地基基础处理技术第二章3膨胀岩土.docx

1、地基基础处理技术第二章3膨胀岩土第三节 膨胀岩土膨胀岩土是指岩土体中含有大量的亲水性粘土矿物成分，在环境湿度变化时有较大的体积变化，变形受约束时产生较大内应力的岩土。一、膨胀岩土的判别及类型(一) 膨胀岩土的工程地质特征1野外特征(1) 地貌特征：多分布在二级及二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形坡度平缓，无明显的自然陡坎。在流水作用下的水沟水渠，常易崩塌、滑动而淤塞。(2)结构特征：膨胀岩土干时坚硬，遇水软化，在自然条件下多呈坚硬、硬塑状态，结构致密，自由膨胀率一般大于40%，呈棱形土块者常具有胀缩性，棱形土块越小，胀缩性越强。土内分布有裂隙，裂缝发育，方向不规则，常有光滑面和擦痕，裂缝

2、中常充填灰白、灰绿色粘土。膨胀岩土多为细腻的胶体颗粒组成，断口光滑，土内常包含钙质结核和铁锰结核，呈零星分布，有时也富集成层。(3) 地表特征：分布在沟谷头部、库岸和路堑边坡上的膨胀土常易出现浅层滑坡，新开挖的路堑、边坡、基槽，旱季常出现剥落，雨季则出现表面滑塌。膨胀土分布地区还有一个特点，即在旱季常出现地裂，长可达数十米至近百米，深数米，雨季闭合。(4) 地下水特征：膨胀土地区多为上层滞水或裂隙水，无统一水位，随着季节水位变化，常引起地基的不均匀胀缩变形。2膨胀土的物理力学性质指标我国有关地区膨胀土的物理力学性质指标列于表2-3-1。 膨胀土的物理力学性质指标 表2-3-1地区天然含水量w(

3、%)重度(kN/m3)孔隙比e液限wL (%)塑指IP(%)液性指数IL粘粒含量2 (%)自由膨胀率FS(%)膨胀率eP(%)膨胀力pp(kPa)线缩率eSL(%)云南鸡街广西宁明广西田阳2427.421.520.219.320.20.680.790.64505547.52528.923.900.070.0948534579685.01103175982.976.442.73云南蒙自云南文山云南建水39.437.332.517.817.718.31.151.130.997357593427290.030.290.064245508152529.555062408.209.507.0河北邯郸河南

4、平顶山湖北襄樊23.020.822.420.020.320.00.670.610.6550.850.055.226.726.424.30.050031303280621123.0156137304.48山东临沂34.818.21.0555.229.20.33617广西南宁35.018.60.9862.233.20.1561562.6343.8安徽合肥工大江苏六合马集江苏南京卫岗四川成都川师23.422.121.721.820.120.620.420.20.680.620.630.6446.541.342.443.823.219.821.222.20.090.050.070.053024.540

5、6456612.195985333.5成都龙潭寺湖北枝江湖北荆门23.322.017.919.920.120.70.610.660.5642.844.843.920.920.524.20.010.030.023831309051643994565.92.14湖北郧县陕西安康陕西汉中20.620.422.220.120.220.10.630.620.6847.450.842.822.320.321.3000.1025.824.35357584.432.071.662637274.313.475.8山东泰安22.319.60.7140.220.20.12650.0914广西金光农场桂林奇峰镇403

6、717.818.21.151.13807914130.0206330240.6510473.52.4贵州贵阳52.716.81.57904.60.1354.533.30.7614.79.38广西武宜广西来宾县广西贵县广西武鸣3629322718.318.519.218.50.990.890.910.90685867722630251500.04030一般的膨胀性软岩105、3015（三）膨胀岩土的判别膨胀岩土的判别，目前尚无统一的指标，大多采用综合判别法；可根据下列特征鉴别膨胀岩土：(1) 已有建筑经验证明，当土中水分聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀压力而导致建筑物的破坏

7、，土中水分减少时，土体收缩并可使岩土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。(2) 膨胀岩土一般分布在二级及二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘。地形特征在山地表现为低丘缓坡，在平原地带表现为地面龟裂、沟槽、无直立边坡。(3) 膨胀岩土在风干时出现大量的微裂隙，具有光滑面挤压擦痕且有滑腻感。呈坚硬、硬塑状态的岩土体易沿微裂隙面散裂，当其遇水时则软化。膨胀岩土一般呈灰白、灰绿、灰黄、棕红、褐黄等颜色。(4) 膨胀岩土分布地区易发生浅层滑坡、地裂、新开挖的基槽及路堑边坡坍塌等不良地质现象。(5) 膨胀岩土成分是以蒙脱石及伊利石为主的粘土矿物。(6) 地下洞室或隧道的衬砌、井巷支护等结构常产

