膨胀土地基的危害\判别\勘察及设计处理方法分析摘要：膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种黏性土，对地基及边坡等危害极大，在我国的分布范围很广，工程中常把膨胀土误认为非膨胀土，等于给工程建筑物埋下祸根，本文对膨胀土的危害、识别、勘察方法、处理方法提出一些心得。

关键词：膨胀土膨胀率膨胀土分类膨胀潜势胀缩等级改性1引言膨胀土是一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定，常使低层建筑物成群产生不均匀沉降、墙体开裂或破坏，使道路路基塌陷开裂变形破坏、使边坡失稳、形成滑坡等危害。

因土质坚硬而常常被误判为工程性质良好的非膨胀土地基，但是在开挖卸荷、浸泡、干裂等外界条件改变后，其强度将急剧衰减，误判等于给工程埋下祸根。

我国膨胀土分布广泛，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。

2膨胀土特征2.1 膨胀土的矿物成分土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土称为膨胀土。

成因类型和矿物组成复杂，亲水粘土矿物成分主要为蒙脱石、伊利石土和高岭土，其中蒙脱石含量对胀缩势能起主导和控制作用，是一种液性指数大于40%的高塑性土。

2.2 膨胀土的野外鉴别特征a．地貌特征：盆地和平原地区的膨胀土多以水相沉积为主，山区膨胀土有残坡积和冲洪积成因类型，土内常具有色杂、含有粗颗粒砂土或卵砾石成分，多分布在二级及二级以上的阶地和山前丘陵地区，呈垄岗-丘陵和浅而宽的沟谷，地形坡度平缓，一般坡度小于12度，无明显的自然陡坎，在流水冲刷下的水沟、水渠常易崩塌、滑动而淤塞。

b结构特征：自然条件下多呈坚硬-硬塑状态，结构致密，断口光滑，常包含钙质结核和铁锰结核，土内分布有裂隙，充填灰绿、灰白等色粘土。

干时坚硬，遇水软化。

C地表特征：常见浅层塑性滑坡、地裂、新开挖坑（槽）壁易发生坍塌，未经地基处理的建筑物成群破坏，低层较多层严重，刚性结构较柔性结构严重，建筑物裂缝随气候变化而张开或闭合。

2.3室内试验量化判别自由膨胀率不小于40%，液性指数大于40%。

3 膨胀土地基的勘察3.1现场勘察方法：a 初步工程地质测绘，鉴别膨胀土的可能性，尽早取样送试验室做物性试验及膨胀性试验。

b勘探点宜结合地貌单元和微地貌形态布置，数量较常规地基适当增加，取样孔不少于全部勘探点的1/2；孔深除满足基础埋深和附加应力的影响深度外，尚应超过大气影响深度，控制性孔深不小于8m，一般性孔不小于5m。

c大气影响深度以内，控制性孔取样间距不大于1m，大气影响深度以内，取样间距可为1.5-2.0m；一般性孔1-5m深度内，可取III级样，测定天然含水量。

d现场浸水载荷试验，以确定地基土的承载力和浸水时的膨胀变形量，应选在有代表性的地段，但应避开拟建建筑物基础范围。

3.2大气影响深度、大气急剧影响深度、膨胀土湿度系数的确定，根据当地经验数据或由规范公式计算确定。

3.3土样室内试验内容：a自由膨胀率δefb膨胀率δepc线缩率与收缩系数（λs）d膨胀力e残余强度3.4场地与地基评价a场地：与普通地基场地类别不同，膨胀土地基氛围平坦场地和坡地两种，膨胀土地基的设计，根据地形地貌条件，建筑场地分为平坦场地和坡地场地。

地形坡度小于5°或地形坡度大于5°小于14°，距坡肩水平距离大于10 m 的坡顶地带为平坦场地; 地形坡度不小于5°或地形坡度虽然小于5°，但同一座建筑物范围内局部地形高差大于1 m 的场地为坡地场地。

