软弱膨胀土的地基处理与实例分析

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 软弱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。

3 工程实例
3.1工程概况
云南个旧电解铝厂位于云南省个旧市大屯镇，地面绝对标高为1293.6~1297.57m，地形平坦。在地貌上场地属于盆地边缘平坦地貌。据地质勘察资料，本场地为膨胀性填土场地。各地层由上而下为：
①1层填土（Qm1）：褐红色，稍湿，稍密~中密，主要由灰岩碎石、角砾及粘土等组成，层厚0.5~1米。
①2层耕植土（Qm1）：褐红色，稍湿 ~湿，松散，含植物根系。层厚0.4~0.5米。
②1层粘土（Qa1+p1）：褐红色，可塑状态，局部硬塑或软塑，局部含砂岩圆砾，局部夹薄层圆砾、砾砂，成分主要为砂岩。层厚0.5~2.10米。
②2层卵石（Qa1+p1）：褐红色、褐灰色，稍湿~湿，稍密，砂及粘土充填。层厚1.20~1.30米。
③1层粘土（Qp1+1）：黑灰色、灰色、灰黄色，可塑状态，局部软塑状态，局部含砂、砾石，次棱角状，顶部偶见动物残骸，夹细砂、中砂。层厚3.2~8.4米。
③2层中砂（Qp1+1）：灰色、浅灰色、灰黄色，很湿，松散~稍密，分选性较差，含卵石、圆砾，次棱角状，含量5~10%，含粘粒。
④1层粘土（Qa1+p1）：黄绿色、浅黄色，可塑~硬塑状态，局部含少量碎石、角砾。层厚0.6~4.80米。
④2层中砂（Qa1+p1）：浅灰色、灰色、黄绿色，湿，稍密~中密，分选性一般，含圆砾、卵石，含量3~10%，含粘粒。层厚0.6~2.9米。
④层粘土（Qa1+p1）：浅黄色、褐黄色、黄绿色，硬塑状态，局部可塑或硬塑状态，含碎石、圆砾，含量约5%左右，局部夹粉质粘土。钻孔未揭穿，层顶埋深6.00~13.40米。
本场地地下水稳定埋深0~1.3米。
上述各土层的物理力学指标见表1，各土层的容许承载力见表2。

表1 各主要土层主要物理力学指标表

土层编号	土层名称	天然含水量（%）	重力密度 r KN/m3	含水比 aW	孔隙比 e	液性指数 IL	压缩系数 a1-2 MPa-1	压缩模量 Es1-2 MPa	粘聚力 Ck kPa	内磨擦角 Φk 度
②1	粘土	34	19	0.76	0.96	0.4	0.4	4.9	45	9.5
③1	粘土	33	18.8	0.66	0.91	0.3	0.45	4.7	35	9.2
③2	中砂		20.8
④1	粘土	25	20.5	0.49	0.67	0.05	0.2	9.0	80	14
④2	细砂
④	粘土	23	20.4	0.55	0.66	0.06	0.2	9.0	75	13.5

表2 各层土的承载力标准值

土层编号	土层名称	土的状态	地基承载力标准值（KPa）
①1	填土	稍密	70
①2	耕植土	松散
②1	粘土	可塑	135
②2	卵石	稍密	180
③1	粘土	可塑	140
③2	中砂	松散~稍密	150
③3	砾石	中密~密实	250
④1	粘土	可塑~硬塑	240
④2	细砂	稍密~中密	135
④	粘土	硬塑	240

3.2 地基处理方案的选择
因全厂新建建筑物较多，结构型式多样，对不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求均不同。因此慎重研究比较，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具有重要的意义。
3.2.1 电解车间
3.2.1.1概况
电解车间全长313.0米，柱距6.2米，跨度24.0米，钢筋混凝土排架结构，屋架下弦标高16.0米，轨顶标高9.15米，车间内设有标高为2.4米钢筋混凝土操作平台，操作荷载50KN/m2, 两台电解铝多功能起重机及一台20t普通天车，多功能起重机最大轮压Pmax为410KN。
3.2.1.2地基处理方案的选择
根据本工程框架内力分析结果，各柱脚内力为N=3940kN, M=2200KN.m, V=141KN。基础方案选择如下：
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。由于本场地地下水位高，且与电解区域内净化系统除尘烟道较近，烟道开挖较深，如采用本处理方法使得基槽开挖较宽较深，不利于机械碾压，如果采用人工分层夯实，质量不易保证，往往压实系数达不到设计要求，施工工期较长，由于该地区雨量丰富，工期拖延会给工程地基处理及基础的施工质量造成不利影响，且砂石用量较大。
方案二：沉管灌注桩。该桩单价低，施工快。但根据地质勘探报告，沉管灌注桩端阻力小，所需桩数多，因而对上部土层的破坏较为严重，且该桩的成桩质量人为因素很大，容易产生质量缺陷桩。
方案三：人工挖孔护壁灌注桩。该处理方案施工简单，机具设备少，进度快，成本低，也能有效地克服膨胀土对建筑物的危害。根据地质勘探报告，人工挖孔护壁灌注桩桩端阻力大，通过扩底等技术处理，可节约桩数量，根据当地人力情况，可大面积开挖施工，以加快施工进度。