浅谈安康膨胀土上的房屋建筑
摘要：膨胀土的特点容易对建筑永久性的危害，结合安康地区膨胀土的特点，联系实际工程实践的成果，总结出在安康地区膨胀土上房屋建筑施工时先期应该进行科学的规划布局、地基处理过程中要控制底土的侵入、施工过程中注重细节管理，当然在使用过程中还应该注意发现检查生活用水和雨水有无渗漏，及时处理，这样就可保证每栋建筑安全稳固。
关键词：膨胀土，方法，治理措施、效果
膨胀土指的是具有吸水后膨胀显著、失水后收缩显著特性的高液限粘土，晴天变成铁、雨天变成“橡皮泥”。安康地区的膨胀土矿物组成以伊利石、蒙脱石为主，夹少量的高岭石，这些亲水性的粘土矿物遇水膨胀，失水收缩，具有明显的胀缩性、多裂隙性、超固结性，以及强度减弱性。安康属凉亚热带气候，春秋多雨而夏季干旱，冬少雨雪，年平均降雨量在800毫米左右较集中，干旱度在1.4~1.8之间；在实际房屋建筑过程中容易造成沉陷、溜塌、纵裂、坍塌等事故，已构成典型的地质灾害，而且这种破坏作用具有多次反复性和长期潜在危害性，在安康地区有人称它为“工程中的癌症”。
一、膨胀土的特点
治理膨胀土，确保工程安全与质量一直困扰着工程界，是世界公认的重大技术难题，要治理膨胀土，首先要了解的性质和构成。膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊利石土和高岭土为主。安康地区的膨胀土黏土矿物成分以伊蒙混合层为主、并含有蒙脱石，伊利石和高岭土则发生有限的膨胀，蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，在安康地区，人们对这种土的评语是“硬得象石头”。膨胀土的性质及对建筑的危害膨胀土是一种由强亲水性矿物质组成具有吸水膨胀和失水收缩特性的黏性土，土的细颗粒含量较高，具有明显的湿胀干缩效应，遇水时土体即膨胀隆起，产生很大的上举力；失水时土体即收缩下沉。当房屋建筑坐落在膨胀土地基上，地基受到水分的侵害时，由于膨胀土自身的性质，经常引起建筑物的升降、位移或倾斜，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等；地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。原安康火车站候车站房发生的结构裂缝、地面隆起、下陷就是典型的膨胀土危害，不能满足安全使用，结果报废拆除。膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素，准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。
二、膨胀土的原因分析
在安康地区，膨胀土对建筑的危害较大，建造在膨胀土上的地板，在雨季来临时，由于土中含水量增加引起的地板翘起开裂屡见不鲜。而引起膨胀土发生变化的条件：1、含水量当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀，含水量的轻微变化，仅1%~2%的量值，就足以引起有害的膨胀，如果其含水量保持不变，则不会有体积变化，在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。2、干容重是指粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标γ=18.0KN/m³的粘土，通常显示很高的膨胀潜势，这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。3、物理性质及力学性质，在工程地质中粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的，通常状态下很干的粘土表示有危险，这类粘土能吸收很多的水，其结果是对结构物发生破坏性膨胀；反之比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进一步膨胀将不会很大，但应注意的是潮湿的粘土，在水位下降或其它的条件变化时，可能变干显示的收缩性也不可低估。
