浅谈厂房建筑工程膨胀土地基设计

浅谈厂房建筑工程膨胀土地基设计
随着厂房建筑工程规模的不断扩大，不可避免地会遇到膨胀土地基的现象。

在膨胀土地基上进行厂房建筑施工，如果没有采取有效的措施对地基进行设计处理，那么就很有可能导致厂房建筑的基础外移、建筑物开裂等质量和安全事故的产生。

根据相关统计，我国在膨胀土地基上进行建筑物的施工，因而地基膨胀土变形而导致建筑物产生破坏的已经超过1000万m3。

本文主要阐述了膨胀土性质和成因，并且根据实例阐述了厂房建筑工程膨胀土地基处理措施。

标签：厂房；建筑物；膨胀土；性质；改良
引言
很长一段时间以来，膨胀土都对建筑工程的施工质量以及顺利展开产生着重要的影响。

因而膨胀土具有见水膨胀以及失水收缩的特性，因而会对膨胀土地基上的厂房建筑造成很多不利的影响。

所以，必须在保证厂房建筑设计质量的前提下，对膨胀土地基进行有效的处理，保证厂房建筑的质量和使用寿命。

1 膨胀土的性质和成因
1.1 膨胀土的成因及其分布
所谓膨胀土主要指的是在受到水的浸湿之后，体积会发生膨胀增大，在失水的情况下体积会发生收缩。

膨胀土是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。

膨胀土一般指粘粒成分主要由强亲水性的蒙脱石和伊利石矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩，胀缩性能显著的粘性土。

膨胀土的成因环境温和湿润，具备化学风化条件。

风化过程中，硅酸盐为主的矿物不断分解，钙被大量淋失，钾离子被次生矿物吸收，形成伊利石和伊利石-蒙脱石混合矿物为主的粘性土。

我国《膨胀土规范》规定以50kPa 压力下测定的土的膨胀率，计算地基分级变形量，作为划分胀缩等级的标准，表1给出了膨胀土地基的胀缩等级。

膨胀土在我国分布广泛，与其他土类不同的是主要成岛状分布。

根据现有资料，在广西、云南、贵州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山东、陕西、江苏和广东等地均有不同范围的分布。

国外主要分布在非洲和南亚地区。

1.2 膨胀土的工程特性
1.2.1 胀缩性
膨胀土在遇到水之后它的体积会产生膨胀，使得膨胀土地基上方的建筑物产生隆起的现象。

如果膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上的建筑物下沉。

土中蒙脱石含量越多，膨胀量和膨胀力越大。

土的初始含
水量越低，膨胀量与膨胀力也越大。

击实土比原状土大，密度越高，膨胀性也越大。

1.2.2 崩解性
膨胀土在遇到产生膨胀之后会出现崩解的现象。

通常情况下，比较强的膨胀土在吸水之后的几分钟以内就会完全产生崩解，弱膨胀土崩解缓慢且不完全。

1.2.3 多裂隙性
膨胀土中存在较多的缝隙，缝隙主要有三种类型，即垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙。

1.2.4 超固结性
通常来说，膨胀土都是具有非常强的固结性的，并且天然空隙比较小，具有较大的密实度，初始结构强度高。

1.2.5 风化特性
在膨胀土体开挖之后，土体会很快被风干，会产生非常严重的崩塌以及剥落的现象。

1.2.6 强度衰减性
因为胀缩效应和风化作用时间增加，抗剪强度大幅度衰减。

1.3 膨胀土物理力学特性指标特点
膨胀土物理力学特性指标特点主要有以下几种：①膨胀土天然含水量与塑限接近，饱和度通常都是高于0.85。

②土的天然孔隙比变化范围在0.5～0.8之间。

③塑性指数大于17，多数在22～35之间。

④液性指数小，天然状态下呈坚硬或硬塑状态。

⑤粘粒含量高，<0.002mm的颗粒超过20%。

⑥自由膨胀率一般超过40%，最高的大于70%。

⑦缩限一般大于12%，但红粘土类型膨胀土的缩限偏大。

⑧土的压缩性小，多属低压缩性土。

⑨c、j浸水前后相差大，尤其是c值下降2～3倍。

2 膨胀土对厂房建筑工程造成的危害和处理措施
2.1 膨胀土对厂房建筑工程造成的危害
在建筑物中，比较容易受到膨胀土地基损害的通常都是埋置深度比较浅的底层建筑物，而厂房建筑物通常都是属于底层建筑物，因而厂房建筑物受到的膨胀土的影响非常大。

厂房建筑物损坏具有季节性和成群性两大特点。

厂房建筑物墙
面角端的裂缝常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字形缝。

由于土的胀缩交替，还会使墙体出现交叉裂缝，见图1所示：
2.2 膨胀土厂房建筑地基措施
在膨胀土地基中进行厂房建筑的施工，为了保证厂房建筑物的质量，通常采取以下几种措施对厂房建筑物地基进行处理：①厂房建筑场地选择应具有排水通畅地段；②避开地形复杂、地裂、冲沟发育或可能浅层滑坡地段；③坡度小于14°并有可能采用分级挡土墙治理的地段；④避开地下水位变化剧烈的地段；⑤总平面设计时宜使同一建筑物地基土的分级变形差不大于35mm，竖向设计宜保持自然地形，避免大挖大填；⑥基础埋深不应小于1m，当以基础埋深为主要防治措施时，基础埋深应取大气影响急剧层深度或通过变形验算确定；⑦膨胀土地基处理可采用换土、砂石垫层、土性改良等方法，亦可采用桩或墩基。

