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膨胀土地基
6.6膨胀土地基是指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土其粘粒成分主要是以蒙托石或以伊利石为主,并在北美、北非、南亚、澳洲、中国黄河流域及其以南地区均有不同程度的分布膨胀土一般强度较高,压缩性低,容易被误认为是良好的天然地基实际上,由于它具有较强烈的膨胀和收缩变形性质,往往威胁建筑物和构筑物的安全,尤其对低层轻型房屋、路基、边坡的破坏作用更甚膨胀土地基上的建筑物如果开裂,则不易修复我国自年开始,对这种特殊土进行了大量的试验研究,形成了较系统的理论,较丰富1973的工程经验,于年颁布了《膨胀土地区建筑技术规范》()使勘察、设计、1987GBJ112-87,施工等方面的工作有章可循,对保证建筑物的安全和正常使用具有重要作用膨胀土的一般特征
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6.1()分布特征膨胀土多分布于二级或二级以上的河谷阶地、山前和盆地边缘及丘陵地1带,一般地形坡度平缓,无明显的天然陡坎如分布在盆地边缘与丘陵地带的膨胀土地区有云南蒙自、鸡街、广西宁明、河北邯郸、河南平顶山、湖北襄樊等地,而且所含矿物成分以蒙托石为主,胀缩性较大;分布在河流阶地或平原地带的膨胀土地区有安徽合肥、山东临沂、四川成都、江苏、广东等地,且多含有伊利石矿物在丘陵、盆地边缘地带,膨胀土常分布于地表,而在平原地带的膨胀土常被第四纪冲积层所覆盖(a)山墙对称斜裂缝(b)外纵墙水平裂缝(c)墙面交叉裂缝图6-4膨胀土地基上低矮房屋墙的裂缝()物理性质特征膨胀土的粘粒含量很高,粒径小于的胶体颗粒含量往往超
20.002mm过塑性指数且多在之间;天然含水量与塑限接近,液性指数常小于零,20%,I P17,22〜35IL呈坚硬或硬塑状态;膨胀土的颜色有灰白、黄、黄褐、红褐等色,并在土中常含有钙质或铁镒质结核
(3)裂隙特征膨胀土中的裂隙发育,有竖向、斜交和水平裂隙三种常呈现光滑和带有擦痕的裂隙面,显示出土块间相对运动的痕迹,裂隙中多被灰绿、灰白色粘土所填充,裂隙宽度为上宽下窄,且旱季开裂,雨季闭合,呈季节性变化在膨胀土地基上建筑物常见的裂缝有山墙上对称或不对称的倒八字形缝,这是因为山墙两侧下沉量较中部大的缘故;外纵墙外倾并出现水平缝;胀缩交替变形引起的交叉缝等(图)6-4膨胀土地基的勘察与评价
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6.2地基勘察要求
1.膨胀土地基勘察,除应满足一般工程勘察要求外,还需着重揭示下列内容
(1)查明膨胀土的地质时代、成因和胀缩性能,对于重要的和有特殊要求的建筑场地,必要时应进行现场浸水载荷试验,进一步确定地基土的性能及其承载力;查明场地内有无浅层滑坡、地裂、冲沟和隐状岩溶等不良地质现象;2调查地表水排泄、积聚情况,植被影响,地下水类型和埋藏条件,多年水位和变化幅3度;调查当地多年的气象资料,包括降水量和蒸发量、雨季和干旱持续时间、气温和地温4等情况,并了解其变化特点;注意了解当地建设经验,分析建筑物群损坏的原因、考察成功的工程措施
