膨胀土地基有关问题

浅谈膨胀土地基的有关问题

[摘要] 本文较全面的论述了膨胀土地基的特性，结合工程实例，对膨胀土地基中的某些问题，进行了详细的分析，提出了如何正确利用膨胀土地基的方法。

[关键词] 自由膨胀率胀缩等级膨胀力大气影响深度

膨胀土一般系指其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、且膨胀性能较大的粘性土。膨胀土在我国分布范围很广，遍及达十二省之多，其中我们河北邯郸就有较大范围的分布。我们在工作中就遇到两例：峰峰九龙口电厂和华冶木器厂的工程地质，就属于膨胀土地基。在这两项工程设计中，我查阅了大量资料，做了计算分析，对这两项工程的地基进行了处理，在工作中得到了一些体会，认为在采用膨胀土地基时，首先要清楚以下六个方面的问题。

一、膨胀土的主要特征

膨胀土的物理指标有下列特征：其液限wl大于40%，液性指数

il常小于零，天然含水量接近或略小于塑限，塑性指数ip大于17，且多数在22-35之间，自由膨胀率一般超过40%，土的压缩性小。膨胀土按其粘粒的矿物成分划分，可归纳为两大类：一类是以蒙脱石为主，是一种呈灰白、灰绿等杂色的粘土，其膨胀性最大；另一类是以伊利石为主，是一种呈灰褐色、褐黄、红、黄色的粘土。膨胀土在自然条件下，多呈硬塑或坚硬状态，土中裂隙较发育，有竖向、斜交和水平三种，裂隙面呈油脂或蜡状光泽，时有擦痕和水渍，

裂隙中常充填灰绿、灰白色粘土。开挖基坑时，坑壁易于剥落，逢雨容易塌方，但有很好的防渗性能。

膨胀土一般强度较高，压缩性低，容易被误认为较好的建筑地基，但由于它具有吸水膨胀、失水收缩的特性，当利用他做为建筑地基时，如果对它具有吸水膨胀、失水收缩的特性，当利用它作为建筑地基时，如果对它的特性缺乏认识，或在设计和施工中没有采取必要的措施，其结果，就会给建筑物造成危害。

二、影响膨胀土胀缩变形的主要因素

影响膨胀土胀缩变形的主要内在因素有四个方面：1矿物成分：该土若主要有蒙脱石矿物成分组成，它就具有很强的亲水性和既易吸水，又易失水的强烈活动性，胀缩性最大。该土若主要由伊利石矿物成分组成，其活动性也较强，胀缩性也大，但略低于前者。2粘粒含量：土中粘粒含量越多，该土的胀缩性就越强。因为粘土颗粒细小，比面积大，对水分子吸附能力强。3土的密度和含水量：将膨胀土在同样的天然含水量条件下进行浸水，它的孔隙比越小，其收缩越小，膨胀越大；孔隙比越大，土的收缩越大，膨胀越小。此外，土中原有的含水量与土体膨胀所需的含水量相差越大时，则遇水后，土的膨胀越大，而失水后土的收缩则越小。4土的结构强度：结构强度越大，土体限制其胀缩变形能力也越大，当土体结构受到破坏之后，土的胀缩性随之增强。

影响膨胀土胀缩变形的主要外部因素有五个方面：1气候条件：季节性气候变化会引起地基土中水分的增减，从而引起地基土的胀

缩变形，但它的影响程度随深度的增加而递减。2地形地貌：低处的膨胀土地基比高处的同类胀缩变形要小得多；在边坡地带，坡脚地段比较肩地段的同类地基的胀缩变形又要小得多；坡地场地上的地基要比平坦场地上的同类地基的胀缩变形要大。3树种的影响:

树根的吸水作用，会使土中的水分减少引起地基土的干缩变形；4日照的影响：对具体的建筑物来说，向阳面和背阳面地基受日照的时间和和强度不同，地基土中的水分蒸发也就不同，从而引起地基土的胀缩也不同。5压力大小：当膨胀土在承受竖向压力的情况下，吸水发生膨胀时，若所受的压力越小，土的膨胀越大；所受的压力越大，土的膨胀越小；当所受压力大于该土的膨胀力时，该土就没有膨胀变化了。

