膨脹土地基建筑物開裂機(jī)理與對策

管仲信

摘要：闡述了膨脹土地基建筑物開裂的特征，分析了裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，提出了相應(yīng)的對策和治理措施

關(guān)鍵詞：膨脹土；裂縫；約束應(yīng)力；對策

膨脹土在我過分布較廣，膨脹土地基對建筑物產(chǎn)生的危害雖早已被人們所關(guān)注，由于膨脹土一般強(qiáng)度較高，壓縮性低，常被人們認(rèn)為是良好的地基，由此產(chǎn)生的裂縫在一些建筑物中時有發(fā)生。因此，正確理解膨脹土地基建筑物裂縫成因，了解裂縫產(chǎn)生的一般機(jī)理，有助于設(shè)計(jì)、施工部門采取相應(yīng)措施，有效避免此種危害的發(fā)生。

1、裂縫產(chǎn)生的特征

1.1．縱墻豎向裂縫。這種裂縫易出現(xiàn)在平面長度較大的建筑物的縱墻中間部位，在整個墻體高度內(nèi)呈上寬下窄的貫通狀態(tài)。建筑物長高比較大，裂縫數(shù)量越多，寬度也越大。

1.2．縱墻水平裂縫。這種裂縫出現(xiàn)在墻體高度的中、下層，由樹條大小不同的裂縫組成，部分裂縫貫通，呈外寬內(nèi)窄狀態(tài)。

1.3．橫墻裂縫。a在與外縱墻交接處、樓面板板底部位，橫墻出現(xiàn)枝狀裂縫，裂縫呈上寬下窄貫通性狀態(tài)，其長度一般不會延伸到該層樓、地面，開裂程度從頂層到底層依次減弱，造成縱墻局部脫離。b橫墻門洞內(nèi)側(cè)上角出現(xiàn)1～2條貫通性裂縫，鋼筋混凝土過梁端部與墻體脫離。c部分橫墻呈內(nèi)高外低、與地面成45°貫通性裂縫，裂縫寬度較小。

1.4．外墻八字形裂縫。房屋底層端部四角呈八字形裂縫。

1.5．樓面裂縫。在房屋端部1～2開間內(nèi)，或坡度較大的場地上處于坡腳部位建筑物的端部樓面產(chǎn)生數(shù)條裂縫。裂縫與橫墻平行、通長貫通、上寬下窄，開裂程度從頂層到底層依次減弱。

2、裂縫產(chǎn)生的根本原因

膨脹土中粘性成分主要由親水性礦物組成，遇水濕潤極易膨脹，失水則干裂收縮，有明顯的膨脹性。當(dāng)干燥的地基土體經(jīng)浸水后，含水量增加，原來積蓄的膨脹潛勢得以釋放，土體體積膨脹增大。此時，大地可近似看成一個剛性體，對地基土的膨脹力起到了嚴(yán)格的約束作用，土體體積不能向側(cè)向及下方擴(kuò)展。當(dāng)?shù)鼗恋呐蛎浟Υ笥诨讐毫r，土體積垂直向上擴(kuò)展，抬高地基，使建筑物產(chǎn)生裂縫。當(dāng)?shù)鼗馏w失水較多，尤其是在場地大坡度大，重力排水條件好的情況下，土體失水更快，此時土體含水量減小，土體體積收縮，地基沉降引起建筑物開裂。

3、開裂機(jī)理

土體膨脹力通過基礎(chǔ)傳到建筑物的上部結(jié)構(gòu)時，大致受到以下幾個方面的約束。

3.1．外墻及圈梁的縱向水平約束?？v墻墻體可近似看作深梁，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，當(dāng)建筑物兩端沉降相對比中間部位大，或中間部位地基土的膨脹變形相對比兩端大時，“梁”的上截面受拉，下截面受壓。當(dāng)建筑物中間沉降相對比兩端大時，或兩端地基土的膨脹變形相對比中間部位大時，“梁”的上截面受壓，下截面受拉。受拉區(qū)的變形受到墻體本身及圈梁的縱向水平約束，當(dāng)水平約束應(yīng)力超過砌體抗拉強(qiáng)度時，墻體便產(chǎn)生裂縫。約束應(yīng)力在深梁的頂部達(dá)最大值，自上而下漸次衰減裂縫呈上寬下窄形式。同理，深梁下部受拉，墻角產(chǎn)生八字形裂縫，基礎(chǔ)開裂

3.2．樓、屋面板、橫墻的側(cè)向水平約束。當(dāng)外墻兩側(cè)地基土變形不均勻（一般外側(cè)變形大于內(nèi)側(cè)變形）時，基礎(chǔ)連同上部墻體有向兩側(cè)轉(zhuǎn)動的趨勢，這個過程受到上部結(jié)構(gòu)樓、屋面板、橫墻的側(cè)向水平約束。當(dāng)基礎(chǔ)與墻體向內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)時，上部結(jié)構(gòu)的樓、屋面板、橫墻受到了外墻傳來的側(cè)向壓力。一般來說，房屋的側(cè)向剛度足以抵抗這種壓力，對墻體變形完全可以取到約束作用，裂縫不會產(chǎn)生。而當(dāng)基礎(chǔ)與墻體向外翻轉(zhuǎn)時，樓、屋面板、橫墻對外墻產(chǎn)生拉結(jié)約束力，且樓、屋面板、橫墻對外墻的約束力超過砌體的抗拉極限強(qiáng)度，在約束拉力最大部位即縱橫墻交接處局部拉脫，外墻墻體外閃，并有外寬內(nèi)窄的水平裂縫產(chǎn)生。