三、处理方法
我公司在安康地区有一施工项目位于江北黄沟路，地面自然坡度在5°~15°，属下更新世湖冲积膨胀上地层，按其工程地质性质属Ⅲ类若膨胀土，针对该小区的膨胀土的性质，我们具体采取了以下防治措施：
1、科学的楼位布局
根据坡地的特点，进行楼房布置，尽量减少土方的大挖大填。房屋尽可能短，一般两个单元，最多三个单元，避免房屋过长，造成地基基础过于复杂，难以处理。房屋的基础采用条形基础坐落在桩基础上，从而将房屋荷载直接传递到膨胀土下面的土层，房屋以板式楼为主，结构简单，便于选择地形。
2、建筑区域内场地治理
房屋建筑打破了建筑区原有的自然平衡条件，人群的活动增加了需要解决的新的平衡因素，只有通过环境工程的实施，才能使其达到新的平衡，以确保建筑物的安全和正常使用，我们采取以毛石挡土墙为主，构建导流排水系统相结合的方式。
（1） 设置毛石挡土墙，在这个坡度比较大的坡度上建筑房屋，只能结合地形采用阶梯式布局，较好的设置挡土墙，不但能够处理好膨胀土的滑坡，而且能提高小区的容积率，一举两得。根据对膨胀土滑坡的规律研究表明：边坡的滑动，一是由于坡脚开挖失去了支撑；二是坡脚土体软化滑溜，逐渐发展牵引形成。所以我们在平整场地时，在地形比较陡的地方，坡脚呈30°或更大的地方设置了6～12米高的重力式挡土墙。在开挖毛石挡土墙基础时，一定要注意采用跳挖，也就是利用毛石墙的伸缩缝将其分为若干段，隔一段开挖一段基础，这样减少内应力平衡的破坏。如果将毛石基础挖的过长，则造成原埋藏土体的暴露，受风化作用而改变了边坡土层水文地质条件，出现变形破坏，如剥落与泥流、冲蚀、膨胀与滑溜等，变形方式快速和反复，那时就难以控制。
（2）构建导流排水系统，安康是多雨的地区一年有两个雨季，水是造成膨胀土胀缩的直接因素，有组织的排水，在治理膨胀土作业中具有重要的作用。首先在小区的外围建立截洪沟，拦截建筑区上方的水流不进入小区，也不能渗入小区的地下，使水能够完全的通过截洪沟流出；其次在小区内设置塑料波纹管的地下雨污排水管网，沿房屋顺坡而下设置，接纳屋内屋外的来水；最后在房屋建成后，在房屋周围设置不小于1.2米得散水，散水坡外要有明沟，明沟的水集中排到小区的下水管网，防止雨水渗透，影响基础的稳定。
3、单栋建筑物的防治，建筑物常因地基不均匀沉降而造成破坏，非膨胀土地基的不均匀沉降，主要是因上部荷载而产生地基土的不均匀压缩变形所致，固结压缩变形随时间推移而逐日增加，膨胀土绝大部分是低压缩土，其压缩变形小，在建筑物竣工时一般基本完成。所以在膨胀土地区防治建筑物因变形而产生的破坏，除在结构上采取措施外，还应对地基进行可靠处理。（1）、基础埋深膨胀土的胀缩变形，直接受降雨、蒸发、温度等大气风化作用的影响，基础埋深应考虑当地大气风化作用影响深度和膨胀土的胀缩程度来决定。本小区建筑物地基属弱膨胀土，根据基础类型和房屋所处位置，基础埋深定为1.5~2.55米。（2）、采用夯扩混凝土灌注桩，先按照楼的位置进行土方开挖，平整场地好后，布置好桩位点。将桩管对准桩位，偏差不大于5毫米。利用冲击干成孔，进行正常冲击，钻到设计标高后停止进尺，提钻，利用检孔器对桩孔进行检测，同时对孔位、桩壁、垂直度等项目做质量检验。并按规范做好成孔记录表。检查过程中如发现桩的垂直度等质量检验项目有问题要及时采取措施，杜绝再次发生。检查合格后再将大约半个立方的碎砖、碎石通过重锤夯入桩端，形成扩大头，以提高单桩的承载力。将桩端超出膨胀土层1.5~2米，在满足各项条件下，及时的下钢筋笼，钢筋笼制作加工时要严格按照设计和规范要求，主筋接头采用闪光对焊，且相互错开，箍筋圆顺，间距满足设计要求。按设计要求的砼等级，集中拌制好，塌落度应控制在18~22厘米，并保证具有良好的和易性，不产生离析、分层和泌水现象。混凝土进入桩管后，通过振动提拔桩管，使之达到密实，也可以利用加长振动棒条进行振动密实。