膨脹土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)淺談

周家忠

膨脹土系指土中成分主要由親水礦物組成,具有顯著的吸水膨脹軟化和失水收縮的粘性土。一般的粘性土都有吸水膨脹、失水收縮的特性,但其變形量不大,不稱之為膨脹土,而膨脹土的這種變形量特性比較顯著,容易給工程帶來危害,因而它與一般的粘性土有著根本的不同。

在建筑工程上,由于膨脹土中含水量的變化而發(fā)生相應(yīng)的膨脹或收縮變形,特別是地基中膨脹土厚度不一,均勻性不一,不同部位膨脹應(yīng)力和產(chǎn)生的膨脹收縮應(yīng)變不一樣,容易導(dǎo)致地基土的不均勻隆起或下陷,使得建筑物墻體、地面開裂或下陷,給建筑物的安全帶來危害。

工程上膨脹土的脹縮等級(jí)分為三級(jí),如表1所示,膨脹土脹縮等級(jí)越高,其膨脹性越高。

表1 膨脹土的脹縮等級(jí)

在膨脹土地基上進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r、地基的脹縮等級(jí)、地基的工程地質(zhì)及水文情況和建筑物的結(jié)構(gòu)類型,綜合評(píng)定,選定經(jīng)濟(jì)、合理的方案。常規(guī)的膨脹土地基有如下幾種處理方法:1)用樁基礎(chǔ),使地基的持力層落在穩(wěn)定的土層上。2)換土,將膨脹土換成非膨脹土,這從根本上解決了土壤的脹縮特性。3)將基礎(chǔ)埋深,使基礎(chǔ)落到膨脹土大氣影響深度以下。4)增強(qiáng)基礎(chǔ)及房屋整體剛度,對(duì)抗膨脹土的膨脹應(yīng)力。5)對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行避水處理。

一般情況下,多層及高層建筑適宜選用樁基礎(chǔ)比較安全經(jīng)濟(jì)適用,且應(yīng)穿越膨脹土層一定深度,防止因土體膨脹造成整個(gè)樁基隆起。樁基礎(chǔ)之所以安全經(jīng)濟(jì)適用是因?yàn)?1)多層及高層建筑由于上部荷載較高,條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)和整板基礎(chǔ)在地基基礎(chǔ)承載力上難以滿足上部荷載的要求(事實(shí)上,幾乎所有的高層建筑和許多多層建筑在非膨脹土區(qū)域也采用樁基礎(chǔ))。2)由于樁基礎(chǔ)穿越了膨脹土層,其上部荷載作用力直接作用在下層非膨脹土持力層上,所以膨脹應(yīng)變對(duì)建筑物沒有實(shí)質(zhì)的影響。3)由于使用了樁基礎(chǔ),樁承臺(tái)體積與獨(dú)立基礎(chǔ)和整板基礎(chǔ)體積相比,大幅縮減,所以在經(jīng)濟(jì)上,費(fèi)用增加并不算高。4)樁基礎(chǔ)的承臺(tái)與基礎(chǔ)梁形成的整體剛度很好,基礎(chǔ)梁下可以架空或采用砂石等軟墊層,承臺(tái)和基礎(chǔ)梁完全可以抵抗膨脹土的脹縮所產(chǎn)生的應(yīng)力影響。

對(duì)于層數(shù)不多的建筑及單層建筑,用樁基礎(chǔ)不太經(jīng)濟(jì),應(yīng)考慮采用其他方式。首先應(yīng)遵循兩個(gè)原則:1)基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于1 m,盡量在大氣層影響深度以下。2)地基基礎(chǔ)及房屋的整體剛度要好。

具體可以從以下一些措施進(jìn)行考慮:

1)在較強(qiáng)或強(qiáng)膨脹土層露出較淺的建筑物場(chǎng)地或建筑物在使用上對(duì)不均勻變形有嚴(yán)格要求時(shí),可采用非膨脹土或灰土置換膨脹土,以減少可膨脹的土層,減少地基脹縮變形量。

2)基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于1 m,盡量埋在大氣影響深度以下,大氣影響深度主要與地下水位的變化有關(guān),具體數(shù)值應(yīng)當(dāng)由地質(zhì)勘探部門提供。大氣影響深度較淺的膨脹土地基可以采用有梁式條形基礎(chǔ)(有梁條形基礎(chǔ)的整體剛度要明顯好于普通條形基礎(chǔ))。大氣影響深度較深的膨脹土地基可采用獨(dú)立基礎(chǔ),上部結(jié)構(gòu)荷載落在基礎(chǔ)梁上,再由基礎(chǔ)梁傳遞給獨(dú)立基礎(chǔ),獨(dú)立基礎(chǔ)埋深應(yīng)盡量超過大氣影響深度。與條形基礎(chǔ)相比:一方面可減少土方開挖量,以及因土方開挖較深帶來的施工作業(yè)上的難度和費(fèi)用的增加;另一方面,獨(dú)立基礎(chǔ)的基礎(chǔ)梁可適當(dāng)抬高,減小標(biāo)高在±0以下的建筑物的實(shí)體體積,從而節(jié)省了費(fèi)用。基礎(chǔ)梁下應(yīng)采用砂石等軟墊層,弱化膨脹土膨脹應(yīng)力的影響,保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全。

3)建筑物上部結(jié)構(gòu)。建筑上部結(jié)構(gòu)如果是全框架最好,如不是全框架結(jié)構(gòu),上部每一層要設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁,所有門窗洞口要設(shè)置過梁。門窗兩側(cè)設(shè)立小構(gòu)造柱。磚墻最好采用實(shí)心粘土磚,因?yàn)閷?shí)心粘土磚的粘結(jié)力明顯好于空心磚和其他砌塊,砌筑砂漿的標(biāo)號(hào)必須達(dá)M5以上,砌體中不得采用磚拱結(jié)構(gòu)。

4)其他措施。為了減少對(duì)建筑物下膨脹土地基含水量的影響,建筑物周圍的散水應(yīng)設(shè)置較寬,一般應(yīng)大于1.2 m,最好達(dá)2 m左右。屋面排水宜采用外排水。建筑物平面轉(zhuǎn)折和高度有顯著變化的部位,以及地基膨脹土顯著不均勻處,應(yīng)設(shè)置沉降縫。對(duì)Ⅲ級(jí)膨脹土地基和使用要求特別嚴(yán)格的地面,可以采用架空地面。

總之,在膨脹土地基上進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)要以避為主,以抗為輔,避即指地基持力層宜在膨脹土大氣影響深度以下,或直接在非膨脹土上,避開膨脹土的膨脹應(yīng)力。抗即增加建筑物基礎(chǔ)及整體剛度,抵抗來自膨脹土的膨脹應(yīng)力,這樣就可以最大限度地防止膨脹土帶來的危害,確保建筑物少裂縫,不裂縫,確保建筑物的使用安全。

[1]李 昭.安徽膨脹土鐵路路基填料改良試驗(yàn)的初步研究[J].山西建筑,2009,35(20):106-107.