3.3．樓、屋面板、圈梁的豎向約束。墻體的升降對上部結(jié)構(gòu)的板端及圈梁產(chǎn)生拉（壓）應(yīng)力，于此同時墻體也受到了板端及圈梁的豎向約束，特別是在同一建筑物多種基礎(chǔ)混用，以及采用不同結(jié)構(gòu)承重的情況下，地基土變形對上部結(jié)構(gòu)的影響存在很大差異，墻體的受到的約束力也極不平衡，使板端與圈梁對墻體的豎向約束應(yīng)力局部集中，引起樓面板支承反力重分布，在板內(nèi)產(chǎn)生新的附加內(nèi)力，在新的附加內(nèi)力作用下，斜截面受剪承載力不足而造成樓、屋面板的開裂、破壞。

總之，結(jié)構(gòu)在約束狀態(tài)下，首先要求有變形的余地，如結(jié)構(gòu)沒有條件滿足此要求，則必須產(chǎn)生約束應(yīng)力，超過砌體或混凝土構(gòu)件的抗拉、抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。裂縫開展的過程就是地基土變形的能量釋放過程，相應(yīng)的，結(jié)構(gòu)的約束力隨著裂縫的開展越來越小直至消失。

4、對策

4.1．設(shè)計(jì)方面

（1）慎重選擇場地，尤其避免在坡度較大的場地建造房屋。這類場地重力排水條件好，基槽在雨季最易浸水，在旱季有最易失水，含水量變化很大，當(dāng)然也最容易引起地基土的膨脹與收縮，對建筑物的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。

（2）建筑平面力求簡單，豎向體型力求規(guī)則，結(jié)構(gòu)剛度力求平衡，基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)承重方式力求單一。如不能滿足這些要求，應(yīng)適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)剛度和延性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗力，貫徹“抗”的原則。在建筑平面的轉(zhuǎn)折部位，豎向體型有顯著變化的部位以及基礎(chǔ)類型及上部結(jié)構(gòu)類型顯著差異部位，設(shè)置沉降縫以釋放地基變形能量，體現(xiàn)“放”的原（下轉(zhuǎn)第80頁）則?！翱埂迸c“放”是建筑物變形破壞的兩道防線，具體在設(shè)計(jì)上應(yīng)以“放”為先，其次才考慮“抗”。

（3）認(rèn)真分析工程地質(zhì)勘察報告，正確鑒別地基土的性質(zhì)，做好驗(yàn)槽工作。施工時如發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況與地質(zhì)勘察報告不符，應(yīng)通知有關(guān)單位處理，對膨脹土地基不能簡單根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)所得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C、ψ值確定地基承載力，由于土的脹縮特性，室內(nèi)剪切試驗(yàn)不能反映土的實(shí)際抗剪強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)或現(xiàn)行《膨脹土地基設(shè)計(jì)規(guī)范》確定。

（4）正確采用地基處理方法，如土性改良，基底換土砂石墊層、深基礎(chǔ)，盡量避免地基土的膨脹變形對上部結(jié)構(gòu)的影響。

4.2．施工方面

（1）合理安排工期。盡量避免在多雨季開挖基槽，基槽應(yīng)順?biāo)鞣较蚍侄伍_挖，切不可遍地開花，大面積開挖。開挖工期應(yīng)安排緊湊，不能拖延，防止雨水浸泡，使地基土含水量增加，開挖至基底標(biāo)高應(yīng)及時封底，防止暴曬過久，使地基土水分減少。

（2）完善場地排水設(shè)施。施工過程中管好施工用水不流入場地，做好基槽防水保濕工作。

（3）保證墻體施工質(zhì)量，灰縫應(yīng)飽滿，橫墻應(yīng)留斜槎，如需留直槎，應(yīng)按施工“規(guī)范”要求留置拉結(jié)筋。

（4）基槽不用原土回填，應(yīng)用非膨脹土、弱膨脹土及摻有石灰或其它材料的膨脹土。

（5）重視散水的施工質(zhì)量?；炷帘仨毎磳?shí)驗(yàn)室配合比嚴(yán)格配置，正確留置伸縮縫。伸縮縫間混凝土應(yīng)一次性澆注完畢，不留施工縫。保證按設(shè)計(jì)和“規(guī)范”施工。

5、裂縫的治理

5.1．對地基土已達(dá)到膨脹極限，上部結(jié)構(gòu)已穩(wěn)定的裂縫，可采用如下方法補(bǔ)強(qiáng)加固：

（1）裂縫較細(xì)、數(shù)量較少時，用水泥砂漿或水玻璃進(jìn)行表面修補(bǔ)。裂縫較深時，可用壓力灌漿法修補(bǔ)。

（2）裂縫較多的貫通性裂縫的墻體，外掛鋼筋網(wǎng)片，外抹高標(biāo)號水泥砂漿。

（3）墻體內(nèi)外、裂縫較大時，可用鋼拉桿拉結(jié)加固。

5.2．影響結(jié)構(gòu)安全或裂縫有繼續(xù)發(fā)展趨勢時，可采用如下方法：

（1）對墻體應(yīng)局部拆除重砌，新舊砌體牢固連接。

（2）對鋼筋混凝土現(xiàn)澆板、屋面板，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固，具體方法可根據(jù)工程特點(diǎn)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件，選擇粘鋼法，支撐法等。

參考文獻(xiàn)

1、王鐵夢 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制 安徽建筑 2001（1）

2、膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范（GBJ112-87） 北京中國建筑工業(yè)出版社 1995