摘要： 軟弱膨脹土地基是一種比較特殊的地基。當利用這種土作為建筑物地基時，必須采取必要的處理措施，以消除土的膨脹潛勢。處理措施一般分深層和淺層處理，本文通過工程實例，分析了不同建（構）筑物在相同的地質條件下的幾種處理方法。
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1 概述
膨脹土系指粘粒成分主要由強親水性礦物組成，具有吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土。由于膨脹性土會因為土中含水量的變化而發生相應的膨脹或收縮變形，特別是在場地膨脹性土層厚度不一，均勻性不一、不同部位處含水量的變化以及建筑物基底壓力不等等原因時，就會導致地基土不均勻的隆起或下陷，使得建筑物產生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞。因此，必須對膨脹性土場地進行處理，以滿足自由膨脹率δef均小于0.4的要求。
2 軟弱膨脹土地基處理的一般原則
膨脹土地基的處理應根據當地的氣候條件、地基的脹縮等級、場地的工程地質及水文地質情況和建筑物結構類型等。結合建筑經驗和施工條件，因地制宜采取治理措施。如果能夠采用換填非膨脹土或采取化學等方法，從根本上改變地基土的性質，則是根治的最好方法。如果用樁基或深埋的辦法，使基礎落到含水量較穩定的土層，就能大大減少建筑物的危害；對于上部荷重較輕的小型建（構）筑物，亦可淺埋基礎但必須避免擾動下部膨脹土。
由此可知，軟弱膨脹土地基的處理應根據場地土脹縮性能、水文地質條件，考慮具體建筑物適應變形的能力，采取相應的處理措施。同時加強結構的整體變形能力，切斷基底下外界滲水條件，以保證地基的穩定性。
3 工程實例
3.1工程概況
云南個舊電解鋁廠位于云南省個舊市大屯鎮，地面絕對標高為1293.6~1297.57m，地形平坦。在地貌上場地屬于盆地邊緣平坦地貌。據地質勘察資料，本場地為膨脹性填土場地。各地層由上而下為：
①1層填土（Qm1）：褐紅色，稍濕，稍密~中密，主要由灰巖碎石、角礫及粘土等組成，層厚0.5~1米。
①2層耕植土（Qm1）：褐紅色，稍濕 ~濕，松散，含植物根系。層厚0.4~0.5米。
②1層粘土（Qa1+p1）：褐紅色，可塑狀態，局部硬塑或軟塑，局部含砂巖圓礫，局部夾薄層圓礫、礫砂，成分主要為砂巖。層厚0.5~2.10米。
②2層卵石（Qa1+p1）：褐紅色、褐灰色，稍濕~濕，稍密，砂及粘土充填。層厚1.20~1.30米。
③1層粘土（Qp1+1）：黑灰色、灰色、灰黃色，可塑狀態，局部軟塑狀態，局部含砂、礫石，次棱角狀，頂部偶見動物殘骸，夾細砂、中砂。層厚3.2~8.4米。
③2層中砂（Qp1+1）：灰色、淺灰色、灰黃色，很濕，松散~稍密，分選性較差，含卵石、圓礫，次棱角狀，含量5~10%，含粘粒。
④1層粘土（Qa1+p1）：黃綠色、淺黃色，可塑~硬塑狀態，局部含少量碎石、角礫。層厚0.6~4.80米。
④2層中砂（Qa1+p1）：淺灰色、灰色、黃綠色，濕，稍密~中密，分選性一般，含圓礫、卵石，含量3~10%，含粘粒。層厚0.6~2.9米。
④層粘土（Qa1+p1）：淺黃色、褐黃色、黃綠色，硬塑狀態，局部可塑或硬塑狀態，含碎石、圓礫，含量約5%左右，局部夾粉質粘土。鉆孔未揭穿，層頂埋深6.00~13.40米。
本場地地下水穩定埋深0~1.3米。
上述各土層的物理力學指標見表1，各土層的容許承載力見表2。
表1 各主要土層主要物理力學指標表
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土層 編號 |
土層 名稱 |
天然含水量 （%） |
重力密度 r KN/m3 |
含水比 aW |
孔隙比 e |
液性指數 IL |
壓縮系數 a1-2 MPa-1 |
壓縮模量 Es1-2 MPa |
粘聚力 Ck kPa |
內磨擦角 Φk 度 |
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②1 |
粘土 |
34 |
19 |
0.76 |
0.96 |
0.4 |
0.4 |
4.9 |
45 |
9.5 |
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③1 |
