陜南膨脹土的地基處理方法簡(jiǎn)析

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

1 膨脹土分布的地理位置

膨脹土是土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。

膨脹土在陜南較大河谷中有分布，但主要分布在漢中、西鄉(xiāng)、安康三個(gè)盆地，總面積約1 300 km2，占三個(gè)盆地面積的1/2以上。漢中盆地為近東西向山間盆地，地勢(shì)北高南低，東西長(zhǎng)約102 km，南北最寬處約25～30 km，閉合于洋縣龍亭，西端因有梁山突起楔入，將其分為勉縣、南鄭兩個(gè)分支，總面積約700 km2。西鄉(xiāng)盆地位于漢江南側(cè)的牧馬河中段，盆地西南高，東北低，長(zhǎng)約21 km，寬9 km，面積152 km2。安康盆地由馬池、漢陰、安康三個(gè)小盆地組成的狹長(zhǎng)狀山間盆地，呈西北-東南向展布，總面積約396 km2。

2 膨脹土工程地質(zhì)特性

根據(jù)自由膨脹率(δef)的大小，膨脹土分類如表1，膨脹土對(duì)地層磚混結(jié)構(gòu)房屋的影響程度分級(jí)如表2。

表1 膨脹土分類表

2.1 膨脹土物性指標(biāo)

膨脹土的基本物性指標(biāo)如天然含水量、孔隙比隨膨脹土類別的增大而增加，而天然密度、干密度隨膨脹土類別的增大而減小。其液限、塑限、塑性指標(biāo)等指標(biāo)也隨膨脹土類別的增大也呈增大的趨勢(shì)。

2.2 膨脹土的縮脹性指標(biāo)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，陜南Ⅰ類膨脹土漢中盆地自由膨脹率δef=40%～58%，平均值43.6%；西鄉(xiāng)盆地自由膨脹率δef=40%～52.2%，平均值46%；安康盆地自由膨脹率δef=40%～61%，平均值46.1%。Ⅱ類膨脹土漢中盆地自由膨脹率δef=59%～85%，平均值69.3%；西鄉(xiāng)盆地自由膨脹率δef=53.6%～88%，平均值68.4%；安康盆地自由膨脹率δef=56%～85.9%，平均值69.5%。Ⅲ類膨脹土漢中盆地自由膨脹率δef=76%～97%，平均值90.4%；西鄉(xiāng)盆地自由膨脹率δef=83.7%～138%，均值101.6%；安康盆地自由膨脹率δef=75.4%～112%，平均值96%?？傮w來(lái)說(shuō)，陜南Ⅰ類膨脹土均具弱膨脹性，Ⅱ類膨脹土均具中等膨脹性，Ⅲ類膨脹土均具強(qiáng)等膨脹性。

膨脹土的脹縮特性：吸水膨脹，失水收縮的基本原因在于土粒與水的相互作用，土粒中的粘土礦物晶格擴(kuò)張和土中結(jié)合水膜厚度的變化而引起土粒間距離的擴(kuò)大或縮小,因而引起土體積的增大或縮小。

表征膨脹潛勢(shì)的指標(biāo)：無(wú)荷膨脹率、膨脹力、線縮率、體縮率、收縮系數(shù)等都隨著膨脹土類別的增加,其膨脹潛勢(shì)也在增大,即以Ⅲ類土膨脹潛強(qiáng)而Ⅰ類土最弱。

2.3 膨脹土的力學(xué)特征

2.3.1 膨脹土的壓縮特性

陜南膨脹土的壓縮性指標(biāo)如表3。

表3 陜南膨脹土壓縮性指標(biāo)表

由表可見(jiàn)，Ⅰ、Ⅱ類膨脹土平均壓縮系數(shù)為a1-2=0.16～0.24 Mpa-1，平均壓縮模量Es=12.53～17.74 Mpa，一般為中等壓縮性土；而Ⅲ類膨脹土的壓縮系數(shù)a1-2=0.50～0.83 Mpa-1，壓縮模量的平均值為3.77 Mpa，為高壓縮性土。

2.3.2 膨脹土的抗剪強(qiáng)度

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，陜南三個(gè)盆地膨脹土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)規(guī)律，Ⅰ、Ⅱ類膨脹土抗剪強(qiáng)度峰值的范圍值大于Ⅲ類膨脹土抗剪強(qiáng)度范圍值，其殘余強(qiáng)度也有類似規(guī)律。三軸剪切試驗(yàn)測(cè)得的抗剪強(qiáng)度小于直剪峰值強(qiáng)度，而大于殘余強(qiáng)度。

