浅谈膨胀土地区房屋建筑的勘察及地基处理

李 蕊

1 概述

膨胀土是指土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。在我国，膨胀土分布较广，如广西、云南、湖北、广东等地均有不同范围的分布，粘性土的膨胀和收缩如果十分严重，就会引起建筑物因地基强度降低和不均匀变形而破坏，土坡崩裂塌滑等危害，因此在膨胀土地区进行建设，要认真调查研究，通过勘查工作，对膨胀土做出必要的判断和评价，以便采取相应的设计和施工措施，从而保证房屋和构筑物的安全和正常使用。

2 膨胀土的膨胀收缩成因及危害

2.1 膨胀土的膨胀收缩成因

粘性土具有亲水性，当浸水膨胀时，因土的外层膨胀量大，土粒间的联结强度就降低得更多，如果降低到不能承受土本身的自重时，就会崩裂、散开，即崩解，如此由外向里地发展，直到完全崩解。当含水量减少，结合水膜变薄，粒间引力作用增强，土粒相互靠拢，粘性土的体积因而缩小。天然含水量越小，膨胀性越大，反之，则收缩性越大。

2.2 膨胀土的危害

坐落在膨胀土地基上的房屋建筑，随季节性气候的变化会反复不断地产生不均匀的升降，从而使房屋破坏，尤其以单层或低层砌体房屋较为严重，危害性很大，并具有如下特征:

1)建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点。遇干旱年份裂缝发展更为严重，建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。

2)房屋墙面两端转角处的裂缝。如外墙出现垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，山墙上的对称或不对称的八字形、X形裂缝等。

3)室内地坪和楼板发生纵向隆起开裂，并常与室外地裂相连，在地裂通过建筑物的地方，建筑物墙上出现上小下大的竖向或斜向裂缝。

3 膨胀土的地基勘察评价

3.1 膨胀土的判别

具有下列工程性质特征的场地，且自由膨胀率不小于40%，应判定为膨胀土:

1)裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态。

2)多出露于二级或三级以上阶地、山前和盆地边缘、丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎。

3)常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑(槽)壁易发生坍塌等。

4)建筑物裂隙随气候变化而张开和闭合。

3.2 膨胀土的膨胀潜势

通过上述判别膨胀土以后，需进一步确定膨胀土的强弱程度，不同胀缩性能的膨胀土对建筑物的危害程度将有明显差别。GBJ 112-87膨胀土地区建筑技术规范按自由膨胀率大小划分土的膨胀潜势强弱，以判别土的胀缩性高低，详见表1。自由膨胀率较小的膨胀土，膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微;自由膨胀率较高的土，膨胀潜势较强，则较多的建筑物将遭到严重破坏。

表1 膨胀土的膨胀潜势分类

3.3 膨胀土地基的胀缩等级

根据建筑物地基的胀缩变形对底层砌体结构房屋的影响程度，对膨胀土地基评价时，其胀缩等级按地基分级变形量Sc大小进行划分，详见表2。

表2 膨胀土的胀缩等级分类

膨胀土地基的设计，根据地形地貌条件，建筑场地分为平坦场地和坡地场地。地形坡度小于5°或地形坡度大于5°小于14°，距坡肩水平距离大于10 m的坡顶地带为平坦场地;地形坡度不小于5°或地形坡度虽然小于5°，但同一座建筑物范围内局部地形高差大于1 m的场地为坡地场地。位于平坦场地的地基，应按胀缩变形量控制设计，位于坡地场地上的建筑物地基，除按胀缩变形量控制设计外，还应进行地基稳定性验算。

4 膨胀土地基处理的常规方法

在膨胀土地基上进行基础设计时，应根据气候条件、地基的胀缩等级、地基的工程地质及水文情况和建筑物的结构类型，合理选定地基处理方案。常规的膨胀土地基处理方法有如下几种:

1)采用桩基础，使地基的持力层落在稳定的土层上。2)将膨胀土换成非膨胀土或灰土，从根本上改变土壤的性质，消除其胀缩性。3)基础埋深不应小于1 m，尽量埋在大气影响深度以下。4)增强基础及房屋整体刚度，以对抗膨胀土的膨胀应力，如适当设置钢筋混凝土圈梁来增加房屋的整体刚度等。5)对地基基础进行避水处理。

5 膨胀土地基处理实例

德靖铁路位于广西省百色市，沿线的铁路房屋有二十余处，多为单层或低层建筑。工点范围内母岩为可溶岩地层，分布第四系全新统冲洪积层粘性土为次生红粘土，其绝大多数具有弱膨胀性，少数工点内的次生红粘土具有弱～中膨胀性。为了防止膨胀土对地基的不利影响，分别在建筑和结构上采取了措施，对其进行了处理。

沿线房屋膨胀土地区地基处理所采取的措施如下。

5.1 建筑措施

1)根据膨胀土的膨胀潜势强弱，分别采用了1.2 m和1.5 m的宽散水，散水混凝土面层厚度为100 mm，三七灰土垫层厚为150 mm，散水设置伸缩缝，其间距为3 m，缝宽为20 mm，并与水落管错开，伸缩缝及散水与外墙的交接缝处均用沥青砂填实。

2)屋面均采用了有组织的外排水，且要求水落管下端距散水面不大于300 mm，并不得设在沉降缝处。

5.2 结构措施

1)对位于岩溶较发育场地的两层以上房屋，一般采用桩基础，使基础落到含水量较稳定的土层，从而大大减少了对建筑物的危害。如靖西站房综合楼，局部二层，框架结构，桩基础，由于该场地表层土不但具有弱膨胀性，而且底下岩层局部岩溶中等～强烈发育，基岩顶板很薄，发生岩溶坍塌可能性较大，经综合分析，采用了钻孔灌注桩，基础穿过有溶洞的岩层，坐在承载力较高弱风化的石灰岩上，从而安全、经济、有效的处理了两种不良地质。

2)对于单层或低层砌体房屋，膨胀土地基处理采用的是基底下换填砂石垫层，砂石粒径不大于50 mm，砂石体积比为6∶4，分层夯实，分层填铺厚度不大于300 mm，垫层压实系数大于0.97。如大道站红外线轴温探测站，单层，砌体结构，条形基础，基础埋深1.5 m，工点范围内上覆粘土具弱～中等膨胀性，自由膨胀率Fs=43%～83%，经过变形计算，采用2 m厚砂石垫层换填，换填后的地基变形量小于建筑物的地基容许变形量15 mm。

6 结语

膨胀土是影响房屋建筑安全稳定的不良地质，其危害性较大，在房屋设计中应尽量将基础埋在大气影响深度以下，或直接坐在非膨胀土层上，避开膨胀土的膨胀应力，否则应采取安全有效的措施对其进行处理，最大限度地减少膨胀土带来的危害，以确保建筑物的安全使用。

［1］ GBJ 112-87，膨胀土地区建筑技术规范［S］.

［2］ JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［3］ GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［4］ GB 50021-2001，岩土工程勘察规范［S］.

［5］ 刘成宇，陈禄生，赵善锐，等.土力学［M］.第2版.北京:中国铁道出版社，2004.