位于平坦场地的地基，应按胀缩变形量控制设计，位于坡地场地上的建筑物地基，除按胀缩变形量控制设计外，还应进行地基稳定性验算。

b膨胀土的膨胀潜势分类c膨胀土地基的胀缩等级地基分级变形量是胀缩等级评定的重点和难点，按《膨胀土地区建筑技术规范》，膨胀土地基变形量，可按下列变形特征计算:①场地天然地表下1m 处土的含水量等于或接近最小值或地面有覆盖且无蒸发可能，以及建筑物在使用期间，经常有水浸湿的地基，可按膨胀变形量计算（规范5.2.8式：②场地天然地表下1m 处土的含水量大于1. 2 倍塑限含水量或直接受高温作用的地基，可按收缩变形量计算（规范5.2.9式）：③其他情况下可按胀缩变形量计算（规范5.2.14式）:计算需要较多的从天然地表以下1m至大气影响深度（或浸水影响深度、热源影响深度）范围内原状膨胀土土样的试验数据，因此钻探时该深度范围内需加密取样，尽量多取样，野外勘察时应特别注意。

d地基承载力特征值可由载荷试验和其它原位测试结合实践经验综合确定。

4地基基础处理措施在膨胀土地基上进行基础设计时，应根据气候条件、地基的胀缩等级、地基的工程地质及水文情况和建筑物的结构类型，合理选定地基处理方案。

常规的膨胀土地基处理方法有如下几种:a采用桩基础，使地基的持力层落在稳定的土层上。

b 将膨胀土换填成非膨胀土、砂石或灰土，从根本上改变土壤的性质，消除其胀缩性。

c 基础埋深不应小于1 m，尽量埋在大气影响深度以下。

d对地基基础进行避水处理。

e对不能直接用作填筑土料的膨胀土，采用化学改性法，如地基土掺入生石灰、水泥、氯化钙等，通过过量Ca2+置换土中的K+、Na+离子，起到絮凝团聚、碳化、胶结的作用。

5设计原则及措施5.1 场址选择a 宜选择地形条件比较简单，且土质比较均匀、胀缩性较弱的地段；b宜具有排水畅通或易于进行排水处理的地形条件；c 宜避开地裂、冲沟发育和可能发生浅层滑坡等地段；d 坡度宜小于14。

井有可能采用分级低挡土结构治理的地段；e 宜避开地下溶沟、溶槽发育、地下水变化剧烈的地段。

5. 2总平面设计应符合下列要求:a 同一建筑物地基土的分级变形量之差，不宜大于35mm；b 竖向设计宜保持自然地形和植被，并宜避免大挖大填；c 挖方和填方地基上的建筑物，应防止挖填部分地基的不均匀性和土中水分变化所造成的危害；d 应避免场地内排水系统管道渗水对建筑物升降变形的影响；e 地基基础设计等级为甲级的建筑物，应布置在膨胀土埋藏较深、胀缩等级较低或地形较平坦的地段；f 建筑物周围应有良好的排水条件，距建筑物外墙基础外缘5m内不得积水。

5.3建筑措施在满足使用功能的前提下，建筑物的体型应力求简单，并应符合下列要求:a 建筑物选址宜位于膨胀土层厚度均匀，地形坡度小的地段；b 建筑物宜避让胀缩性相差较大的土层，应避开地裂带，不宜建在地下水位升降变化大的地段，当无法避免时，应采取设置沉降缝或提高建筑结构整体抗变形能力等措施；c 屋面排水宜采用外排水,建筑物场地应设置有组织的排水系统；d建筑物四周应设散水。

5.6 结构措施a 应选择适宜的结构体系和基础形式；b应加强基础和上部结构的整体强度和刚度。

6膨胀土地基勘察实例作者在2013年所完成的项目“安徽巢湖观湖风电场110KV升压站工程”，站内主要为综合楼、生产楼、备品备件库、事故油池、户外构架及主变等建筑物，层高均低于2层，地面高程65～76m，由东北向西南缓倾，自然坡度5～12°，无明显自然陡坎，东侧临靠165m高程的梁状山，经野外现场地质调查及土样室内试验，判定为膨胀土场地，属坡地场地（见图1）。