天然狀態(tài)下膨脹土強(qiáng)度比飽和狀態(tài)時(shí)大許多,主要是凝聚力C值降低50%以上，而且三種類型膨脹土都具有隨土體含水量增加而其強(qiáng)度減小的變化規(guī)律。

3 工程概況

3.1 地基土的工程地質(zhì)特性

本工程位于安康漢濱區(qū)五里鎮(zhèn)，建筑物為兩層磚混結(jié)構(gòu)樓房。地貌單元為二級(jí)階地，地形較平坦，地表分布有厚度較大的淺棕紅色粉質(zhì)粘土。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，粉質(zhì)粘土物性指標(biāo)比重Gs=2.72，含水率ω=21.5%，天然密度ρ=1.91 g/cm3，干密度ρd=1.56 g/cm3，孔隙比e=0.705，飽和度Sr=84.3%，自由膨脹率δef=52.5%。粉質(zhì)粘土力學(xué)指標(biāo)壓縮系數(shù)a1-2=0.40 Mpa-1，壓縮模量Es=6.2 Mpa，快剪C=40 kpa，φ=15°，飽和快剪C=25 kpa，φ=9°，承載力fk=180 kpa。

粉質(zhì)粘土自由膨脹率δef=52.5%，其屬弱膨脹性土，經(jīng)計(jì)算后變形量Sc=30 mm。由此可知本場(chǎng)地粉質(zhì)粘土屬弱膨脹性土，地基土的膨脹等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

3.2 地基土的預(yù)防及處理方法

3.2.1 膨脹土地基變形的預(yù)防

膨脹土發(fā)生脹縮變形的根本原因在于土體中存在一定數(shù)量的強(qiáng)烈親水性粘土礦物或粘膠顆粒和特殊的微觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)大氣降水，地下水升降以及氣溫變化等的影響而發(fā)生作用。

挖除基礎(chǔ)下的膨脹土是消除其變形最徹底和最簡(jiǎn)便的方法。然而往往不現(xiàn)實(shí)。

預(yù)防膨脹土發(fā)生變形的危害，關(guān)健在于如何防止大氣降水和地下水對(duì)地基土的浸潤(rùn)和氣溫變化的影響，即使地基土天然含水量保持一定狀態(tài)，既不因含水量的增加而發(fā)生膨脹，也不因含水量的減少發(fā)生收縮。結(jié)合陜南膨脹土特性和地形地質(zhì)條件，可采取如下一些措施避免發(fā)生脹縮變形的危害。

(1)加寬建筑物周圍散水坡。建筑物周圍 的散水坡應(yīng)做到1.5～2.0 m或更寬一些。構(gòu)筑物如煙囪、水塔基礎(chǔ)的散水坡最好超出基礎(chǔ)外緣0.5～1.0 m。

(2)建筑物四周設(shè)排水溝。建筑物四周可設(shè)混凝土排水溝，將雨水及生活用水等地表水引入明溝排走。

(3)設(shè)置防水層。對(duì)濕沾潤(rùn)建筑物，如水池、用水車間等濕潤(rùn)房屋，可在基礎(chǔ)下設(shè)置防水層(如土工布)既可防止地表水下滲，又可阻止地基土水分蒸發(fā)，從而使基礎(chǔ)土體濕度保持較穩(wěn)定狀態(tài)，使基礎(chǔ)土體脹縮變形效應(yīng)減至最低限度。

(4)加固房屋地基。為防止地基表面開(kāi)裂、隆起等變形，可在其表面加厚夯實(shí)基礎(chǔ)，以達(dá)到封閉隔水和防止脹縮變形的作用。

(5)采取隔熱措施。陜南膨脹土地基多以收縮變形為主。因此對(duì)建有工業(yè)爐、煙囪煙道、地下熱力管道、地下蓄熱設(shè)施的工廠等建筑，應(yīng)采取隔熱措施，避免地基失水收縮，防止基礎(chǔ)下沉。

3.2.2 建筑物地基處理方法

(1)加深基礎(chǔ)砌置深度。加深基礎(chǔ)砌置深度，其目的是減少膨脹土地基土層的厚度，增大基礎(chǔ)底面以上土層的自重，加大基礎(chǔ)側(cè)面與土的摩擦力，增大至基礎(chǔ)底面的滲透距離或弱蒸發(fā)條件，保持地溫和濕度的穩(wěn)定，以防止和減弱膨脹土變形強(qiáng)度。