5.膨胀土的工程特性指标一自由膨胀率2自由膨胀率将人工制备的烘干样侵泡于水中,经充分吸水膨胀稳定后所增加的体积与原体积之比,称为自由膨胀率,按下式计算匕」6-3式中%—自由膨胀率;匕一土样在水中膨胀稳定后的体积;__________膨胀潜势表6-3匕一土样的原有体积胀缩潜势自由膨胀率%.膨胀土地基的评价3膨胀土的判别1弱40或牙65当具有如前所述膨胀土的一般特征,且中65W“城90自由膨胀率的土,应判定为膨胀土2f240%兼胀潜势%2由于自晶胀率同综合反嬷姆矿物成分、颗粒组成、膨胀特征及其危害程度,因此可用自由膨胀率评价膨胀土膨胀性能的强弱表6-3o.膨胀土地基的胀缩等级3根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混房屋的影响程度,可评价地基的胀缩等级,见表表6-4o中地基的分级变形量、系指膨胀变形量、收缩变形量和胀缩变形量在判定地基胀缩等级时,应根据地基可能发生的某一种变形计算分级变形量%,见地基变形计算膨胀土地基胀缩等级表6-4膨胀土地基计算
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31.一般规定地基胀缩等级分级胀缩变形量%(mm)建筑场地按地形地貌条件分为两类平坦场地地形坡度小于5°;或地形坡度I15V-V35大于5°小于14的坡脚地带和距坡肩水平距离大于10m的坡顶地带坡地场地地形坡度大于大约5°;或地形讦lm35Vse70坡度虽小于5°,但同一座建筑物范围内局可四小高差二(1川位于平坦场地上的建筑物地基,应按变形控制设计;
(2)位于位地场地上的建筑物地里…除按变形控制设计外,尚应验算地基的稳定性;
(3)基底压力要满足承载力要求;
(4)地基变形量不超过容许变形值
2.地基承载力膨胀土地基承载力的确定,应考虑土的膨胀特性、基础大小和埋深、荷载大小、土中含水量变化等影响因素目前确定承载力的途径一般有三种
(1).现场浸水载荷试验确定即在现场按压板面积开挖试坑,试坑面积不小于
0.5痛,坑深不小于1m,并在试坑两侧附近设置浸水井或浸水槽试验时先分级加荷至设计荷载并稳定,然后浸水使其充分饱和,并观测其变形,待变形稳定后,再加荷直到破坏通过该试验可得到压力与变形的P-S曲线,可取破坏荷载的一半作为地基承载力特征值在对变形要求严格的一些特殊情况下,可由地基变形控制值取对应的荷载作为承载力特征值
(2)由三轴饱和不排水剪强度指标确定由于膨胀土裂隙比较发育,剪切试验结果往往难以反映土的实际抗剪能力,宜结合其他方法确定承载力特征值膨胀土地区的基础设计,应充分利用土的承载力,尽量使基底压力不小于土的膨胀力另外,对防水排水情况好,或埋深较大的基础工程,地基土的含水量不受季节变化的影响,土的膨胀特性就难以表现出来此时可选用较高的承载力值
3.地基变形计算膨胀土地基的变形,除与土的膨胀收缩特性(内在因素)有关外,还与地基压力和含水量的变化(外在因素)情况有关地基压力大,土体则不会膨胀或膨胀小;地基土中的含水量基本不变化,土体胀缩总量则不大而含水量的变化又与大气影响深度、地形、覆盖条件等因素相关如气候干燥,土的天然含水量低,或基坑开挖后经长时间曝晒的情况,都有可能引起(建筑物覆盖后)土的含水量增加,导致地基产生膨胀变形如果建房初期土中含水量偏高,覆盖条件差,不能有效地阻止土中水分的蒸发,或是长期受热源基上房屋的位移形态就会导致地基产生收缩变形在亚干旱、亚湿润形多为膨胀、收缩周期性变化,这就需要考虑地基土的的影响,如砖瓦窑等热工构筑物或建筑物,膨胀和收缩的总变形的平坦地区,浅埋图膨胀土地基础的地基变6-5总之,膨胀土地基在地不同条件下表现为不同的变形形态,可归纳三种上升型变形、下降型变形和波动型变形(图6-5)在设计时应根据实际情况确定变形类型,进而计算相应的变形量,并将其控制在容许值范围之内《膨胀土地区营房建筑技术规范》GJB2129-1994规定
