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膨胀土地基基础处理浅析

文章编辑:【河南彬豫强夯地基基础工程有限公司】发布日期:2018-11-19 15:47:23

    文章对膨胀土进行了介绍,膨胀土是影响地基及其它构造物建设的一种特殊土质。在实际工程中,对建筑物的破坏作用不可低估。并且构成的破坏是不易修复的。同时笔者还详细地介绍了膨胀土地基的处理方法,以供从事相关技术人员参考借鉴。

  一、膨胀土概况
  
  膨胀土在我国分布广泛,且常常呈岛状分布,以黄河以南地区较多,广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等地均有不同范围的分布。我区正是处于膨胀土分布的广泛地区之一,因此膨胀土地基处理技术在我区的运用有着十分重要的现实意义。
  膨胀土是一种特殊土,其矿物成分主要是蒙脱石或以伊力土和高岭土为主,是一种亲水性强的粘土。这类粘土颗粒细小,具有很大的表面能,对水分子和水中阳离子的吸附能力强。具有较强的与水结合的能力,土中粘土颗粒含量愈多,吸水能力愈强,膨胀的可能性愈大。其一般承载力较高,均在150KPa以上,具有吸水膨胀、失水收缩和往复变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性。且其往复胀缩特性是长期存在的,性质极不稳定。膨胀土变形与膨胀土含水量的变化为主要原因,也与其所在地的膨胀土情况有着密切的关系,在场地土层厚度不一致、分布不均匀,建筑物基底压力不一致,以及气候、地形地貌变化大的地区等条件时,更加剧地基不均匀变形,因此,膨胀土地基若不加以处理则会使膨胀土上的建筑物完工后半年到五年出现产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形,造成位移、开裂、倾斜甚至破坏,且往往成群出现,尤以低层建筑严重,危害性很大。从而导致巨大的经济损失。公路工程中因膨胀土发生的边坡失稳、路基变形、路面破坏、构造物开裂、倒塌等公路病害造成的十分巨大的经济损失,给人类的工程建筑带来严重破坏,造成许多地质灾害,严重危害人民生命财产安全。
  随着我国全面建设小康社会步伐的加快,掀起了地基基础设施建设的新高潮,目前在膨胀土地区营运和修建很多诸如公路、铁路、航空港、水利工程、城镇化以及跨流域调水等工程,我国对膨胀土地基处理技术的研究已成为目前岩土工程的重要研究方向之一。
  
  二、膨胀土地基处理的原则
  
  膨胀土地基的处理应根据当地的气候条件、地基的胀缩等级、场地的工程地质及水文地质情况和建筑物结构类型等。结合建筑经验和施工条件,因地制宜采取治理措施。如果能够采用换填非膨胀土或采取化学等方法,从根本上改变地基土的性质,是根治的最好方法。如果用桩基或深埋的办法,使基础落到含水量较稳定的土层,也能大大减少建筑物的危害;对于下部荷重较轻的小型建(构)筑物,亦可浅埋基础但必须避免扰动下部膨胀土。
  由此可知,软弱膨胀土地基的处理应根据场地土胀缩性能、水文地质条件,考虑具体建筑物适应变形的能力,采取相应的处理措施。同时加强结构的整体变形能力,切断基底下外界渗水条件。以保证地基的稳定性。
  
  三、膨胀土地基处理方法
  
  国内外膨胀土地基处理采用的措施大体上可分为五类:预湿膨胀、压实控制、换土、土性改良和隔水。(另外,深基础穿越膨胀土层也是根本解决膨胀土地基危害的好办法,但不在本文当中加以论述。)膨胀土地基的处理是个复杂的系统工程,要综合考虑诸多因素,究竟采用何种处理技术,还应根据本地区的土层胀缩等级、地方材料及施工工艺等实际情况而定,进行综合教术经济比较。各种处理措施,有时单独采用,有时需综合采用。现在具体介绍其处理的基本方法:
  
  (一)预湿膨胀法
  预湿膨胀的理论实质是在施工前使土层加水变湿而膨胀,并在土中维持高含水量,则土层将基本上保持体积不变,因而不会导致结构破坏。预湿法有两种方式:(1)直接漫水;(2)堵水浸泡。直接漫水是在基槽外用土围绕基槽作围堰并在围堰中蓄水,使基础和地坪范围内漫水。堵水浸泡是先预湿基槽,当基底土含水量稳定后,浇筑混凝土基础,利用基础做堵水堤,使地坪区漫水。预湿膨胀法处理地基存在较大的争议,首先,预湿膨胀法在施工当中很难控制地基的含水量,特别是在土质不均匀、土层厚度不均匀的地基,在施工结束后,地基局部土壤仍可能产生膨胀变形,导致土壤膨胀量难以控制;其次,预湿法浸泡地基时间大都需要1-2个月。对施工工期存在较大影响;在我国现行的房建规范中明确要求应做好排水设施,防止施工用水流基坑(槽),实际上已经否定了预湿膨胀法的使用。且在百色地区年降雨量较丰富,但大多集中在每年的5-8月期间,其他大部分时间是干旱季节,膨胀土的胀缩性能恰好得到充分的发挥,对建筑物的危害是非常严重的。本人认为,至少在百色地区,建筑物不宜采用此法进行膨胀土地基的处理,否则在干旱季极易会出现室外收缩、室内膨胀导致建筑开裂、破坏现象。
  