(2)置換土墊層或砂墊層

如膨脹土地基厚度過(guò)深，難以達(dá)到濕度和溫度相對(duì)穩(wěn)定的地段，則有必要考慮挖除上部一定深度的膨脹土，而換以非膨脹土層以夯實(shí)回填，如采用素填土墊層、砂墊層或礫卵石、碎石墊層等。

(3)用摻石灰、粉煤灰的膨脹土作地基墊層

在膨脹土中摻入6%～10%的石灰與煤灰，使土體脫水硬化，脹縮性減小，膨脹潛勢(shì)基本消除，提高土體強(qiáng)度。同時(shí)，摻灰混合土還能起到隔水保濕作用。

(4)墩基加基礎(chǔ)梁方案。如單層建筑物的條件基礎(chǔ)過(guò)長(zhǎng)，而其下地基土又不均一時(shí)，則會(huì)發(fā)生不均勻沉降，使上部建筑這形破壞。因此，可以考慮鋼筋混凝土梁，托起上部構(gòu)筑物。墩基要深入到土體濕度相對(duì)穩(wěn)定的深度。

(5)樁基方案。如膨脹土地基過(guò)厚，膨脹潛勢(shì)較強(qiáng)，如用灰土墊層或其它處理方法不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可考慮用樁基穿透膨脹土層而深入到非膨脹土中。

(6)壓力抵消方案。增加基礎(chǔ)附加荷重，抵消由于膨脹土而產(chǎn)生的膨脹力。當(dāng)基礎(chǔ)下附加壓力與土的自重壓力之和，等于或大于膨脹力時(shí)，則地基可能不再發(fā)生肝脹。此種方案應(yīng)用于以膨脹為主的膨脹土。

本工程粉質(zhì)粘土屬弱膨脹性土，地基土的膨脹等級(jí)為Ⅰ級(jí)。建筑物為二層磚混結(jié)構(gòu)，上部荷載不大，因此采用換填法。即置換土墊層或砂墊層，采用素填土墊層、砂墊層或礫卵石、碎石墊層等，處理厚度>50 mm。

3.3 施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)

在處理地基時(shí)應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)基坑不宜長(zhǎng)期暴露或任其積水浸泡，在施工過(guò)程中，應(yīng)作好場(chǎng)地排水工作。

(2)基坑應(yīng)隨挖隨做基礎(chǔ)，并立即回填，對(duì)基礎(chǔ)面兩側(cè)回填土應(yīng)分層夯實(shí)，盡可能減少水的下滲。

(3)當(dāng)發(fā)現(xiàn)基坑中土體出現(xiàn)裂隙時(shí)，對(duì)重要工程宜將裂隙灌漿，并用非膨脹土做地表蓋層再進(jìn)行施工。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)陜南的膨脹土在平面分布上具有面積大但相對(duì)集中的特點(diǎn)，主要集中在漢中、安康、西鄉(xiāng)三個(gè)地區(qū)。在豎向分布上具有埋深淺、厚度大的特點(diǎn)，膨脹土多出露于地表，單一場(chǎng)地的累積厚度大于10 m。在脹縮特性方面具有脹縮等級(jí)較低，膨脹力不高(一般低于100 kPa,個(gè)別為129 kPa)的特點(diǎn)。針對(duì)這些特點(diǎn)，膨脹土地基主要通過(guò)布置地形、基礎(chǔ)埋深、置換墊層、墩基、樁基等不進(jìn)行處理。

(2)由于膨脹土的性質(zhì)受地區(qū)氣候、地形、自然地質(zhì)條件、建筑經(jīng)驗(yàn)以及土性等因素共同影響，使得在膨脹土地區(qū)建造建筑物往往具有較大的困難。膨脹土脹縮的性質(zhì)給建筑物的正常使用帶來(lái)了隱藏的災(zāi)害，對(duì)膨脹土地區(qū)的建筑物提出了更高的要求。因此，膨脹土的治理必須引起足夠的重視，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件，選擇切實(shí)可靠的工程措施。

(3)在施工過(guò)程中要引起足夠重視，特別是一些有深基坑開(kāi)挖的工程，需做好坡面防護(hù)，避免出現(xiàn)滑坡、塌方，另外，切忌用經(jīng)過(guò)晾曬、擾動(dòng)的膨脹土作為回填材料。