三、膨胀土场地及地基的评价

在我们开始做地基设计之前，要具备建筑场地的工程地质报告，报告中将对建筑场地及地基作出评价。进行膨胀土场地的评价，是在查明建筑场地内膨胀土的分布及地形地貌条件，并根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标来综合评价，确定该场地是否属于膨胀土场地；是属于平坦场地，还是属于坡地场地。而膨胀土地基评价，则是根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混房屋的影响程度进行的。它根据地基分级变形量的大小，分为三个胀缩等级，即当地基分级变形量sc（单位为mm）分别为：15≤sc＜35、35≤sc＜70、sc≥70mm时，所对应的胀缩等级分别为i级、ⅱ级、ⅲ级。

在此需要注意两点：一点是前面所提到的场地是指设计场地，并

非原始场地。第二点是所采用的地基分级变形量是在地基所受压力为50kpa的作用下产生的。也就是说，当地基所受压力小于或大于50kpa时，该地基的分级变形量就不同了，由此所相应的地基胀缩等级也不同了。弄清这一点很重要，它能提示我们在工程设计中，应根据地基的实际受力情况，计算其变形量，确定胀缩等级，从而采取相应的措施。例如我们在对峰峰九龙口电厂主厂房地基设计时，就曾遇到此问题。

在工程地质报告中，对该地基的评价为ⅲ级胀缩等级，并提出可换土或桩基的措施。它在计算中采用的压力为50kpa,基础埋深3米。计算土层厚度为基底下2米，得出的分级变形量为sc=75mm，实属ⅲ级胀缩等级。报告中写到，该区的膨胀土在天然状态下的膨胀力一般在50～150kpa之间，仅有少数超过150kpa。实际上，我们计算出主厂房柱基下压力都超过200kpa，已大于该区膨胀土的膨胀力。在这种情况下，地基即便浸水，它也不存在膨胀变形，只存在收缩变形。我们采用基底压力为200kpa时，所计算出的地基分级变形量仅为12mm，低于i级胀缩等级的最低标准值，并且低于规范中规定的框架结构有填充墙时的容许变形量20mm。所以，此时可按一般地基设计，不必采取换土或桩基等措施。

四、地基的设计与计算

膨胀土地基的设计与计算，应根据建筑场地的地形地貌和建筑结构形式区别对待：①位于平坦场地上的建筑物地基按变形控制设计。②位于坡地场地上的建筑物地基，除按变形控制设计外，还应

验算地基的稳定性。③当建筑物是木结构、钢结构或钢筋砼排架结构时，可按一般地基进行设计。④建造在常年地下水位较高的低洼场地上的建筑物，也可按一般地基进行计算。

膨胀土地基的变形，包含两种，一种是膨胀变形，一种是收缩变形。在设计中，这两种变形是否都要考虑，这取决于建筑物周围的环境条件：①当离地表1米处地基土的天然含水量等于或接近最小值或者地面有覆盖无蒸发可能时，以及在建筑物使用期间经常有水浸湿地基，可只计算膨胀变形量。②当离地表1米处地基土的天然含水量大于1.2倍塑限含水量时，或直接受高温作用的地基，可只计算收缩变形量。③除遇上述情况外在其他情况下，要计算膨胀、收缩这两种变形量。

在计算地基土的分级变形量时，其方法与计算一般地基变形量相比，有两点相同，又有两点差别。两相同点是都采用分层综合法，且都从基础底开始往下计算；两点差别一是前者采用的压力是基底处自重压力和附加压力之和，而后者仅为基底附加压力；二是计算深度不同，前者只计算至大气影响深度，后者则计算至基底附加压力扩散后所产生的压缩量的大小来决定。

大气影响深度是自然气候作用下，由降水、蒸发、地温因素引起土升降变形的有效深度。在各气候区，其大气影响深度是不同的，它的取值可根据对各区土的深层变形，含水量、地温的观测资料确定。也可根据各区土的温度确定系数确定，约为3～5米。大气影响特别显著的深度被称为大气影响急剧深度，一般取大气影响深度