南水北调中线陶岔枢纽工程管理营地弱膨胀土地基处理

林 峰 裴 磊 王 勇

南水北调中线陶岔枢纽工程管理营地弱膨胀土地基处理

林 峰1裴 磊2王 勇1

一、软弱膨胀土地基及处理的一般原则

软弱膨胀土地基是一种比较特殊的地基，膨胀土系指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土。由于膨胀性土会因为土中含水量的变化而发生相应的膨胀或收缩变形，特别是在场地膨胀性土层厚度不一、均匀性不一、不同部位处含水量的变化及建筑物基底压力不等等原因时，就会导致地基土不均匀的隆起或下陷，使得建筑物产生墙体开裂、地面隆起或下陷等破坏。因此，必须对膨胀性土场地进行处理，以满足自由膨胀率δef均小于0.4的要求。修建在膨胀土上的房屋，如果基础处理不好，会产生砖墙开裂、墙身外倾、地坪坍陷、基础圈梁及墙通裂等。当利用这种土作为建筑物地基时，必须采取必要的处理措施，以消除土的膨胀潜势。

膨胀土地基的处理应根据当地的气候条件、地基的胀缩等级、场地的工程地质及水文地质情况和建筑物结构类型等。结合建筑经验和施工条件，因地制宜采取治理措施。如果能够采用换填非膨胀土或采取化学等方法，从根本上改变地基土的性质，则是根治的最好方法。如果用桩基或深埋的办法，使基础落到含水量较稳定的土层，就能大大减少对建筑物的危害；对于上部荷重较轻的小型建（构）筑物，亦可浅埋基础但必须避免扰动下部膨胀土。

由此可知，软弱膨胀土地基的处理应根据场地土胀缩性能、水文地质条件，考虑具体建筑物适应变形的能力，采取相应的处理措施。同时加强结构的整体变形能力，切断基底下外界渗水条件，以保证地基的稳定性。

二、工程实例

1.工程概况

南水北调中线一期陶岔渠首枢纽工程管理营地总用地约2.81万平方米，由办公楼、宿舍楼、食堂、活动厅、门卫房、车库、维修库房、变配电所、水泵房等几部分组成，均为新建建筑物，结构型式为1～3层框架结构。该工程位于河南淅川县九重镇陶岔村段南侧石盘岗上，属于汤山与禹山之间的垭口地带，为第四纪冲洪积平原上的剥蚀残山，属人工地貌，地形较平坦，地貌形态单一，场地地面标高为180.1～183.2m。据地质勘察报告，本场地为膨胀性填土场地。各地层由上而下为：

第①层:素填土（rQ）呈黄褐色，密性不均一，主要以粉质粘土及堆积碎块石为主，粉质粘土呈可塑-硬塑。其中场地大部分素填土成分以粉质粘土夹碎块石为主，场地南侧则以碎块石夹粉质粘土为主，该层层底埋深在1.00～6.20m，分布于整个场地区。

第②层：粉质粘土（a1-p1Q2）呈黄褐色，硬-硬可塑，具弱-中等膨胀性。局部含姜石，分布不均，含灰白及灰绿色团块，揭露厚度0.40～7.00m，场地区内大部分地区有分布，场地南侧缺失，层底标高171.4～181.2m。

第③层：奥陶系中统第二层岩组（O22）主要为中厚-厚层灰岩、白色质灰岩，弱风化，裂隙较发育，多充填有方解石脉，偶夹铁质泥岩薄层。层底在勘探深度内未揭穿。

在勘察期间，场地内所有钻孔均为干孔，未见地下水。

上述各土层的物理力学指标见表1，各土层的承载力特征值见表2。

2.地基处理方案的选择

经研究比较，合理选择运用地基处理方案，对于保证建筑物安全可靠，节省投资，加快工程进度都具有十分重要的意义。

方案一：砂石垫层法。能够充分利用天然地基强度，减少基底附加应力和调整基础变形沉降，较深层处理经济，且施工机具简单，材料来源广，通常是一种优先考虑的地基处理方案。由于工程地基处理工期较短，在该地区地基处理期间雨量很少，场地地下水位很低，如采用该处理方法基槽开挖较宽较浅，利于机械碾压，质量易保证，压实系数较容易达到设计要求。

方案二：钻孔灌注桩。该处理方案也能有效地克服膨胀土对建筑物的危害，但该桩单价较高，施工不快。新建建筑物基础原设计均是柱下独立基础，如采用灌注桩处理地基，基础结构型式要改变，需要修改设计，因该工程是南水北调中线一期渠首工程，时间紧、任务重，采用该方案使施工周期加长，且工程造价也要提高。

方案三：增加基础埋深。这是防止房屋产生过大不均匀沉降变形，防治膨胀土的一项较为有力的长期处理措施。根据地质勘察报告，考虑增加基础埋深，穿过第1、2层膨胀土层，插入稳定的非膨胀土第3土层作为基础持力层，采用该处理方案，基槽开挖和土方回填量将大大增加，几个建筑物同时施工，场地又受限，大量挖土不好堆放，基础埋深加大，基础造价抬高，另因建筑物基础持力层改变，基础也需要重新设计，施工工期也被拖长。

经过以上三种地基处理方案的技术及经济分析比较，本工程各建筑物均采用砂石垫层法。

3.砂垫层的设计要求

表1 各层土的物理力学性质指标建议值

表2 各层土的力学参数建议值

换填垫层材料采用粗砂，根据《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）及《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）的规定，经计算2～3层框架建筑物砂垫层厚度取0.8m，宽度宽出基础边缘0.7m，1层框架建筑物砂垫层厚度取0.6m，宽度宽出基础边缘0.6m。换填砂垫层需分层碾压、夯实，垫层的压实系数必须大于0.95。

4.砂垫层的施工

基槽挖好后，应立即进行施工，尽快回填夯实，以避免基槽泡水或曝晒，防止地面水渗入，做到快速施工。在砂垫层施工前，作为持力层的膨胀土层应避免人为扰动。砂填料首先应掺适量的水，含水量控制在8%～12%，再以0.25～0.30m的厚度分层铺垫。然后采用12t的振动压路机振碾，碾压时采取分条叠合搭接，每次重叠1/2的碾轮，纵横交错，重叠振压各四遍。垫层碾压结束后，对垫层进行了现场检验，经测定，砂垫层的压实系数λc＞0.95，满足规范要求，可以作为建筑物的地基。

三、结语

基础的型式很多，设计中应根据上部结构特性、工程地质、施工条件、环境条件、施工工期、经济条件和材料市场价格等方面的因素进行综合评价，选择既适应上部结构使用要求，又经济可行的地基处理方案。地基处理的方法很多，但不管采用何种方法，处理后的建筑场地必须满足强度、变形、动力稳定、透水性及特殊土地基稳定性的要求。

实践表明，膨胀土对建筑物的危害很大，但只要在工程勘察、设计、施工和使用各阶段采取切实可行的措施，以安全实用和经济合理为原则，认真分析膨胀土地基的特性，设计中注意抓住主要矛盾并进行妥善地基处理，同时辅以结构构造方面的措施加强整体性，施工中严格按照设计要求操作，膨胀土地对建筑物的危害是完全可以消除的

（专栏编辑：张 婷）

1.盐城市河海工程建设监理中心 224001 2.淮委南水北调中线一期陶岔渠首枢纽工程建管局 474450）