膨胀土地基计算和设计(精)

1引言膨胀土的分布范围很广，在国内，广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有分布，在国外，美国西南部、印度、澳大利亚、非洲和中东等地也广泛存在。

我公司近期在南非、塞内加尔、印度等地执行的水泥工程项目均存在不同程度的膨胀土问题。

膨胀土主要由亲水性矿物组成，如蒙脱石、伊利石和高岭石等，具有较大的吸水膨胀摘要：介绍了中国、美国、法国、印度对膨胀土的判别分类标准，中国标准采用自由膨胀率，美国标准采用多种方法，法国标准按膨胀应力分类，印度标准采用多指标综合判别分类膨胀土。

同时，介绍了在不同判别分类标准下，膨胀土地区基础工程采用的微型桩、短桩、应力抵消法等施工方式。

关键词：膨胀土；膨胀性分类；微型桩；施工方式中图分类号：TU471.91文献标识码:B 文章编号：1001-6171（2021）01-0073-06DOI ：10.19698/ki.1001-6171.20211073通讯地址：天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300400；收稿日期：2020-05-31；编辑：吕光膨胀土的分类及膨胀土地区基础的施工方案全明Classification of Expansive Soil and Construction Scheme of Foundationsin Expansive Soil AreaQUAN Ming(Tianjin Cement Industry Design &Research Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300400,China )Abstract :The identification and classification criteria of expansive soil in China,America,France and India are introduced.For Chinese,American,French and Indian code,free swelling ratio,multiple methods,swelling pressure and multi-index comprehensive method is adopted respectively.Meanwhile,the construction methods such as micro pile,short pile and stress offset method forfoundation engineering in expansive soil area under different identification and classification criteria are presented.Key words :expansive soil;classification of expansibility;micro pile;construction method性、失水收缩性和强度衰减性。

·线路/路基·收稿日期：20050429作者简介：漆宝瑞（1955—），男，高级工程师，1981年毕业于兰州铁道学院铁道工程专业，工学学士；2002年毕业于西南交通大学铁道工程专业，工程硕士。

膨胀土的膨胀系数、收缩系数求解及应用漆宝瑞，秦小林（铁道第二勘察设计院，成都 610031）摘 要：从研究膨胀率、收缩率与含水量的关系出发，提出了膨胀系款、收缩系数的概念并研究了其性质。

研究结果表明，膨胀系数、收缩系数是能充分表征膨胀土胀缩变形能力且不随含水量变化而变化的指标，它可用作膨胀土判别分类的指标和膨胀土地基的胀缩变形量计算。

关键词：膨胀土；膨胀率；收缩率；膨胀系数；收缩系数；地基变形量中图分类号：U213.1+4 文献标识码：B 文章编号：10042954（2005）06001103Derivation and Application on Expansion Coefficient and Con-traction Coefficient of Expansion Soil Qi Baorui ，Qin XiaolinAbstract This paper ，from the relationship of the expansion rate ，contraction rate and water content ，set forth the concept and Expan-sion Coefficient and Contraction Coefficient and researched its char-acteristics.The study results shown that the Expansion Coefficient and Contraction Coefficient are the index to indicate fully the ex-pansion-contraction and deformation capacity of the expansion soil and they will be not change with the variety of water content ，and they can be able to apply as index for the differentiate and classifi-cation of the expansion soil and as calculation for the expansion-contraction and deformation quantity of the expansion soil founda-tion.Keywords Expansion soil ；Expansion rate ；Contraction rate ；Ex-pansion coefficient ；Contraction coefficient ；Deformation quantity of ground foundationAuthor ’s address The 2nd Railway Survey and Design Institute ，Chengdu 6100311 概述膨胀土是土中黏土矿物主要由亲水矿物组成，具有吸水膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩，并能产生往复变形的特殊黏土。

