浅谈建筑工程膨胀土地基基础设计
2023年05月31日 13:16:09
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膨胀土地基是一种比较特殊的地基。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。处理措施一般分深层和浅层处理,本文通过工程实例分析了建筑工程膨胀土地基基础设计。
1 概述
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以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。
2 膨胀土地基处理的一般原则
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,则是的方法。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,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。
3膨胀土地基处理方法
膨胀土的这种遇水膨胀、失水收缩开裂且反复变形的特殊工程性质,给工程带了较大的危害,准确地了解膨胀土的特性及变化的条件,就能够知道地基将会产生怎样的变形,从而采取相应的地基处理措施。膨胀土地基常用的处理方法有5个:
(1)换土
可采用非膨胀性材料或灰土,换土厚度可通过变形计算确定。平坦场地上I、II级膨胀土的地基处理,宜采用砂、碎石垫层,垫层厚度≥300 mm,垫层宽度应大于基底宽度,两侧宜采用与垫层相同的材料回填,并做好防水处理。换土法能够得到比其他处理方法更大的地基承载力,从根本上改变地基土的性质,工期也比较短。
(2)改良土质
在膨胀土中添加石灰、水泥等非膨胀材料或添加化学剂使膨胀土失去膨胀性的材料。在膨胀土中拌合一定量的石灰或水泥可降低或消除膨胀土的膨胀性;同时,有机和无机的化学剂也已经在膨胀土改良中得到应用,可以降低膨胀土的塑性指数和膨胀潜势。
(3)采用桩基
膨胀土层较厚时,应采用桩基,桩尖支承在非膨胀土层上,或支承在大气影响层以下的稳定层上。
(4)预湿膨胀
施工前使土加水变湿而膨胀,并在土中维持高含水率,则土将基本上保持体积不变,因而不会导致结构破坏。
(5)隔水法
根据膨胀土的特性,土体的含水率的变化是膨胀土产生危害的根本条件,采用综合措施切断基底下外界渗水条件,就可以保证地基的稳定性。各种处理措施,有时单独采用,有时需综合采用。
4膨胀土地基基础处理方案
基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见,竖向结构体系将荷载集中于点,或分布成线形,但作为最终支承机构的地基,提供的是一种分布的承载能力。如果地基的承载能力足够,则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件,需要采用满铺的筏形基础。筏形基础有扩大地基接触面的优点,但与独立基础相比,它的造价通常要高的多,因此只在必要时才使用。不论哪一种情况,基础的概念都是把集中荷载分散到地基上,使荷载不超过地基的长期承载力。因此,分散的程度与地基的承载能力成反比。有时,柱子可以直接支承在下面的方形基础上,墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时,只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用,就常常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来,以加强基础抵抗地震的能力。只是在地基非常,或者建筑物比较高的情况下,才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构,墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件,这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。如果地基承载力不足,就可以判定为地基,就必须采取措施对地基进行处理。地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时,应按局部土层考虑。勘察时,应查明土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况,根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。冲填土尚应了解排水固结条件。杂填土应查明堆积历史,明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。在初步计算时,先计算房屋结构的大致重量,并假设它均匀的分布在全部面积上,从而等到平均的荷载值,可以和地基本身的承载力相比较。如果地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值,则用单独基础可能比伐形基础更经济;如果地基的容许承载力小于2倍的平均荷载值,那么建造满铺在全部面积上的伐形基础可能更经济。如果介于二者之间,则用桩基或沉井基础。
5膨胀土地基基础的设计
房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑,选择经济合理的基础型式。 砌体结构优先采用刚性条形基础,如灰土条形基础、Cl5素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础和四合土条形基础等,当基础宽度大于2.5m时,可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。 多层内框架结构,如地基土较差时,中柱宜选用柱下钢筋混凝土条形基础,中柱宜用钢筋混凝土柱。 框架结构、无地下室、地基较好、荷载较小可采用单独柱基,在抗震设防区可按《建筑抗震设计规范》第6.1.1l条设柱基拉梁。 无地下室、地基较差、荷载较大为增强整体性,减少不均匀沉降,可采用十字交叉梁条形基础。 如采用上述基础不能满足地基基础强度和变形要求,又不宜采用桩基或人工地基时,可采用筏板基础(有梁或无梁)。 框架结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降要求严、防水要求高、柱网较均匀,可采用箱形基础;柱网不均匀时,可采用筏板基础。 有地下室,无防水要求,柱网、荷载较均匀、地基较好,可采用独立柱基,抗震设防区加柱基拉梁。或采用钢筋混凝土交叉条形基础或筏板基础。 筏板基础上的柱荷载不大、柱网较小且均匀,可采用板式筏形基础。当柱荷载不同、柱距较大时,宜采用梁板式筏基。 无论采用何种基础都要处理好基础底板与地下室外墙的连结节点。 框剪结构无地下室、地基较好、荷载较均匀,可选用单独柱基,墙下条基,抗震设防地区柱基下设拉梁并与墙下条基连结在一起。 无地下室,地基较差,荷载较大,柱下可选用交叉条形基础并与墙下条基连结在一起,以加强整体性,如还不能满足地基承载力或变形要求,可采用筏板基础。剪力墙结构无地下室或有地下室,无防水要求,地基较好,宜选用交叉条形基础。当有防水要求时,可选用筏板基础或箱形基础。高层建筑一般都设有地下室,可采用筏板基础;如地下室设置有均匀的钢筋混凝土隔墙时,采用箱形基础。 当地基较差,为满足地基强度和沉降要求,可采用桩基或人工处理地基。
6 结论
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。
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