8、生垂直洞轴线的全断面径向张性胀裂破坏现象。根据实际经验，当土的自由膨胀率大于40%时，大多数可鉴别为膨胀岩土。二、膨胀土地基上建筑物的变形(一)胀缩引起建筑物变形的条件使膨胀土产生胀缩，造成建筑物变形的条件有下列几种情况：1. 建筑物本身的条件：当建筑物荷载较小，基础埋置较浅，建筑物刚度较弱时，胀缩易引起建筑物的变形；2. 气候条件：当日照通风条件好，温差幅度大，在气候突变的年份时，胀缩易引起建筑物的变形；3. 地基条件：当土层分布不均匀、地下水位低时，在挖方时，胀缩易引起建筑物的变形；4. 地形地物条件：当建筑物附近有树林、草地、耕地浇水时，或建筑物位于高爽地段、陡砍斜坡时，膨胀土的胀缩易引

9、起建筑物的变形；5. 生产设施条件：当干湿设施差别大，在高温车间或湿润车间时，胀缩易引起建筑物的变形。(二) 建筑物变形的特征膨胀土地基受季节性气候影响产生胀缩变形，使建筑物上下反复升降，造成开裂破坏。一般情况下建筑物变形有下列特征：l建筑物建成后三、五年才出现裂缝，甚至一、二十年才开裂，也有少数未竣工就开裂。房屋开裂往往是地区性成群出现，特别是气候强烈变化之后，(如长期干旱等)更是如此。开裂以低层民用建筑较为严重。裂缝随季节性气候变化而变化(因土层含水量随季节性变化)，旱时张开，雨时闭合。2在相似地质条件下，同一地区的建筑物，其变形幅度是随基底压力和基础埋深的增加而减小。同一建筑物外墙的升降

10、幅度一般大于内墙，且以角端最为敏感。3建筑物裂缝具有其特殊性，如：(1)角端斜向裂缝：常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字形裂缝，伴随有一定的水平位移或转动；(2)纵墙的水平裂缝：一般在窗台下与勒脚下出现较多，同时伴有墙体外倾、外鼓、基础外转和内外墙脱开，以及内横墙出现倒八字裂缝或竖向裂缝；(3)竖向裂缝：一般出现在墙的中部，上宽下窄；(4)独立砖柱的水平断裂，并伴随水平位移和转动；(5)地坪隆起，多出现纵长裂缝，有时出现网格状裂缝；(6)当地裂通过房屋时，在地裂处墙上产生竖向或斜向裂缝。另外，膨胀土边坡很不稳定，易产生浅层滑坡，引起房屋和构筑物开裂破坏，设汁施工时应先治坡后治基，防止滑坡发生

11、。4特殊条件下加速建筑物的变形：(1)特殊气候(例如大旱和久旱后频雨)下的建筑物的变形幅度大于常年气候下的变形幅度，而且常造成建筑物的损坏。(2)临近坡肩和处于冲沟尾部的建筑物：由于差异变形大，容易产生开裂和损坏。(3)当建筑物内、外有局部水源补给时，往往增大胀缩差异变形。(4)炎热或较干旱地区(如云南、广西的一些地区)建筑物周围的阔叶树(特别是常年不落叶的桉树)，对建筑物的胀缩变形影响很大，尤其是在早年能造成较大的不利影响。5丘岗地带地质条件十分复杂，兼之膨胀士主体中裂隙发育，除胀缩变形外，在邻近临空面地段还有可能出现局部剪切变形，表现为轻型房屋的长期下沉、错落以及产生浅层滑移等现象。三、膨

12、胀土的地基评价(一) 膨胀土场地的分类按场地的地形地貌条件，可将膨胀土建筑场地分为两类：1平坦场地：地形坡度小于50，且同一建筑物范围内局部高差不超过1m或地形坡度大于50小于140，与坡肩水平距离大于10m的坡顶地带。2坡地场地：不符合以上条件的均为坡地场地。(二) 膨胀潜势膨胀土的膨胀潜势可按其自由膨胀率分为三类(表2-3-5)膨胀土的膨胀潜势分类 表2-3-5自由膨胀率(%)膨胀潜势40ef6565ef90ef90弱中强(三)膨胀土地基的胀缩等级 根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混结构房屋的影响程度，地基的胀缩等级可按分级变形量分为三级(表2-3-6)。膨胀土地基的胀缩等级 表2-3-6