说明膨胀土地基的变形特点及设计时应遵循
的原则
膨胀土地基是指在一定胀孔压力下会发生体积膨胀的土层。

其变形特点主要表现为：
1. 随着胀孔压力的增加，膨胀土地基的体积将增大。

2. 膨胀土地基的变形性质呈现非线性特点，即相同的胀孔压力对应的变形量随着时间的推移而增大。

3. 膨胀土地基的变形量具有较大的不可预测性，其变形过程受到许多因素的影响，如土层厚度、地下水位、土的性质等。

因此，在膨胀土地基设计时，应遵循以下原则：
1. 了解土地基的膨胀特性和变形规律，对基础底部和侧面应进行足够的排水和隔离。

2. 对于膨胀土地基，采用多种措施进行加固，如加厚基础、采用增强土等。

3. 建立合理的监测和维护机制，及时发现和处理变形问题。

4. 在选择基础形式和结构形式时，要充分考虑地基膨胀的特性和变形规律，并采取相应的措施，以确保基础的稳定性和耐久性。

浅谈膨胀土地基桥梁基础设计与施工【摘要】膨胀土地基以其遇水后所产生的胀缩变形对桥梁基础安全构成极大隐患，本文将根据对膨胀土地基特点研究分析以及在工程项目中的实际经验对桥梁基础的设计和施工方法进行阐述。

【关键词】膨胀土桥梁基础设计施工【abstract】expansive soil foundation is defined as a great danger to the safety of bridge foundation by its expansion and shrinkage deformation under the water influence. according to research and analysis on the expansive soil foundation and the practical experiences， this discourse will discuss the method of design and construction of bridge foundation.【key words】expansive soil； bridge foundation； design；construction1 膨胀土的定义1.1 膨胀土膨胀土是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。

一般粘性土都具有吸水膨胀、失水收缩的特性，但膨胀土的这种变形量特性比较显著，容易带来工程危害，对地基基础带来的危害最为显著。

1.2 胀缩等级膨胀土地基评价，应根据地基的膨胀、收缩变形对基础的影响程度进行。

地基的胀缩等级，按地基分级变形量sc（mm）可分为三级：15≤sc<30，为ⅰ级；35≤sc<70，为ⅱ级； sc≥70，为ⅲ级。

1.3 大气影响深度和大气影响急剧深度膨胀土地基的计算深度应根据大气影响深度确定。

膨胀土地区建筑技术规范[附条文说明]GB50112-20131总则1.0.1为了在膨胀土地区建筑工程中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、保护环境，制定本规范。

1.0.2本规范适用于膨胀土地区建筑工程的勘察、设计、施工和维护管理。

1.0.3膨胀土地区的工程建设，应根据膨胀土的特性和工程要求，综合考虑地形地貌条件、气候特点和土中水分的变化情况等因素，注重地方经验，因地制宜，采取防治措施。

1.0.4膨胀土地区建筑工程勘察、设计、施工和维护管理，除应符合本规范外，尚应符合有关现行国家标准的规定。

2术语和符号2.1术语2.1.1膨胀土expansive soil土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。