①地表下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,以及建筑物在使用期间,经常有水侵湿的地基,仅计算膨胀变形量;
②地表下1m处地基土的天然含水量大于
1.2力(塑限),或直接受高温的地基,仅计算收缩变形量;
③其他情况按胀缩变形量计算
4.膨胀土地基的工程措施
(1)建筑设计措施
①场址选择应选择地面排水畅通或易于排水处理,地形条件比较简单,土质均匀的地段尽量避开地裂、溶沟发育,地下水位变化大以及存在浅层滑坡可能的地段
②总平面布置竖向设计宜保持自然地形,避免大开大挖,造成含水量变化大的情况出现做好排水、防水工作,对排水沟、截水沟应确保沟壁的稳定,并对沟进行必要的防水处理根据气候条件、膨胀土等级和当地经验,合理进行绿化设计,宜种植吸水量和蒸发量小的树木、花草
③单体建筑设计建筑物体型应力求简单,并控制房屋长高比,必要时可采用沉降缝分隔措施隔开屋面排水宜采用外排水,雨水管不应布置在沉降缝处,在雨水量较大地区,应采用雨水明沟或管道进行排水做好室外散水和室内地面的设计,根据胀缩等级和对室内地面的使用要求,必要时可增设石灰焦砧隔热层、碎石缓冲层,对m级膨胀土地基和使用要求特别严格的地面,可采取混凝土配筋地面或架空地面止匕外,对现浇混凝土散水或室内地面,分格缝不宜超过3m,散水或地面与墙体之间设变形缝,并以柔性防水材料嵌缝
(2)结构设计措施
①上部结构方面应选用整体性好,对地基不均匀胀缩变形适应性较强的结构,而不宜采用砖拱结构、无砂大孔混凝土砌块或无筋中型砌块等对变形敏感的结构对砖混结构房屋,可适当设置圈梁和构造柱,并注意加强较宽的门窗洞口部位和底层窗台砌体的刚度,提高其抗变形能力对外廊式房屋宜采用悬挑外廊的结构形式
②基础设计方面同一工程房屋应采用同类型的基础形式对排架结构可采用独立柱基,将围护墙、山墙及内隔墙砌在基础梁上,基础梁下应预留100〜150mm的空隙并进行防水处理对桩基础,其桩端应伸入非膨胀土层或大气影响急剧层下一定长度选择合适的基础埋深,往往是减小或消除地基胀缩变形的很有效途径,一般情况埋深不小于1m,可根据地基胀缩等级和大气影响强烈深度等因素按变形确定,对坡地场地,还需考虑基础的稳定性
③地基处理应根据土的胀缩等级、材料供给和施工工艺等情况确定处理方法,一般可采用灰土、砂石等非膨胀土进行换土处理对平坦场地上I、II级膨胀土地基,常采用砂、碎石垫层处理方法,垫层厚度不小于300n)m,宽度应大于基底宽度,并宜采用与垫层材料相同的土进行回填,同时做好防水处理
(3)施工措施膨胀土地区的施工,应根据设计要求,场地条件和施工季节,认真制定施工方案、采取措施,防止因施工造成地基土含水量发生大的变化,以便减小土的胀缩变形做好施工总平面设计,设置必要的挡土墙、护坡、防洪沟及排水沟等,确保场区排水畅通,边坡稳定施工储水池、洗料场、淋灰池及搅拌站应布置在离建筑物10m以外的地方,防止施工用水流入基坑基坑开挖过程中,应注意坑壁稳定,可采取支护、喷浆、锚固等措施,以防坑壁坍塌基坑开挖接近基底设计标高时,宜在其上部预留厚150〜300mm土层,待下一工序开始前再挖除当基坑验槽后,应及时做混凝土垫层或用13水泥砂浆喷、抹坑底基础施工完毕后,应及时分层回填夯实,并做好散水要求选用非膨胀土、弱膨胀土或掺有石灰等材料的土作为回填土料,其含水量宜控制在塑限含水量的L1〜
1.2倍范围内,填土干重度不应小于
15.5KN/m3o。