用最大可能蒸发量计算法）。

经试算和对比，发现军标方法更接近实际。

本规定的湿度系数ψw是采用军标方法计算得到的，计算资料引自《中国物理气候图集》（南京大学气象系高国栋、陆渝蓉合编，农业出版社，1981年8月）中的最大可能蒸发量（即蒸发力）图。

根据上式（4.2.3-8）代入收缩变形量计算公式，计算结果与实测值对比见表4.2.3-2。

含水量变化幅度计算值（曲线法）与实测值对比（％）表4.2.3-1 （ψe＝0.6，ψs＝1.0）
基础升降幅度实测值与计算值对比
表4.2.3-2 （ψe＝0.6，ψs＝1.0）
深标升降幅度实测值与计算值的对比(单位：mm)
表4.2.3-3 （ψe ＝0.6，ψs ＝1.0）
关于收缩变形量经验系数ψs 取值问题：从实测资料来看，同一栋建筑物，影响膨胀土地基收缩变形的因素很多。

因建筑物基础位置朝向不同，收缩变形量也不同；由于地形的影响，地表水补给排泄条件不一致，也会造成地基收缩变形量差异很大。

就散水宽度和树木蒸发量对收缩的影响，我们根据广西综合设计院膨胀土研究小组（1975年7月至1984年实测资料）在宁明和南宁试验基地所得到的试验数据，经数理分析，得出下列修正系数。

A 类膨胀土地基建筑物计算平均收缩变形量经验系数ψs 为： 直线法：
2
108578.09326
.0565.0L H d L a s +-=ψ ………（4.2.3-9） （n=35, r=0.493） 曲线法：
2
109568.04897
.365.1L H d L a s +-=ψ …………（4.2.3-10） （n=35, r=0.485） 式中L 1――散水宽度（m ）；
da ――大气影响深度（m ）； H ――成年树高（m ）；
L 2――树与基础边的距离（m ）。

C 类膨胀土地基建筑物计算平均收缩变形量经验系数ψs 为： 直线法：
2
107446.09349
.0195.0L H d L a s +-=ψ …………（4.2.3-11） （n=30, r=0.663） 曲线法：
2
10827.00716
.1293.0L H
d L a s +-=ψ …………（4.2.3-12） （n=30, r=0.614）
式(4.2.3-11)和式（4.2.3－12）中符合同前。

B 类膨胀土地基缺少试验数据。

从以上相关系数可以看出，收缩变形量经验系数ψs 与散水宽度、树木基础间距关系不是很明显，只能作为建筑物平均收缩变形量计算使用。

建筑物最大收缩变形量的计算，通常收缩变形量经验系数ψs 取1.0。

不透水基岩通常指坚硬且不透水岩层，如灰岩等。

4.2.4 在膨胀土地区房屋开裂或多或少带有水平位移，有些膨胀土垂直胀缩变形量少，而水平收缩量非常大。

在收缩变形计算中，增加水平收缩变形量计算，在房屋结构设计中应予以重视。

从部分试验资料来看，B 类膨胀土（红粘土）的横向线缩率δH 与竖向线缩率δS 的关系为：
2±=S H δδ ………(4.2.4-1)
C 类膨胀土（冲积成因）的横向线缩率δH 与竖向线缩率δS 的关系为：
S H δδ)73.2667.0(--= ………(4.2.4-2)
A 类膨胀土的横向线缩率δH 与竖向线缩率δS 的关系不明显，变化很大，其上限值为：
S H δδ609.068.1+= ………(4.2.4-3)
下限值为：
35.0=H δ ………(4.2.4-4)
以式(4.2.4-1)、(4.2.4－2)、(4.2.4－3)和(4.2.4－4)中δH 、δS 单位均为％。