2.1.2自由膨胀率free swelling ratio人工制备的烘干松散土样在水中膨胀稳定后，其体积增加值与原体积之比的百分率。

2.1.3膨胀潜势swelling potentiality膨胀土在环境条件变化时可能产生胀缩变形或膨胀力的量度。

2.1.4膨胀率swelling ratio固结仪中的环刀土样，在一定压力下浸水膨胀稳定后，其高度增加值与原高度之比的百分率。

2.1.5膨胀力swelling force固结仪中的环刀土样，在体积不变时浸水膨胀产生的最大内应力。

2.1.6膨胀变形量value of swelling deformation在一定压力下膨胀土吸水膨胀稳定后的变形量。

2.1.7线缩率linear shrinkage ratio天然湿度下的环刀土样烘干或风干后，其高度减少值与原高度之比的百分率。

2.1.8收缩系数coefficient of shrinkage环刀土样在直线收缩阶段含水量每减少1％时的竖向线缩率。

2.1.9收缩变形量value of shrinkage deformation膨胀土失水收缩稳定后的变形量。

第3章膨胀土地基的处理3.1 膨胀土的判别方法与标准准确判别膨胀土及评价膨胀势大小是膨胀土地基处理首要解决的问题。

若将膨胀土漏判或将强膨胀土判为弱膨胀土，会给工程埋下隐患；若将普通土误判为膨胀土或将弱膨胀土为强膨胀土，会造成经济的巨大浪费。

已有的工程教训证明，许多膨胀土的工程危害是由工程人员对膨胀土误判造成。

目前，国内外关于膨胀土判别分级的指标有几十种之多，我国不同行业之间的判定方法与标准亦不相同。

国内工程设计常用的判别标准主要有以下3类。

第4类为本设计建议使用的判别标准。

⒈原国家建委标准[3]该规范以自由膨胀率为判据，特殊情况下可以根据蒙脱石含量来确定自由膨胀率大于40%，或蒙脱石含量大于7%时，可判定为膨胀土。

其后的《建筑地基基础设计规范》也有相近内容的规定。

膨胀上的分级标准见表3-1表3-1 膨胀土级别标准(原国家建委)自由膨胀率（%）蒙脱石含量（%）膨胀土级别自由膨胀率（%）蒙脱石含量（%）膨胀土级别>100 60—100>2514—25强膨胀土中膨胀土40—60 7—14 弱膨胀土2.铁道部行业标准[4]规则中，膨胀土的判别分为初判和详判。

初判适用于踏勘与初测阶段，详判适用于定测与施工图设计阶段。

初判依据为土的现场宏观地质特征、自由膨胀率、液限。

土的现场宏观地质特征符合膨胀土特征，且自由膨胀率Fs≥40%，液限Wl≥40%时，判定为膨胀土。

膨胀土的现场宏观地质特征详见《规则》。

详判时，使用自由膨胀率、蒙脱石含量与阳离子交换量3项指标。

当符合其中2项指标时，判别为膨胀土。

注:CEC100表示100g干土的阳离子交换量，单位为(mmol)NH4+。

3.交通部标准[5]规范中，要求自由膨胀率大于40%和液限大于40%的黏土质，可初判为膨胀土，但这并不是惟一的，最终决定因素是“胀缩总率及膨胀的循环变形特征，以及与其他指标相结合的综合判别方法”。

其膨胀土工程地质分类见表3-3。

表 3-3 膨胀土工程地质分类(交通部)分类野外地质特征主要黏土矿物成分>0.002mm黏粒含量自由膨胀率（%）膨胀总量（%）（%）强膨胀土中膨胀土弱膨胀土灰白、灰绿色，黏土细腻，滑感特强，网状裂隙极发育，有蜡面，易风华成细粒状、鳞片状以综、红、灰色为主，黏土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，易风化成碎粒状，含钙质结核黄褐色为主，黏土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风华成碎粒状，含较多钙质结核或铁锰质结核蒙脱石伊利石蒙脱石伊利石蒙脱石伊利石高岭石>5035—50<35>9065—9040—65>42—40.7—2.0注:胀缩总率为土在50kPa压力下的膨胀率与收缩率之和。

摘要：软弱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，分析了不同建（构）筑物在相同的地质条件下的几种处理方法。

关键词：膨胀土地基处理灌注桩砂石垫层砂包基础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1 293.6~1297.57m，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。