13、分级变形量Sc(mm)级别15Sc3535Sc70Sc70地基分级变形量Sc按式2-3-2式2-3-6计算，式中膨胀率采用的压力应为50kPa。由于各地区的膨胀土的特征不同，性质各有差异，有的地区对本地区的膨胀土有深入的研究，因此，膨胀土的分级，亦可按地区经验划分。(四) 膨胀土地基的变形量 1 膨胀土地基的计算变形量应符合下式要求： (2-3-1)式中： sj天然地基或人工地基及采取其它处理措施后的地基变形量计算值(mm)；sj建筑物的地基容许变形值(mm)。可按表2-3-7采用。建筑物的地基容许变形值(mm) 表2-3-7结构类型相对变形变形量(m)种类数值砖混结构局部倾斜0.00115房

14、屋三到四开间及四角有构造柱或配筋砖混承重结构局部倾斜0.001530工业与民用建筑相邻柱基(1) 框架结构无填充墙(2) 框架结构有填充墙(3) 当基础不均匀升降时不产生附加应力的结构变形差变形差变形差0.001l0.0005l0.003l302040注: l为相邻柱基的中心距离(m)。2膨胀土地基变形量的取值应符合下列规定：(1)膨胀变形量应取基础某点的最大膨胀上升量；(2)收缩变形量应取基础某点的最大收缩下沉量；(3)胀缩变形量应取基础某点的最大膨胀上升量与最大收缩下沉量之和；(4)变形差应取相邻两基础的变形量之差；(5)局部倾斜应取砖混承重结构沿纵墙610m内基础两点的变形量之差与其距离

15、的比值。3膨胀土地基变形计算，可按以下三种情况计算：(1)当离地表1m处地基土的天然含水量等于或接近最小值时，或地面有覆盖且无蒸发可能性，以及建筑物在使用期间，经常有水浸湿地基，可按膨胀变形量计算，膨胀变形量按下式计算： (2-3-2)式中：se地基土的膨胀变形量(mm)；e计算膨胀变形量的经验系数，宜根据当地经验确定，若无可依据经验时，三层及三层以下建筑物，可采用0.6；epi基础底面下第i层土在该土的平均自重压力与平均附加压力之和作用下的膨胀率，由室内试验确定；hi第i层土的计算厚度(mm)；n自基础底面至计算深度内所划分的土层数，计算深度应根据大气影响深度确定，有浸水可能时，可按浸水影响

16、深度确定。(2)当离地表1m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，可按收缩变形量计算，收缩变形量按下式计算： (2-3-3)式中：Ss地基土的收缩变形量(mm)；s计算收缩变形量的经验系数，宜根据当地经验确定，若无可依据经验时，三层及三层以下建筑物，可采用0.8；n自基础底面至计算深度内所划分的土层数，计算深度可取大气影响深度，当有热源影响时，应按热源影响深度确定。si第i层土的收缩系数，应由室内试验确定；w i地基土收缩过程中，第i层土可能发生的含水量变化的平均值(以小数表示)；在计算深度内，各土层的含水量变化值，应按下式计算： (2-3-4) (2-3-5)

17、式中：w1、wp地表下处土的天然含水量和塑限含水量（以小数表示）；w土的湿度系数；zi第i层土的深度(mm)；zn计算厚度(mm)，可取大气影响深度。在地表下4m土层深度内，存在不透水基岩时，可假定含水量变化值为常数；在计算深度内有稳定地下水位时，可计算至水位以上3m。(3) 其他情况下，可按膨胀变形量计算。膨胀变形量按下式计算： (2-3-6)式中：s地基土的胀缩变形量(mm)；计算胀缩变形量的经验系数，可取0.7。(五)膨胀土地基承载力的确定载荷试验法对荷载较大的建筑物，用现场浸水载荷试验方法确定地基的承载力。计算法采用饱和三轴不排水快剪试验确定土的抗剪强度，再根据国家现行建筑地基基础设计

18、规范中有关规定计算承载力。经验法对已有大量试验资料地区，可制定承载力表，供一般工程采用。无资料地区，可按膨胀土地区建筑技术规范附录三的表列数据采用。(六) 膨胀岩土地基的稳定性 位于坡地场地上的建筑物的地基稳定性按下列几种情况验算：1土质均匀且无节理面时按圆弧滑动法验算。2岩土层较薄，层间存在软弱层时，取软弱层面为潜在滑动面进行验算。3层状构造的膨胀岩土，如层面与坡面斜交且交角小于450时，验算层面的稳定性。验算稳定性时，必须考虑建筑物和堆料荷载，抗剪强度应为土体沿潜在滑动面的抗剪强度，稳定安全系数可取1.2。四、膨胀岩土地区的工程措施(一)场址选择 场址选择时应选具有排水通畅、坡度小于140