粘土 |
33 |
18.8 |
0.66 |
0.91 |
0.3 |
0.45 |
4.7 |
35 |
9.2 |
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③2 |
中砂 |
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20.8 |
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④1 |
粘土 |
25 |
20.5 |
0.49 |
0.67 |
0.05 |
0.2 |
9.0 |
80 |
14 |
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④2 |
細砂 |
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④ |
粘土 |
23 |
20.4 |
0.55 |
0.66 |
0.06 |
0.2 |
9.0 |
75 |
13.5 |
表2 各層土的承載力標準值
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土層編號 |
土層名稱 |
土的狀態 |
地基承載力標準值（KPa） |
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①1 |
填土 |
稍密 |
70 |
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①2 |
耕植土 |
松散 |
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②1 |
粘土 |
可塑 |
135 |
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②2 |
卵石 |
稍密 |
180 |
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③1 |
粘土 |
可塑 |
140 |
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③2 |
中砂 |
松散~稍密 |
150 |
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③3 |
礫石 |
中密~密實 |
250 |
④1 |
粘土 |
可塑~硬塑 |
240 |
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④2 |
細砂 |
稍密~中密 |
135 |
|
④ |
粘土 |
硬塑 |
240 |
3.2 地基處理方案的選擇
因全廠新建建筑物較多，結構型式多樣，對不均勻脹縮變形的適應能力和使用要求均不同。因此慎重研究比較，合理選擇運用地基處理方案，對于保證建筑物安全可靠，節省投資，加快工程進度都具有十分具有重要的意義。
3.2.1 電解車間
3.2.1.1概況
電解車間全長313.0米，柱距6.2米，跨度24.0米，鋼筋混凝土排架結構，屋架下弦標高16.0米，軌頂標高9.15米，車間內設有標高為2.4米鋼筋混凝土操作平臺，操作荷載50KN/m2, 兩臺電解鋁多功能起重機及一臺20t普通天車，多功能起重機最大輪壓Pmax為410KN。
3.2.1.2地基處理方案的選擇
根據本工程框架內力分析結果，各柱腳內力為N=3940kN, M=2200KN.m, V=141KN。基礎方案選擇如下：
方案一：砂石墊層法。能夠充分利用天然地基強度，減少基底附加應力和調整基礎變形沉降，較深層處理經濟，且施工機具簡單，材料來源廣，通常是一種優先考慮的地基處理方案。由于本場地地下水位高，且與電解區域內凈化系統除塵煙道較近，煙道開挖較深，如采用本處理方法使得基槽開挖較寬較深，不利于機械碾壓，如果采用人工分層夯實，質量不易保證，往往壓實系數達不到設計要求，施工工期較長，由于該地區雨量豐富，工期拖延會給工程地基處理及基礎的施工質量造成不利影響，且砂石用量較大。
