什么是膨胀土地基?

[拼音]：pengzhangtu diji

[外文]：expansive soil

指土的粘粒成分中含有较多的强亲水性矿物，并具有一定膨胀势能的地基。膨胀土主要分布在北美西部、亚洲南部、澳洲及非洲等半干旱地区；在中国黄河流域及西南诸省也有程度不同的分布。膨胀土裂隙发育，呈半坚硬状态，易给人以良好地基的假象。1938年发现轻型砖砌房屋大量破坏以后，这种现象才引起岩土工程界的注意。到目前为止，对膨胀土的物质构造、变形特征、房屋破坏机理、工程设计与处理等已经有了基本认识，并逐渐发展成为土力学的一个分支学科。

引起膨胀的主要物质是蒙脱石，它具有较大的比表面及阳离子交换量，在与水相互作用过程中，能吸水引起粒间膨胀及矿物晶体膨胀。膨胀后的土体强度急骤降低、膨胀势能减弱。遇有蒸发可能时，土的含水量也减少，体积随之收缩，吸附能力增加。膨胀-收缩-再膨胀的反复可逆变形特性是膨胀土与其他土的基本区别。

土中的水因外界环境条件的改变而不断转移称为水分转移，它是引起膨胀收缩的重要原因。没有水的补给，膨胀变形不可能产生；没有失水条件，收缩也不会发生。促使水分转移的环境因素有三：

（1）气候的变化，包括季节性降雨、蒸发、气温及湿度等。它直接影响接近地表的一定深度内的土层的含水量。离地表愈近，含水量的变化幅度愈大;到一定深度时，气候的影响很小，含水量也比较稳定。这个深度称为气候影响深度，一般为1～3米。如基础位于此深度以内，则可观测到它随着降雨和蒸发作周期升降运动。

（2）由于建筑物、地坪、散水、路面等覆盖了原有地面，覆盖面以下的含水量将因水的气态和液态的热转移而增高，使建筑物上升，地坪、地面隆起。

（3）施工期大挖大填和平整场地破坏了原有的水分平衡，局部曝晒及浸水引起局部含水量发生变化，都能促使水分转移。

识别膨胀土有三种方法：

（1）矿物鉴定法。如:X射线折射法、差热法、电镜辨别法、化学分析法等。目的是直接测定矿物成分及其结构。蒙脱石含量超过10％并处于胶凝状态时，就足以引起较大膨胀。

（2）物理指标判别法。如：自由膨胀率法、缩限法、活性法等。这些方法是通过物理指标与膨胀性能相关的统计得出的，优点是简单易行。

（3）力学测定法。直接用膨胀仪和收缩仪测定原状土的膨胀力、膨胀系数和收缩系数等指标，并计算变形量。中国目前采用综合法，即：根据土的自由膨胀率及现场调查结果（包括地形地貌、野外地质特征、土的裂隙与结构形态等）综合考虑，待初步判别为膨胀土后，再进行力学测定和计算变形量，作为地基评价及设计的依据。

膨胀土地基上的建筑物变形可大致分为上升型、升降型、下降型三类。各类变形都与外界因素及起始含水量有关。在半干旱地区，土的起始含水量很低，一般出现上升型；在温带半湿润气候下，土的起始含水量在塑限附近波动，多出现升降型；当含水量达1.2倍塑限以上时，或由于生产设备的热力作用导致地基土干燥时，则出现下降型。实际上变形颇为复杂，有时，同一栋房屋南面下沉、北面上升，或者中部上升、四角下沉。因此，预估建筑物各点的升降值是极为困难的，目前仅能反映若干年内变形的最大幅值。

膨胀上升变形值SH与收缩下沉值SS分别由下两式表达：

式中h为某层土的计算厚度；ep为某层土在压力p（附加压力与自重压力之和）作用下的膨胀率；eS为某层土的竖向收缩系数，即减少1％含水量时的线收缩率；Δw为某层土天然含水量与最小含水量之差; K1、K2为工作条件系数。

计算深度由实际情况确定，一般小于5米。对于升降型变形幅度可取膨胀上升值变形与收缩下沉值之和。

基础埋深一般宜大于1米，以避开气候急骤影响层。

设计时主要考虑：

（1）坡体的稳定性；

（2）不同结构可能承受的变形。

膨胀土属于易产生浅层滑动的特殊土，因此，治坡是保证建筑安全的首要措施。膨胀土边坡稳定角较低，一般为11°～14°，层状土质边坡稳定角还需由层面与坡面的变角确定。过去对该特性缺乏认识，由坡体蠕动引起的房屋损坏事故很多。因此，在处理时应先做好整体规划，防止大挖大填；施工时做好场区排水及抗滑挡墙，挡墙背后宜填非膨胀土，以减少膨胀压力。

根据膨胀土地基已建房屋调查，排架结构、高耸结构和三层以上的砌体结构都比较完好，变形幅度亦小;在三层及三层以下的砖石结构中，以一层房屋损坏较严重，二层次之，三层又次之；坡地上的房屋损坏又比平坦地形上的重。针对这种情况，目前，所采取的主要措施偏重于减少变形幅度及其差异变形。具体做法为：

（1）适当增加基础埋深和增大基底压力，以限制其膨胀变形幅度，如：独立基础（见基础）、桩基础、换土垫层（见换土法）等。

（2）稳定地基土含水量，减少蒸发量，控制下沉。各种保湿措施都属此类，其中常用的有：用松散材料做垫层的宽散水，在缓坡地带采用低挡墙以减少坡面蒸发，以及在房屋四周种草植树等。

（3）增加墙体强度，如增设圈梁或墙体配筋等。

这些措施只有根据各地的实际情况选用，才能收到较好的技术和经济效益。

对于有热源的设备基础如隧道窑和均热炉等，要防止热量传入地下以减少收缩下沉，常用的有效方法是在基础中增设通风层，用通风装置及时排出热空气。地坪隆起与开裂是普通存在的现象，解决的方法是大量换土或做架空地板。但由于费用较大，这种方法目前仅在修建工业厂房时采用。

使用期间的维护对延长建筑物的使用期限是至关重要的。经常检修管道，排除积水，可避免局部地基浸水膨胀而引起的房屋损坏。