张工膨胀土变形计算膨胀土是一种具有较大水分含量的土壤，在遇到水分时会膨胀变形。

这种土壤的特性使其在工程建设中需要特别注意。

计算膨胀土的变形是为了预测土壤在不同水分条件下的膨胀程度，从而采取相应的措施来减少膨胀所带来的影响。

膨胀土的变形计算主要涉及以下几个方面：土壤膨胀指数、土壤含水率、膨胀力及膨胀变形。

1.土壤膨胀指数：土壤膨胀指数（Plasticity Index，简称PI）是一个衡量土壤可塑性和膨胀性的指标。

根据土壤的抗剪强度和塑性限度，可以计算土壤的膨胀指数。

膨胀指数越大，土壤的膨胀性越强。

计算公式为：PI=LL-PL其中，LL表示液限，PL表示塑限。

2.土壤含水率：土壤的含水率（Moisture Content）是指土壤中水分的质量与干重质量的比值。

膨胀土的含水率影响着其膨胀变形的程度。

含水率越高，土壤的膨胀变形也就越大。

计算公式为：Moisture Content = (Ww / Ws) × 100其中，Ww表示土壤中水的质量，Ws表示土壤的干重质量。

3.膨胀力：膨胀土的膨胀力（Swelling Pressure）是指土壤在吸湿膨胀时所产生的力量。

膨胀力的大小取决于土壤的类型、含水率以及土壤颗粒间的相互作用。

膨胀力的计算较为复杂，需要参考相关试验数据或通过现场测试来获得。

4.膨胀变形：膨胀土的膨胀变形（Volume Change）是指土壤在吸湿膨胀或干燥收缩时所发生的体积变化。

膨胀变形会导致工程结构的沉降、开裂等问题。

膨胀变形的计算需要根据土壤的湿度、含水率、膨胀性质以及土壤颗粒的间隙特征来进行。

通过计算膨胀土的变形，可以对工程建设中遇到的土壤膨胀问题进行预测和控制。

在实际工程中，通常会采用不同的措施来减轻膨胀土的膨胀变形，例如在土壤中添加化学药剂或采取加固处理等方式来改变土壤的膨胀性质。

研究膨胀土的变形有助于更好地理解土壤的工程性质，并为相关工程提供合理的设计和施工方案。

不同地区的膨胀土的变形特性可能存在差异，因此需要根据具体情况来进行相应的计算和分析。

膨胀土地区深基坑支护设计与施工摘要：膨胀土地区基坑施工过程中需尽可能维持土体初始应力状态与物理属性，观察地下水分布状态，避免土体长时间暴露产生水土反应影响工程施工。

膨胀土地区域采用深基坑支护设计和施工能够防止侧膨胀压力，确保墙后土体稳定性，有着重要作用。

对此，笔者结合实践研究，就膨胀土地区深基坑支护设计和施工具体方法展开详细分析。

关键词：膨胀土地区；深基坑支护；设计与施工城市化进程的加快带动了建筑事业的发展，高楼大厦拔地而起，城市建筑密集使得施工空间越来越狭小。

为保证建筑主体、地下管线的有效应用需采取基坑处理与支护，尤其是在膨胀土地区。

基坑开挖深度超出膨胀土深埋就会影响边坡稳固性，造成边坡失稳而引发安全事故。

因此，怎样做好膨胀土地区深基坑支护设计和施工成为单位重要研究课题。

一、工程案例某大厦建设2幢15层框架连体建筑，地下室一层半，占地面积约60m*70m，平面为梯形桩，基坑开挖深度约6--7.4m，土体暴露时间约半年，有必要采取支护施工。

因为建筑主体东向存在城市管网、其他方向南端有10m放坡空余，其余为临时建筑物，基坑周围和相近建筑水平最小距离只有0.7m，无法放坡。

二、膨胀土地区深基坑支护方案设计（一）基坑支护根据工程水文地质环境支护形式选择双排桩、桩锚支护，膨胀土地区结构具有一定抗膨胀力，但是土层内锚索施工和注浆后难以预估膨胀力对基坑变形的影响。

针对这一问题，通过提升支护桩抵抗变形水平，即增加支护桩径、减小锚索预应力和锚索间距防止基坑变形。

结合土层状态，为保证基坑顺利施工最终选择在基坑西向、北向进行桩锚支护，其他方向靠近建筑主体，基坑施工与膨胀土要求较高。

对此，选择双排桩和锚索支护，增加锚索间距，防止在基坑侧壁的膨胀力生成持续分布力，将其控制为沿锚索分布的点状力在支护结构中，有助于提高基坑稳定性和建筑物安全性。

此外，还需要做好地下水施工控制才能确保基坑施工有效开展。

（二）支护剖面分布与计算由于该工程环境复杂，下端土层属于膨胀土体以及受地下水影响，基坑侧壁安全性为一级，基坑侧壁主要参数为1.1.根据基坑周围功能分布与建筑主体位置影响分析，把基坑划分成多个剖面展开设计。