方案二：沉管灌注樁。該樁單價低，施工快。但根據地質勘探報告，沉管灌注樁端阻力小，所需樁數多，因而對上部土層的破壞較為嚴重，且該樁的成樁質量人為因素很大，容易產生質量缺陷樁。
方案三：人工挖孔護壁灌注樁。該處理方案施工簡單，機具設備少，進度快，成本低，也能有效地克服膨脹土對建筑物的危害。根據地質勘探報告，人工挖孔護壁灌注樁樁端阻力大，通過擴底等技術處理，可節約樁數量，根據當地人力情況，可大面積開挖施工，以加快施工進度。
經過技術及經濟分析比較，本工程采用人工挖孔護壁灌注樁。由于樁的長度主要取決于地層的結構和上部結構傳下來的荷載，加上機械器具的因素，本工程采用Φ800人工挖孔護壁灌注樁，擴底直徑為1.7m。
3.2.1.3試樁及分析
為了驗證人工挖孔擴底樁在本工程的適宜程度，在本場地做了兩組挖孔樁的試樁。
分析以上兩組P—S曲線可得出單樁極限承載力可取為3200kN，滿足設計要求。由此可見，采用人工挖孔擴底樁對本工程是適宜的。
3.2.2 50米磚煙囪
3.2.2.1地基處理方案的選擇
根據當地處理膨脹土的經驗，工程采用樁基較為穩妥。但根據現場具體情況，該煙囪位于電解區域內，周邊建（構）筑物已基本完工，如采用樁基，施工周期要加長，且工程造價也要提高。如果將基礎深埋，即把基礎直接座在第④層土上。這種方法雖然施工簡單，但基礎高度需加高3米，不僅增加了基礎的造價，且對周邊建（構）筑物也有一定影響，同時，對下部膨脹土層擾動過大。經過分析比較，決定采用換填級配良好的砂石墊層。
3.2.2.2砂石墊層的設計參數
3.2.2.2.1配合比設計
根據當地以往砂石墊層級配的配比經驗，決定選用表3所示的重量比砂石級配，并進行了室內壓縮試驗。試驗表明，該級配的砂石，室內壓實下取得了較好的密實度。
表3
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顆粒組成（%） |
干重度γd （kN/m3） |
壓縮系數a1-2 （kPa-1） |
壓縮模量Es（1-2） （kPa） | |||
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粒徑（mm） |
50~20 |
20~5 |
砂 | |||
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松散狀態 |
45.0 |
30.0 |
25.0 |
19 |
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壓縮狀態 |
42.1 |
32.0 |
25.9 |
26.3 |
4×10-5 |
33.4×104 |
3.2.2.2.2 墊層厚度的確定
根據《建筑地基基礎設計規范》（GBJ7-89）及《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-91）的規定，經計算本工程墊層厚度取1.2m，寬度寬出基礎邊緣1.0米。
3.2.2.3 砂石墊層的施工
在砂石墊層施工前，作為持力層的膨脹土層應避免人為擾動。級配填料在摻加總重4.5%的水后，以攪拌機攪拌均勻，并以0.3~0.5米的厚度分層鋪墊。然后采用120kN的振動碾壓機振碾，碾壓時采取分條疊合搭接，每次重疊1/2的碾輪，縱橫交錯，重疊振壓各四遍。
墊層碾壓結束后，對墊層進行了現場檢驗，經測定，砂石墊層的壓實系數λc＞0.95.滿足規范要求，可以做為本構筑物的地基。
3.2.3 單層附屬建筑
對于場地內單層附屬建筑，由于其上部結構荷載較小，設計采用了砂包基礎的處理形式。由于砂包基礎能釋放地裂應力，在膨脹土發育地區，中等脹縮性土地基，采用砂包基礎、地基梁、梁下油氈滑動層以及加寬散水坡四者相結合的處理措施，能夠取得良好效果。砂采用中砂或當地自然級配土加石，基礎下處理厚度不小于300mm，每邊寬出基礎寬度不小于250mm。通過對已建成建筑物的沉降觀測，平均沉降量為50~70mm，相對傾斜僅為0.01%~0.32%，完全滿足功能使用要求。
4 結論
基礎的型式很多，設計中應根據上部結構特性、工程地質、施工條件、環境條件、施工工期、經濟條件和材料市場價格等方面的因素進行綜合評價，選擇既適應上部結構使用要求，又經濟可行的地基處理方案。
地基處理的方法很多，但不管采用何種方法，處理后的建筑場地必須滿足強度、變形、動力穩定、透水性及特殊土地基穩定性的要求。
