膨脹土地基

膨脹土地基簡(jiǎn)介

1938年發(fā)現(xiàn)輕型磚砌房屋大量破壞以后，這種現(xiàn)象才引起巖土工程界的注意。對(duì)膨脹土的物質(zhì)構(gòu)造、變形特征、房屋破壞機(jī)理、工程設(shè)計(jì)與處理等已經(jīng)有了基本認(rèn)識(shí)，并逐漸發(fā)展成為土力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。

膨脹土的工程特性 　引起膨脹的主要物質(zhì)是蒙脫石，它具有較大的比表面及陽離子交換量，在與水相互作用過程中，能吸水引起粒間膨脹及礦物晶體膨脹。膨脹后的土體強(qiáng)度急驟降低、膨脹勢(shì)能減弱。遇有蒸發(fā)可能時(shí)，土的含水量也減少，體積隨之收縮，吸附能力增加。膨脹-收縮-再膨脹的反復(fù)可逆變形特性是膨脹土與其他土的基本區(qū)別。

土中的水因外界環(huán)境條件的改變而不斷轉(zhuǎn)移稱為水分轉(zhuǎn)移，它是引起膨脹收縮的重要原因。沒有水的補(bǔ)給，膨脹變形不可能產(chǎn)生；沒有失水條件，收縮也不會(huì)發(fā)生。促使水分轉(zhuǎn)移的環(huán)境因素有三：①氣候的變化，包括季節(jié)性降雨、蒸發(fā)、氣溫及濕度等。它直接影響接近地表的一定深度內(nèi)的土層的含水量。離地表愈近，含水量的變化幅度愈大;到一定深度時(shí)，氣候的影響很小,含水量也比較穩(wěn)定。這個(gè)深度稱為氣候影響深度，一般為1～3米。如基礎(chǔ)位于此深度以內(nèi)，則可觀測(cè)到它隨著降雨和蒸發(fā)作周期升降運(yùn)動(dòng)。②由于建筑物、地坪、散水、路面等覆蓋了原有地面，覆蓋面以下的含水量將因水的氣態(tài)和液態(tài)的熱轉(zhuǎn)移而增高，使建筑物上升，地坪、地面隆起。③施工期大挖大填和平整場(chǎng)地破壞了原有的水分平衡，局部曝曬及浸水引起局部含水量發(fā)生變化，都能促使水分轉(zhuǎn)移。

膨脹土的鑒別 　識(shí)別膨脹土有三種方法：①礦物鑒定法。如:X射線折射法、差熱法、電鏡辨別法、化學(xué)分析法等。目的是直接測(cè)定礦物成分及其結(jié)構(gòu)。蒙脫石含量超過10%并處于膠凝狀態(tài)時(shí)，就足以引起較大膨脹。②物理指標(biāo)判別法。如：自由膨脹率法、縮限法、活性法等。這些方法是通過物理指標(biāo)與膨脹性能相關(guān)的統(tǒng)計(jì)得出的，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行。③力學(xué)測(cè)定法。直接用膨脹儀和收縮儀測(cè)定原狀土的膨脹力、膨脹系數(shù)和收縮系數(shù)等指標(biāo)，并計(jì)算變形量。中國(guó)采用綜合法，即：根據(jù)土的自由膨脹率及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果（包括地形地貌、野外地質(zhì)特征、土的裂隙與結(jié)構(gòu)形態(tài)等）綜合考慮，待初步判別為膨脹土后，再進(jìn)行力學(xué)測(cè)定和計(jì)算變形量，作為地基評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)的依據(jù)。

建筑物變形計(jì)算 　膨脹土地基上的建筑物變形可大致分為上升型、升降型、下降型三類。各類變形都與外界因素及起始含水量有關(guān)。在半干旱地區(qū)，土的起始含水量很低，一般出現(xiàn)上升型；在溫帶半濕潤(rùn)氣候下，土的起始含水量在塑限附近波動(dòng)，多出現(xiàn)升降型；當(dāng)含水量達(dá)1.2倍塑限以上時(shí),或由于生產(chǎn)設(shè)備的熱力作用導(dǎo)致地基土干燥時(shí),則出現(xiàn)下降型。實(shí)際上變形頗為復(fù)雜,有時(shí),同一棟房屋南面下沉、北面上升,或者中部上升、四角下沉。因此，預(yù)估建筑物各點(diǎn)的升降值是極為困難的，僅能反映若干年內(nèi)變形的最大幅值。

膨脹上升變形值SH與收縮下沉值SS分別由下兩式表達(dá)：式中h為某層土的計(jì)算厚度；ep為某層土在壓力p（附加壓力與自重壓力之和）作用下的膨脹率；eS為某層土的豎向收縮系數(shù),即減少1%含水量時(shí)的線收縮率；Δw為某層土天然含水量與最小含水量之差;K1、K2為工作條件系數(shù)。