在桩身砼达到设计强度后可以破桩头，由于设计时灌注桩上有60厘米的虚桩头，可以用机械先破掉45厘米，留15厘米人工修凿，要求桩头修平，不能破坏到桩身，桩头的钢筋锚入基础要有足够的锚固长度。（3）、尽量保持原自然边坡、保持场地的稳定条件，避免大挖大填。在膨胀土层比较薄的前提下而且其下部的土质比较好如是比较厚的砂砾石层，则可以采取换土处理，将膨胀土层部分或全部挖去，用灰土、土石混合物或砂砾回填夯实或用人工垫层如砂、砂砾作缓冲层，厚度最小不小于30 cm.使地基土尽量保持原有天然湿度和天然结构。加强结构刚度，如设置地箍、地梁，在两端和内外墙连接处，设置水平钢筋加强连接等。（4）、抢基础施工进度抓回填土方质量，基坑（槽）挖好后，及时分段快速施工完成，并回填覆盖夯实，由于基础采用的是钢筋砼条形基础，工期相对较长，要精心组织好基础的每一个工序，压缩尽可能的可以节省的时间，减少基坑的暴露时间，防止雨水对基坑的浸泡，避免暴晒和受大气的影响。待基础砖墙和砼有一定的强度后，就可以进行基槽回填，利用灰土有止水和改变膨胀性的作用，使用3:7灰土进行室外和房心土回填。回填时要注意以下几个方面：3分白灰和7分土要搅拌均匀，注意灰土的含水率。遇到雨天或炎热气候要覆盖，防止灰土过干或过失；将搅拌好的灰土进行摊铺，严格按照30厘米一层，分层夯实；室内和室外要同时回填，不能有高低差，否则墙两侧的受力不均，容易使墙面涨裂；室外回填范围应超出基础边缘2 m,或超出开挖边线1 m;回填完成后最好采用C15混凝土进行硬化、找坡，防止雨水或施工用水、生活用水浸泡基底膨胀土；若条形或筏板基础浇筑完毕后，其上部工作量还很大的时候，可以先用3:7灰土回填到与条形或筏板基础相平的高度，以防止水浸入基槽。
4、施工阶段防止措施
为防止膨胀土地基对建筑物的危害，施工顺序、施工方法、施工质量的好坏也是相当重要的，可以讲“细节决定成败”采取有效预防膨胀土灾害措施是非常有必要。基础施工应该尽量避开雨季，采取分段快速施工法，避免扰动基底膨胀土，保持含水率相对稳定和其天然状态。严格控制施工过程中的施工用水，砌块浇水应保持距离基坑10 m 以外。做好建筑内给排水防水工作，及时检查使用情况，防止渗漏。在室内做检漏沟，并延伸至室外超出基础2米，向室外找坡并设集水坑。做好散水，保证散水基层不下陷、变形；散水不开裂、不渗水；加宽散水，找坡正确，排水能排到基础以外，不影响基底土的含水率。在整个建筑的施工、使用过程中严格控制水分对基础膨胀土的影响。水分的来源有：雨水、施工用水、生活用水、大气中的水分。控制的阶段有：基础土方开挖、基础施工、基础回填、建筑使用等阶段。
总之，控制住各种水分在各个阶段对建筑物基底膨胀土的影响，也就控制了膨胀土对建筑物的危害。按照以上的措施我们建设的金城美墅A组团已经使用5年多了，经过多次沉降观测，沉降量均在允许的范围内，300多户没有一家反映墙面开裂或有地坪隆起、沉陷的情况。
结合安康该工程的实践发现要想让膨胀土上的建筑安全稳固，在建筑伊始就要进行科学的规划，地基处理时要控制底土的侵入，在建筑施工过程中注重细节管理不要放过每一个细小环节；当建筑交付使用过程中提醒使用者注意发现检查生活用水和雨水有无渗漏，及时处理，就可保证每栋建筑安全稳固，不让基底膨胀土发生作用，保证建筑物的正常使用。
参考文献：
[1] 孟起然. 建筑企业系统安全管理方法探讨[J]. 中国安全生产科学技术. 2005(04)
[2] 胡桂兴. 科学管理 提高安全管理水平[J]. 建筑经济. 2005(08)
[3] (德)库尔曼(Kuhlmann,A.)著,赵云胜等译.安全科学导论[M]. 中国地质大学出版社, 1991
[4] 陈宝智编著.安全原理[M]. 冶金工业出版社, 1995
[5] 杨鸿生. 浅谈建筑施工安全技术与防护对策[J]. 今日科苑. 2009(04)
[6] 屠孝军. 市政工程建筑安全生产现状及管理方法研究[J]. 建材世界. 2009(04)
[7] 王静平. 施工安全技术与防护措施[J]. 黑龙江科技信息. 2010(16)