按《膨胀土地区建筑技术规范》，巢湖地区大气影响深度为3.5m，大气影响急剧层深度为1.6m。

勘察揭露地表0.2～1.5m为含植物根系的表层坡积碎石土，其下即为硬塑状，含砂岩、泥质砂岩及灰岩碎、块石的粉质粘土或粘土，颜色多变，灰黄、棕红、灰白及灰黑色各异，土体成分极不均匀，深度15m内仍未揭穿，在钻孔中进行标贯及重型动探试验时，常常遇到碎石，标贯击数10～25击，重型动探8～21击，少数反跳，岩土体结构不均匀，碎块石的随机分布给土体取样带来很大困难，且土体与靠山侧的基岩接触面陡斜，因此站址处为不均匀地基。

图1 槐林镇山区110KV升压站建成后照片按土试成果计算，地基胀缩等级为Ⅰ级。

针对以上特点，提出以下地质建议：a场地地基虽不均匀，但地基强度均较高，均为中偏低压缩性，建筑物采取适当基础埋深，换填垫层减少地基不均匀的影响，合理防治措施、建筑结构措施后，可采用天然地基。

b场地内无稳定平坦的桩基持力层，地基土中含较多碎石块石，全风化基岩中夹较多残积强～弱风化岩块，大小不一，分布无明显规律，因此不建议采用桩基。

c场地属坡地场地，不宜大挖大填，场地东北侧开挖边坡、西南侧填方形成的边坡，宜进行分级放坡，并采取支挡护坡措施，边坡上部及周围做好截水、排水措施，设置泄水孔，并在坡上用非膨胀弱透水材料封盖。

D采用天然地基(如墩式基础)需用改良性土如灰土换填、封闭处理，以防止地基土含水量变化，同时减小地基的不均匀性，垫层宽度大于基底宽度，并结合宽散水防治措施、设置沉降缝、圈梁等建筑结构措施综合处理。

e基础开挖过程中建基面应预留一定厚度的保护层，雨季施工时应防止雨水浸泡地基。

建议分段施工，加强建基面的保护，清基后及时施工，避免地基长时间暴露或泡水。

f如条件许可变电站场地向山坡上游平移至岩石地基上。

g建成后进行长期建筑物变形监测。

7后续设计方案a经与甲方协商，将变电站场址向山梁方向移动了约25m，使站址大部分地基位于石英砂岩岩石地基上。

站址内靠下游基础处于膨胀土地基范围内的建筑物采用了墩式基础，持力层置于4.0m埋深之下，并采取了封闭措施，b在靠山侧的上游修建挡墙，设置截水沟，墙内设泄水孔，在下游对场平后形成的坡体新建挡墙并护坡，地面采用1.5 m的宽散水。

c屋面均采用了有组织的外排水。

目前，变电站已建成并正常运营一年多。

6结束语膨胀土是影响房屋建筑安全稳定的不良地质，其危害性较大，在房屋设计中应尽量将基础埋在大气影响深度以下，或直接坐在非膨胀土层上，避开膨胀土的膨胀应力，否则应采取安全有效的措施对其进行处理，最大限度地减少膨胀土带来的危害，以确保建筑物的安全使用。

旨在与同行及同类型项目工作者交流经验。

参考文献参考文献:［1］GB50112-2013，膨胀土地区建筑技术规范［S］.［2］JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范［S］.［3］王国强．安徽省江淮地区膨胀土的工程性质研究［J］.岩土工程学报，1999年第21卷1期.［4］周阳等．安徽省膨胀土分类和成因研究［J］．工程与建设，2013年第27卷1期．［5］张万涛. 合肥地区膨胀土及生石灰改性的研究［J］.安徽建筑，2011 年第4 期.。