3 膨胀土地基设计处理
3.1 膨胀土地基的处理设计措施原则
在对膨胀土地基进行设计处理的过程中，主要从两个方面进行设计处理，即上部结构和地基基础两个方面。

在设计过程中，必须要严格抓住对膨胀土胀缩性这一主要矛盾进行控制，对地基的处理方法进行合理的选择，并且从厂房建筑物的上部结构进行考虑，对建筑物的抗变形能力以及整体性进行加强。

首先，应考虑场地地形对工程的影响，根据地形地貌条件可将场地分为平坦与斜坡场地两类。

针对前者，膨胀土地基按变形控制设计，考虑气候条件，估计季节循环中地基在很长时间，如10年以上可能发生的最大变形量及变形特征；后者除按变形控制设计外，还需验算地基的稳定性，防止外部水分侵入与水平变形给边坡带来的严重危害，结合排水系统、坡面防护和设置支挡结构物综合防治。

其次，按照建筑物（构筑物）对地基不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求进行分类并区别对待，同一建筑物尽量不跨越不同的地貌单元、不同土层和不同的工程地质分区之上，力求规划简单，而局部突出或拐弯过多，必要时宜设置沉降缝断开。

对地基不均匀变形适应性较强的建筑物如排架结构、高耸构筑物等，排架结构只需注意在基础梁底与地面间预留100～150mm的膨胀间隙或回填松软材料、填充围护堵砌于基础梁之上即可，高耸构筑物一般可不作特殊处理。

最后，根据场地膨胀土的特性与胀缩等级、当地材料、工况类型与施工条件，并结合膨胀土埋深、厚度、大气影响和上部荷载等因素，从回避或减缓膨胀土的不良特性、保持膨胀土工程特性的相对稳定性、改良膨胀土的本身性质以克服其湿热敏感性，以及改变基础形式与埋深以提高地基的适应性四种可行途径，选用有针对性的单一或综合方法处理膨胀土地基。

3.2 厂房膨胀土地基结构处理措施
膨胀土地区建筑，应根据地基土胀缩等级采取下列结构措施：
（1）较均匀的弱膨胀土地基，可采用条基。

基础埋深较大或条基基底压力较小时，宜采用墩基；
（2）承重砌体结构可采用拉结较好的实心砖墙，不得采用空斗墙、砌块墙或无砂混凝土砌体；不宜采用砖拱结构、无砂大孔混凝土和无筋中型砌块等对变形敏感的结构；Ⅱ级、Ⅲ级膨胀土地区，砂浆强度等级不宜低于M2.5；
（3）厂房顶层和基础顶部宜设置圈梁（地基梁、承台梁可代替基础圈梁），多层房屋的其他各层可隔层设置，必要时，也可层层设置；
（4）Ⅲ级膨胀土地基如不满足本规范第3.5.3条要求，尚可适当设置构造柱；
（5）外廊式房屋应采用悬挑结构。

4 案例分析
某厂房建筑主要由三个部分组成，即十三栋标准厂房、七栋办公楼及其他配属设施组成，为生产用房及附属设施。

该厂房建筑总建筑面积为60330m2，场地面积为139758m2。

场地自然标高平均-1.10m。

根据地勘报告，本工程粘土多为膨胀土，因此主要采用石灰改良土施工对膨胀土地基进行处理。

改良使用的消石灰由块状生石灰现场消解，品质要求不小Ⅲ级石灰标准和设计要求。

使用消石灰时，应充分消解，过10mm筛分后方可使用，生石灰采用磨细石灰粉，颗粒粒径不大于1mm。

采用的改良土按室内配比试验提供的最佳掺灰比5%进行控制，掺入的剂量的按干土质量的百分率进行换算。

其控制标准为：改良土强度达到路基填筑质量要求，无荷膨胀率小于1%，浸水72h无明显崩解。

在石灰改良土拌合完成之后，需要立即进行平整碾压作业。

压路机按S形走行，如图2所示：
在地基碾压检测完成之后，人们需要根据天气情况对其进行洒水养护，保证地基处于一定的湿度，不应过湿或忽干忽湿，养护期间除洒水车外禁止其他物体或者人存在于地基上。

但当下层石灰土碾压完成后立即铺筑上一层时可不需专门养护。

5 结语
综上所述，膨胀土具有胀缩性、崩解性、多裂隙性、超固结性、风化特性以及强度衰减性，这就造成了膨胀土地基上进行厂房建筑物的施工会对建筑的质量产生严重的影响。

因而在厂房建筑设计中，除了要做好前期工作之后，还需要针对遇到的膨胀土的情况采取有效的设计措施对其进行处理，石灰改良土是一种非常有效的膨胀土地基处理措施，在设计中，必须严格按照施工规范和要求进行设计，对工程设计和施工质量进行保证。

参考文献
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[2]王荣彦.平顶山市膨胀土的工程地质特征及工程措施探讨[J].西部探矿工程，2004年07期.56～57.
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作者简介：张莉（1968-），女，汉族，上海，大学，高级工程师，主要从事工业及民用结构设计工作。