  (二)压实控制法
  压实控制法也叫预压法,实质是在建筑物或构筑物建造前,先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载,使土体中孔隙水排出,孔隙体积变小,土体密实,提高膨胀地基承载力和稳定性。压实时应使地基压实的均匀、紧密,避免发生不均匀沉陷。最新的研究成果表明,只要压实度控制得好,弱膨胀土可获得较高的压实度、初期强度以及较低的胀缩性、较好的抗渗透性、较低的压缩性。对于自由膨胀率较大的膨胀土地基,此法加载速度不易控制、压实难度大、所需工期较长,因而在现场实施当中少有使用。
  
  (三)换土法
  换土法是将膨胀土全部或部分挖除,然后换填非膨胀土进行压实或夯实,消除或减小地基胀缩变形,从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力,是膨胀土地基处理方法中最简单而且有效的方法。换土法施工工艺简单,采用人工或机械挖尽基底下一定深度的膨胀土,分层铺设非膨胀土,分层碾压。碾压时应注意,主土及客土两者土内的含水量不一定相同,原有的密实度也不尽相同,碾压时应使其压实的均匀、紧密,避免发生不均匀沉陷。因此施工时应把地基表面上挖成台阶,翻松并检查其含水量是否与客土含水量相近,同时采用适宜的碾压机器,将其碾压至规定的压实度。
  
  (四)土质改良法
  膨胀土性质改良法是改变膨胀土的亲水性、热敏性和胀缩性的方法,包括物理改良法、化学改良法及综合改良法。
  物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料,通过改变膨胀土原有的土颗粒组成级配,从而改善膨胀土的胀缩特性,达到改善其工程特性的目的。对于膨胀土不能直接利用而非膨胀土来源困难或运距较远不经济时,采用掺风积土、砂砾石、粉煤灰与矿渣等改性膨胀土。
  化学改良法是在膨胀土中添加不同的添加剂,从本质上改变膨胀土的亲水性、热敏性和胀缩性等工程特性。常见的添加剂有石灰、水泥、粉煤灰等。
  综合改良法是利用物理改良与化学改良加固机理,既改变膨胀土的物质组成结构,又改变其物理力学性质,集成化学改良±水稳定性较好、有较大的凝聚力和物理改良材料有较高内摩擦角 及无胀缩性的优势,达到强化膨胀土的土质改良效果。出于该法常充分利用一些固体废弃物与价格低廉的材料,如粉煤灰、矿渣与砂砾石等,有利于环境保护,且改良质量良好,得到了工程界的普遍重视。
  
  四、不同建筑物结构类型的处理措施
  
  对于膨胀土地基的处理必须根据建筑物的结构类型,结合地基膨胀等级,因地制宜地采取相应的处理措施,尽量做到技术先进、经济合理,最重要的是保证建筑物的安全和正常使用。按照建筑物结构类型对地基不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求,可将膨胀土地基上的建筑分为以下几类:
  1.对地基不均匀胀缩变形适应性较强的建筑物,如木结构、钢结构和钢筋砼排架结构及高耸构筑物。其中排架结构和木结构容许较大的不均匀变形,同时,独立柱基基底压力较大,从现有厂房和民用建筑来看,围护墙宜采用填充墙,并砌在基础梁上。基础粱底与地面之间预留100―150mm的缝隙或回填松软材料,以便预留地基土的膨胀空隙。高耸构筑物如:烟囱、水塔和简仓等,占地面积小、刚度大、基底压力大、基础埋深比较深,基础持力层基本不受大气影响,可不需作特殊处理。
  2.对地基不均匀变形具有一定适应性的建筑物,如砼框架结构及4层以上的砌体结构。基底压力较大,对这类建筑物的结构应采取加强整体性的措施。
  3.对地基不均匀胀缩变形适应力较差的建筑物,如层数较少的砌体承重结构等,基底压力小,容易产生较大的不均匀沉降,对此类建筑必须通过地基处理以减轻膨胀土变形对建筑物的破坏,并将加强建筑物的整体性作为辅助措施。
  
  五、结语
  
  在建筑工程及道路工程中地基的处理是十分重要的,上层建筑物是否牢固地基有无可替代的作用。地基不够好则上层建筑物很可能倒塌或者开裂等,这样说一点也不为过,而地基处理的主要目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件,在工用与民用建筑物和水工建筑建物设过程中,应尽可能避开膨胀土地带进行建设,但在不可避免的情况下大多采用换土法、土质改良法以及以上提到的深基础穿越膨胀土层等办法进行处理。膨胀土地基的处理技术还在不断发展,实际工程应用当中。由于各个地区的气候特点和膨胀土的地质成因相差较大,造成膨胀土具有显著的区域性特征,膨胀土的工程特性差异较大。究竟采用何种地基处理技术,还应根据本地区的具体地域特点而定,总的原则依然是安全、经济、可行、方便。

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