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膨胀土地基基础处理探讨

文章编辑:【河南彬豫强夯地基基础工程有限公司】发布日期:2018-08-27 15:30:20

  我国地基土多样,其抗剪强度、压缩性及透水性等因土的种类不同而差别较大,各种地基土中,不少为软弱土和不良土,如软粘土、湿陷性黄土、多年冻土、膨胀土等。当前,随着我国工程建设规模的不断扩大,新建设工程越来越多地遇到不良地基,本文结合实践经验,以南方广泛分布的膨胀土地基为研究对象,就膨胀土地基处理技术进行探讨。
  1 膨胀土地基特性及对建筑的危害性分析
  膨胀土是一种其粘料成分主要由强亲水性矿物组成的高塑性黏土,多呈现坚硬或硬塑状态,强度一般较高,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形,浸水后强度衰减,干缩裂隙发育的特征。我国膨胀土分布广泛,广西、云南、湖北、江苏、广东等地均有不同范围的分布。利用膨胀土作为建筑物的地基时,若在施工中没有采取必要的措施进行地基处理,往往会给建筑物带来危害,主要表现为建筑物的基础外移、房屋开裂(山墙倒八字形缝,外纵墙下部水平缝)、地坪开裂等事故。以南宁为例,据有关资料显示,南宁地区膨胀土成分含有较多的亲水性强的蒙脱石、伊利石等膨胀性物质,黏粒含量高,粒径<0.002mm的胶体颗粒含量>25%,塑性指数IP在17~32之间,自由膨胀率超过40%,因此该地区的膨胀土具有非常明显的湿胀干缩效应。由于上部作用荷载不同,使得地基土体在强烈的胀缩循环过程中受到不同程度的限制,导致基础产生不均匀沉降,从而使得上部轻型结构中产生超出墙体承载能力的附加拉力和剪力,墙体出现裂缝。据不完全统计,我国在膨胀土地区修建的各类工业与民用建筑物,因地基土胀缩变形而导致损坏或破坏的超过1000万m2。
  2 膨胀土地基基本处理方法
  2.1 换土法
  即将膨胀土全部或部分挖掉,换填非膨胀黏性土、砂砾土、砂土或灰土以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料,消除或减小地基胀缩变形。该法本质是回避膨胀土的不良工程特性,从源头上改善地基,是膨胀土地基处理方法中最简单而且有效的方法。
  2.2 垫层法
  该法与换土法施工过程基本相同,主要应用于较薄的膨胀土层及主要胀缩变形层不厚的情况,但对膨胀土层较厚的地基可采用部分挖除,铺设碎石垫层、砂垫层抑制膨胀土的升降变形引起的危害,其作用主要是减小地基胀缩变形和调节膨胀土地基沉降量,具有补偿功能。此外,砂土层还具有防止地下水毛细作用上升的作用,避免地基受膨胀作用的影响。
  2.3 压实控制法
  膨胀土压实需考虑压实后的干容重关、含水量、压实的方法、附加荷载等因素,但在实际施工中因目前的压实设备基本均能满足压实功的要求,采用该法的工程一般荷载不大,因此附加荷载也不大,故后两个因素可忽略。但因膨胀土具有湿胀干缩的性质,且该性质具有反复性,压实到最大容重后湿水必然带来更大的膨胀。因此,使用该法施工时一般是在含水量略高于自然含水量的情况下进行压实,压实在一个相对低容重的标准。压实法需在现场作试验,建立含水量、干容重、膨胀潜势之间的关系,以指导施工。并应特别注意控制含水量,以免含水量过大导致水分向下层缺水的土层中转移,导致膨胀。
  2.4 土质改良法
  即利用石灰、水泥或其他固化材料通过与膨胀土的物理化学作用进行膨胀土的改性处理,以达到降低膨胀土膨胀潜势、增强强度和水稳性的目的。具体来说,石灰的固化作用是由于盐基交换、次生碳酸钙胶结性、粘土颗粒与石灰相互作用形成新的含水硅酸钙、铝酸钙等新矿物而显现出来;水泥的固化作用是由于钙酸盐与铝的水化物和颗粒间的胶结作用,胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用,从而降低膨胀土的液限,增大膨胀土的塑限和抗剪强度;NCS固化材料除具有石灰、水泥的优点消除土的胀缩性外,还有吸水增强作用,改善土的压实性并生成微型加筋结构,提高土的强度。