根据水平收缩变形量的大小，可确定条形基础垫砂厚度（见本说明表4.2.4）。

表4.2.4 水平收缩变形量S H （mm/da ）与垫砂厚度的关系
4.2.5 载荷试验方法是最基本而可靠的方法。

对膨胀土的承载力试验应当考虑含水量增加以后，土的强度衰减问题。

试验表明，土吸水愈多，膨胀量愈大，其强度降低愈大。

因此，如果先浸水后做试验，必将得到较小的承载力，这显然不符合实际情况。

正确的方法是，先加荷至设计压力，然后浸水，再加载，直到破坏。

4.2.7 引自《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ112-87中第3.2.9条。

4.3 总平面设计
4.3.1～4.3.2 对地形坡度大于14°的膨胀土地区，属于不良地形，大多数有蠕动或滑坡，治理费用高，一般均应避开。

对地形坡度小于14°且大于5°，存在滑动的可能。

应按坡地地基有关规定设计。

4.3.3 A 1类膨胀土地区的宁明某部06号房，其房址为一坡腰地段。

1966年建营区时出现大挖大填，胀缩性小的表土和坡积土被挖除，出露了胀缩性很强的残积土层。

营房建在残积土层上。

06号房南墙为挖方区，北墙为填方区，由于南北墙地基土的起始条件不相同。

墙基升降变
形差异也较大，经两年多的观测，挖方处测点变形幅度达112.2mm填方处测点变形幅度达57.9mm。

整栋房子严重损坏，以至无法使用拆除了。

4.3.6树木的蒸腾量很大，据云南试验，一棵成年桉树的蒸腾量达457kg/d，其影响区的最大变形幅度达113mm，在园林设计时应按本规定执行。

4.4结构设计
4.4.1采用原《广西膨胀土条例》第53条、第54条、第55条。

4.4.2基本上采用原《广西膨胀土条例》第57条、第58条、第59条、第60条和第76条。

圈梁的配筋可根据地基变形情况及基础设防措施决定，上、下可用3φ14～3φ16。

4.4.3采用原《广西膨胀土条例》第64条。

非基础的地下室底板面积往往较大，如垫砂费用较高，故宜架空。

4.5地基基础设计
4.5.1第2款中“坡地上的基础底不应垫砂”，主要考虑垫砂后基底含水量增加，不利边坡的稳定性。

4.5.2根据多年使用，原《广西膨胀土条例》表11使用良好，但出现部分膨胀土地基处理费用过大，原表11中架空承台的做法与国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）和《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）中关于承台周围回填土要求不符，须对此表进行修订。

查阅有关工程实例，并参照《广西膨胀土研究报告》（广西壮族自治区城乡建设委员会综合设计院1984年12月）中表6-8修改得到规程中表4.5.2-1、表4.5.2-2。

在桩基设计的最小桩长计算中，应取桩锚固在相对稳定层内计算长度la的大值。

关于进行桩胀切力浸水试验要求，浸水深度与试桩长度应取大气影响急剧层的深度dr，桩端脱空100mm。

关于桩胀切力经验取值，可以通过大气影响急剧层深度内膨胀土的厚度加权平均承载力特征值ak f 按式(4.5.2-1)计算：
10
r
ak e d f d v π=
…………(4.5.2-1)
式中
d ――桩身直径（m ）；
ak f ――在大气影响急剧层深度范围内膨胀土的厚度加权平均承载力特征值（kPa ）
，非膨胀土层给予扣除；
dr ――大气影响急剧层深度（m ）。

由广西建筑综合设计研究院与广西大学合作对广西第三系泥岩桩端承载力研究得到下列经验公式(4.5.2-2)：
05.1803.12337.65629.3992.609780.3E C d L P u +++-=φ ………(4.5.2-2)
式中P u ――桩端极限承载力（kPa ）；
L ――桩长（埋置深度）（m ）； d ――桩径（m ）；
C ――地基的粘聚力（kPa ）； φ――地基的内摩擦角（°）； E 0――地基的变形模量（MPa ）。

4.6 建筑结构设防原则
4.6.1 基本上维系了原《广西膨胀土条例》第70条。

4.6.2 在原《广西膨胀土条例》第73条基础上作了适当调整，根据原《广西膨胀土条例》执行情况，在此特别强调膨胀土地基设防标准与建筑结构类型有关。

4.6.3～4.6.4 根据建筑结构类型的发展情况，特别强调了无筋砌体结构的设防措施，补充非承重部分的维护结构的设防措施。

4.6.5该条基本上同原《广西膨胀土条例》第77条，仅对乙类建筑结构作了调整，使其与甲类有区别，更合理些。

4.7 坡地
4.7.3 对永久性支挡结构物，如挡土墙或抗滑桩，在计算被动土压力时，可不考虑在大气影响急剧层深度范围内的被动土压力。

4.8 管道
引自《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ 112-87）相应条文，并作适当补充。

5 施工
5.1 一般规定
膨胀土上建筑工程的施工，是落实设计措施、保证建筑物的安全和正常使用的重要环工管理，减少施工周期中地基土含水量的变化幅度，防止场地失稳。

5.2 地基和基础施工
地基和基础施工，要确保地基土的含水量变化幅度减少到最低。

施工方案和施工措施都要围绕这一目的实施。

分段开挖，及时封闭，是减少地基土的含水量变化幅度的主要措施；预留部分土层厚度，到下一道工序开始前再清除，也能达到此目的。

5.3建（构）筑物的施工
5.3.3对V级膨胀土地基，现浇楼盖、屋盖或其他构件，其模板可以支在地面上。

6 维护和管理
维护和管理工作是指对膨胀土建筑场区内的建筑、管道、地面排水、环境绿化、边坡、挡土墙等在使用期间的管理和维修工作。