膨胀土地基处理技术在多层建筑中的应用研究
2015-07-13
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0 引言
膨胀土随着土壤中含水量的变化，表现出吸水膨胀、失水收缩的特性。膨胀土地基的土层厚度、土层分布以及膨胀土含水量分布等都会引起建筑地基的不均匀隆起或者是塌陷，严重的会造成建筑墙体开裂、地面变形，对建筑物的质量造成严重威胁。因此，要对膨胀土地基处理技术进行研究，以保证多层建筑的施工质量。
1 膨胀土性质分析
1.1 膨胀土的膨胀指标分析 膨胀土主要是由富有亲水性的矿物质构成的，这些亲水性矿物质的颗粒都比较小，但是表面积较大，当这些矿物质所处的外部环境发生变化时，这些亲水性矿物就会与周围的水分子发生作用，进而产生物理变化或者是化学变化。随着变化时间的增加，这些矿物颗粒的体积不断增大，进而出现吸水膨胀、失水收缩的现象。膨胀土根据膨胀率分为不同的类型，当膨胀率大于100%的时候，称为强膨胀土，当膨胀率低于40%的时候称为非膨胀土，当处于两者之间时，称其为中等膨胀土。在施工过程中，有的膨胀土在地基开挖的时候呈现出坚硬、结实的现象，但是随着时间和外界环境的不断变化，膨胀土表面会首先与水分子发生作用，并且逐渐延伸到土壤内部，进而对建筑物造成恶劣的影响。
1.2 膨胀土的膨胀机理分析 膨胀土的膨胀机理是由其中的黏性矿物含量和特性所决定，不论是膨胀土出现吸水膨胀还是失水收缩的现象，都是由于其中含有较多亲水性较强的矿物的缘故。这些具有较高亲水性的黏性矿物在土壤中的组成比例、排列方式等对膨胀土的膨胀程度有着密切的关系。
2 建筑中膨胀土处理的一般原则
根据多年的实践经验，建筑中膨胀土处理的一般原则有以下两种。第一种是对不均匀变形地基的适应性较强的建筑采取必要的结构牢固措施，一般来说，采用钢筋混凝土结构建造的民用建筑或者是4层以下采用砖混结构的建筑物在处理膨胀土地基的时候会采取这种办法，主要是由于这种类型的建筑物基地压力比较大，当膨胀土地基产生变形的时候，牢固其建筑结构就会产生一定的适应性，不会出现较为恶劣的后果。第二种是对膨胀土地基进行处理以减少地基变形程度，这主要是针对层数较多的砖混结构建筑物所采取的处理措施，由于这一类建筑物的基地压力比较小，会地基变形的敏感度较高，当膨胀土地基发生轻微变形时都会对建筑地面和墙壁产生负面影响，因此需要对地基进行合理处理，将地基对建筑物的负面影响降到最低，从而保证建筑物的牢固性和安全性。
3 多层建筑中膨胀土地基处理技术和措施研究
3.1 增加多层建筑的整体刚度 增加多层建筑的整体刚度主要是当多层建筑出现垂直变形并且呈现出规律分布变化的时候采取的膨胀土地基处理措施。这种处理措施是从多层建筑方面着手，通过增设圈梁和构造柱的方式进行的。通过圈梁和构造柱，多层建筑的整体刚度会在原来的基础上提高一半，圈梁能够在垂直方向上将建筑物的集中度在原来的基础上提高一半，而构造柱可以在水平方向上将建筑物的集中度在原有的基础上提高四分之三，从而在建筑整体上增加刚度，有效的应对膨胀土地基变形对建筑产生的恶劣影响，建立在膨胀土地基之上的多层建筑的变形都是在三维界面内发生的，因此，在多层建筑施工的过程中，应当对圈梁进行合理的处理，要让多层建筑的圈梁都处在一个闭合的水平面上，并且将构造柱也要纳入到这个平面中，这样在平衡多层建筑扭矩的同时，又能避免当膨胀土地基发生变形时多层建筑出现墙体裂缝的现象。
3.2 对多层建筑的基础形式进行合理设计 建筑的基础形式有很多种，对于多层建筑来说，采用薄壁开口箱式基础能够有效的消除膨胀土地基带来的负面影响。这种箱型基础既没有底，也没有顶，四周的箱基板作为挡水墙限制了多层建筑地基的土层含水量，从而对膨胀土地基的变形起到了关键性阻止作用。另外，采用薄壁开口箱式的建筑基础能够产生较高的荷载值，这样也对膨胀土的膨胀机理产生较强的抑制作用。
3.3 增加多层建筑的沉降缝 由于膨胀土地基变形分布具有不均匀的特点，并且地基开挖和地基填方的地方都会出现明显的界限，因此增加多层建筑的沉降缝是应对膨胀土地基的有效方法。当膨胀土地基里的黏性矿物由于含水量增加发生膨胀土膨胀或者收缩导致多层建筑的地面和墙体出现裂缝，而增设沉降缝能够很好的减少膨胀土地基变形带来的裂缝，减少多层建筑物裂缝的出现。
3.4 对多层建筑周围的散水宽度进行合理控制 散水不仅能够降低环境气候因素对膨胀土地基产生的影响，而且能够减少地基土壤水分的蒸发，将膨胀土地基的含水量控制在合理的范围内，有效地控制膨胀土地基的突然膨胀或者是收缩现象的出现。另外，如果膨胀土土体突然大量进水或者是受到长期的暴晒失去水分，土体中的水量产生突发性的大变化会对多层建筑产生极为恶劣的影响，散水能够较好的应用这种突发性变化，将膨胀土土体的变化幅度控制在较少的范围内，从而减缓和减轻膨胀土地基变形的趋势。经过大量的实践证明，一般情况下，多层建筑的散水宽度控制在2米到2.5米之间能够对膨胀土地基变形产生较好的控制效果。
3.5 合理增加多层建筑基础深度 应对膨胀土地基产生的多层建筑房屋裂缝、沉降问题最有效的方式就是合理的增加多层建筑的基础深度，采取合理有效的深埋措施。大气环境和地下水环境是影响多层建筑基础深埋的两个主要外界因素，按照多层建筑相关设计和施工规范标准，对膨胀土地基上的多层建筑深埋也要符合相关的深度规定，一般情况下，多层建筑的基础深度最少应该为1米，并且深度要随着建筑层数、建筑材料和建筑设计等因素而增加，但是这个深度值不能低于1米。另外，在地下1.5米处大气环境对土体的影响较小，因此如果多层建筑的基础深埋达到1.5米甚至更深的时候，大气环境对膨胀土体产生的影响可以忽略不计。
3.6 换土和挖除 换土是应对膨胀土地基变形的最有力、最彻底的处理措施。换土是指将多层建筑基底以下的膨胀土全部挖去，用中粗砂粒、建筑碎石等对其进行替换。另外，换土的另一种方式是将石灰加入到膨胀土中，石灰的特定能够大大地降低膨胀土的透水性，限制膨胀土的膨胀度，进而减少膨胀土对多层建筑的不良影响。
4 结语
膨胀土的膨胀变形需要一定的时间积累，并且呈现出较好的刚性，很容易让人对其产生良好地基的错误认识，从而为建筑安全埋下隐患，因此解决膨胀土地基变形问题成为极为迫切的需要。本文结合膨胀土土体的特性，在总结建筑物膨胀土地基处理一般原则的基础上，对多层建筑中的膨胀土地基处理技术进行探讨和研究，为多层建筑膨胀土地基处理技术和措施提供了一定的参考。
参考文献：
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