  2.5 湿度控制法
  湿度控制法是通过控制膨胀土含水量的变化,保持地基中的水分少受蒸发及降雨入渗的影响,进而抑制地基的胀缩变形。当前较成功的保湿方法有四种,即暗沟保湿法、预浸水法、全封闭法及帐幕保湿法。
  3 膨胀土地基基础的处理措施
  3.1 根据建筑结构开裂特征进行恰当的处理
  3.1.1 地基土胀缩性较强。可采用钢筋混凝土箍加固基础,以抵抗地基土水平方向胀缩力,使基础不再拉裂。当房屋开裂破损严重,处于危险状态需大部拆除或全部拆除重建时,可采用在原有基础上加钢筋混凝土圈梁的办法,使地基土的胀缩力不致传入上部结构。在原有基础表面粉水泥砂浆抹光并铺油毡一层,使钢筋混凝土圈梁与基础形成铰接,从而减轻地基土胀缩力的传递。
  3.1.2 地基土胀缩性较弱。可在墙体有开裂的基础两边各挖沟250mm填砂,通过砂沟隔断或调节膨胀土地基的胀缩力对基础的作用。
  3.2 膨胀土地区新建房屋采取的措施
  3.2.1 建筑措施:1)设置建筑物上,应选择场地条件简单、没有地裂、陡坎、冲沟不发育、地质分层均匀的有利地段;2)建筑物体型不宜过长,切忌平面凹凸曲折和立面高低不一;3)山梁处、建筑平面转折部位和高度(荷重)有显著差异部位――建筑结构类型(或基础)不同部位,适当设置沉降缝分隔开,以减少膨胀的不均匀性;4)民用建筑层数宜多于三层以上,有外廊时外廊部分宜采用悬挑结构。
  3.2.2 基础措施:1)尽可能用钢筋混凝土桩基,单层民用建筑在膨胀土胀缩性较弱时,可采用砂垫层砂包的条形基础。胀缩性较强时,可采用砂垫层墩基。砂包、砂垫能隔离和调节胀缩力的传递,减少条形基础遭受拉裂的可能性。墩基减少了与膨胀土地基的接触面;在墩与墩之间发生地裂时,可通过油毡的滑动面而任意移动,形成滑动支座;基础梁承担墩座移动时的磨擦力,以及上部荷载所产生的弯矩;墩基下的砂垫层可隔离在墩基下胀缩力的传递,以保护墩基不遭受拉损。另外,为避免房屋开裂破损,膨胀土地区的房屋基础宜设置钢筋混凝土基础圈梁。
  3.2.3 结构措施:1)基础适当埋深(>1.0m)或设置地下室,以减少膨胀土层厚度,增加基础自重,使作用于土层的压力大于膨胀土的上举力,或采用墩式基础以增加基础附加荷重,或采用灌筑桩穿透膨胀土层,并抵抗膨胀力;2)采用对地基沉降不大敏感的结构,加强上部结构刚度,如设置圈梁、地梁,在角端和内外墙连接处设置水平钢筋加强连接等;3)在胀缩性弱的单层民用建筑可采用在一般的基础上铺一层油毡做钢筋砖圈梁,以提高抗剪力;4)膨胀土地基的房屋,不宜采用砖拱结构及无砂大孔混凝土或无筋中型砌块做承重墙体。
  3.2.4 防水保湿措施:1)在建筑物周围做好地表防水、排水设施,如渗、排水沟等,为防下渗,沟底应作防水处理,尽量避免采用挖土明沟;散水坡适当加宽(以1.2~1.5m为宜),其下做砂或炉渣垫层,并设隔水层,防止地表水向地基渗透;2)管道距建筑物外墙、基础外缘距离≥3m,并严防埋设的管道漏水,以尽可能地保持地基的原有天然湿度。
  3.2.5 施工措施:1)合理安排工序,先做好室外道路、排水沟、防洪沟、截水沟等工程的施工,疏通现场排水,避免建筑物附近场地积水;2)施工临时用水点应离建筑物5m以上,淋灰池、水池、洗料场应离建筑物lOm以上,做好现场临时排水,防止管网漏水;3)基坑开挖采取分段连续快速作业,挖好后立即施工基础,及时回填夯实,以免基槽泡水或曝晒。填土料可掺入一定非膨胀性土料混合使用,而不宜用膨胀土。
  总之,膨胀土对建筑物的破坏作用不可低估,且构成的破坏不易修复,因此,在膨胀土地区进行建筑,一定要根据当地的实际情况,因地制宜,采取有效的稳定加固和防范措施,以保证建筑的安全和正常使用。

 

 

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