計(jì)算深度由實(shí)際情況確定,一般小于5米。對(duì)于升降型變形幅度可取膨脹上升值變形與收縮下沉值之和。

基礎(chǔ)埋深一般宜大于1米,以避開氣候急驟影響層。

地基設(shè)計(jì) 　設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮:①坡體的穩(wěn)定性;②不同結(jié)構(gòu)可能承受的變形。

膨脹土屬于易產(chǎn)生淺層滑動(dòng)的特殊土,因此,治坡是保證建筑安全的首要措施。膨脹土邊坡穩(wěn)定角較低，一般為11°～14°，層狀土質(zhì)邊坡穩(wěn)定角還需由層面與坡面的變角確定。過去對(duì)該特性缺乏認(rèn)識(shí)，由坡體蠕動(dòng)引起的房屋損壞事故很多。因此，在處理時(shí)應(yīng)先做好整體規(guī)劃,防止大挖大填；施工時(shí)做好場(chǎng)區(qū)排水及抗滑擋墻,擋墻背后宜填非膨脹土，以減少膨脹壓力。

根據(jù)膨脹土地基已建房屋調(diào)查，排架結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)和三層以上的砌體結(jié)構(gòu)都比較完好,變形幅度亦小;在三層及三層以下的磚石結(jié)構(gòu)中，以一層房屋損壞較嚴(yán)重，二層次之，三層又次之；坡地上的房屋損壞又比平坦地形上的重。針對(duì)這種情況，所采取的主要措施偏重于減少變形幅度及其差異變形。具體做法為：①適當(dāng)增加基礎(chǔ)埋深和增大基底壓力，以限制其膨脹變形幅度，如：獨(dú)立基礎(chǔ)（見基礎(chǔ)）、樁基礎(chǔ)、換土墊層（見換土法）等。②穩(wěn)定地基土含水量，減少蒸發(fā)量，控制下沉。各種保濕措施都屬此類，其中常用的有：用松散材料做墊層的寬散水，在緩坡地帶采用低擋墻以減少坡面蒸發(fā)，以及在房屋四周種草植樹等。③增加墻體強(qiáng)度，如增設(shè)圈梁或墻體配筋等。

這些措施只有根據(jù)各地的實(shí)際情況選用，才能收到較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于有熱源的設(shè)備基礎(chǔ)如隧道窯和均熱爐等，要防止熱量傳入地下以減少收縮下沉，常用的有效方法是在基礎(chǔ)中增設(shè)通風(fēng)層，用通風(fēng)裝置及時(shí)排出熱空氣。地坪隆起與開裂是普通存在的現(xiàn)象，解決的方法是大量換土或做架空地板。但由于費(fèi)用較大，這種方法僅在修建工業(yè)廠房時(shí)采用。

使用期間的維護(hù)對(duì)延長(zhǎng)建筑物的使用期限是至關(guān)重要的。經(jīng)常檢修管道，排除積水，可避免局部地基浸水膨脹而引起的房屋損壞。

英文

釋義：預(yù)防和治理膨脹土地基的工作。除注意工程建筑選址外，對(duì)重要工程的膨脹土地基應(yīng)采取防水保濕和地基改良措施，以減少脹縮變形。防水保濕措施是加強(qiáng)對(duì)建筑物周圍的濕度控制，以減小氣候變化和人為活動(dòng)對(duì)地基含水量的影響，從而控制膨脹土脹縮變形。

本書介紹了國(guó)內(nèi)外公路膨脹土地基與基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀和作者近10年的研究成果，論述了公路膨脹土地基與基礎(chǔ)性狀和技術(shù)對(duì)策，全面系統(tǒng)地反映了我國(guó)公路膨脹土地基與基礎(chǔ)理論和技術(shù)的最新研究成果。全書共分6章，內(nèi)容主要包括中國(guó)公路膨脹土概況和病害處治、膨脹土變形和強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究、公路膨脹土地基與基礎(chǔ)大型模型試驗(yàn)研究、公路膨脹土地基與基礎(chǔ)離心模型試驗(yàn)研究、公路膨脹土地基與基礎(chǔ)非飽和土理論分析、公路膨脹土地基與基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

第一章 中國(guó)公路膨脹土概況和病害處治

第二章 膨脹土變形和強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究

第三章 公路膨脹土地基與基礎(chǔ)大型模型試驗(yàn)研究

第四章 公路膨脹土地基與基礎(chǔ)離心模型試驗(yàn)研究

第五章 公路膨脹土地基與基礎(chǔ)非飽和土理論分析

第六章 公路膨脹土地基與基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

參考文獻(xiàn) 2100433B