19、并有可能采用分级低挡土墙治理、胀缩性较弱的地段，避开地形复杂、地裂、冲沟、浅滑坡发育或可能发育、地下水位变化剧烈的地段。(二)总平面设计 总平面设计时宜使同一建筑物地基土的分级变形差不大于35mm，竖向设计宜保持自然地形，避免大挖大填，应考虑场地内排水系统的管道渗水或排泄不畅对建筑物升降变形的影响。(三)坡地建筑 在坡地上建筑时要验算坡体的稳定性，考虑坡体的水平移动和坡体内土的含水量变化对建筑物的影响(四)斜坡滑动防治对不稳定或可能产生滑动的斜坡必须采取可靠的防治滑坡措施，如设置支挡结构，排除地面及地下水、设置护坡等措施。(五)基础埋置深度膨胀土地基上建筑物的基础埋置深度不应小于1m。当以基础

20、埋深为主要防治措施时，基础埋深应取大气影响急剧层深度或通过变形验算确定。当坡地坡角小于140时，基础外边缘至坡肩的水平距离大于或等于2.5时，基础埋深可按下式确定： (2-3-7)式中：d基础埋置深度（m）；h设计斜坡高度(m)；设计斜坡的坡角(0)；基础外边缘至坡肩的水平距离(m)。da大气影响深度（m）。(六)地基处理膨胀土地基处理可采用换土、砂石垫层、土性改良等方法，亦可采用桩基或墩基。确定处理方法应根据土的胀缩等级、地方材料及施工工艺等，进行综合技术经济比较。换土可采用非膨胀性土或灰土，换土厚度可通过变形计算确定。平坦场地上的、级膨胀土地基，宜采用砂、碎石垫层。垫层厚度不应小于300m

21、m。垫层宽度应大于基底宽度，两侧宜采用与垫层材料相同的材料回填，并作好防水处理。采用桩基础时，其深度应到达胀缩活动区以下，且不小于设计地面下5m。同时，对桩墩本身，宜采用非膨胀土作隔层。(七)宽散水以宽散水为主要防治措施，散水宽度在级膨胀土地基上为2m，在级膨胀土地基上为3m时，建筑物基础埋深可为1m。(八)建筑体型建筑体型力求简单，在下列情况下应设沉降缝：1挖方与填方交界处或地基土显著不均匀处；2建筑物平面转折部位或高度(或荷重)有显著差异部位；3建筑结构(或基础)类型不同部位。 (九)膨胀土地区建筑物的室内地面设计，应根据使用要求分别对待，对级膨胀土地基和使用要求特别严格的地面，可采取地面

22、配筋或地面架空等措施。(十)建筑物应根据地基土胀缩等级采取下列结构措施：1较均匀的弱膨胀土地基，可采用条基，基础埋深较大或条基基底压力较小时，宜采用墩基；2承重砌体结构可采用拉结较好的实心砖墙，不得采用空斗墙、砌块墙、或无砂混凝土砌体；不宜采用砖拱结构、无砂大孔混凝土和无筋中型砌块等对变形敏感的结构；级、级膨胀土地区，砂浆强度等级不宜低于M2.5；3房屋顶层和基础顶部宜设置圈梁(地基梁、承台梁可代替基础圈梁)，多层房屋的其它各层可隔层设置，必要时，也可层层设置；4级膨胀土地基上的建筑物如不采取以基础深埋为主的措施时，尚可适当设置构造柱；5外廊式房屋应采用悬挑结构。(十一)道路路基：膨胀岩土作为道路路基时，一般情况下宜先采取石灰填层或石灰水处理以及其它措施以清除其膨胀性或其膨胀性对路面的影响。(十二)膨胀岩地区的地下工程膨胀岩地区的地下工程设计除应符合锚杆喷射混凝土支护技术规范的规定外，尚需满足下列要求：1开挖断面及导坑断面宜选用、圆形，分部开挖时，各开挖断面形状应光滑，自立时间不能满足施工要求时，宜采用超前支护。2全断面开挖、导坑及分部开挖时，应根据施工监控的收敛量和收敛率安设锚杆，分层喷射混凝土，必要时分层布筋，应使各层适时形成封闭型支护，并考虑各断面之间的