4.3 场地与地基评价

4.3.1 膨胀土场地的综合评价是工程实践经验的总结，包括工程地质特征、自由膨胀率及场地复杂程度三个方面。工程地质特征与自由膨胀率是判别膨胀土的主要依据，但都不是唯一的，最终的决定因素是地基的分级变形量及胀缩的循环变形特性。
在使用本规范时，应特别注意收缩性强的土与膨胀土的区分。膨胀土的处理措施有些不适于收缩性强的土，如地面处理、基础埋深、防水处理等方面两者有很大的差别。对膨胀土而言，既要防止收缩，又要防止膨胀。
此外，膨胀土分布的规律和均匀性较差，在一栋建筑物场地内，有的属膨胀土，有的不属膨胀土。有些地层上层是非膨胀土，而下层是膨胀土。在一个场区内，这种例子更多。因此，对工程地质及土的膨胀潜势和地基的胀缩等级进行分区具有重要意义。
4.3.2 在场地类别划分上没有采用现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021规定的三个场地等级：一级场地（复杂场地）、二级场地（中等复杂场地）和三级场地（简单场地），而采用平坦场地和坡地场地。膨胀土地区自然坡很缓，超过14°就有蠕动和滑坡的现象，同时，大于5°坡上的建筑物变形受坡的影响而沉降量也较大。房屋损坏严重，处理费用较高。为使设计施工人员明确膨胀土坡地的危害及治理方法的特别要求，将三级场地（简单场地）划为平坦场地，将二级场地（中等复杂场地）和一级场地（复杂场地）划为坡地场地。膨胀土地区坡地的坡度大于14°已属于不良地形，处理费用太高，一般应避开。建议在一般情况下，不要将建筑物布置在大于14°的坡地上。
场地类别划分的依据：膨胀土固有的特性是胀缩变形，土的含水量变化是胀缩变形的重要条件。自然环境不同，对土的含水量影响也随之而异，必然导致胀缩变形的显著区别。平坦场地和坡地场地处于不同的地形地貌单元上，具有各自的自然环境，便形成了独自的工程地质条件。根据对我国膨胀土分布地区的8个省、9个研究点的调查，从坡地场地上房屋的损坏程度、边坡变形和斜坡上的房屋变形特点等来说明将其划分为两类场地的必要性。
1) 坡地场地
(1) 建筑物损坏普遍而严重，两次调查统计见表1。

表1 坡地上建筑物损坏情况调查统计

(2) 边坡变形特点
湖北郧县人民法院附近的斜坡上，曾布置了2个剖面的变形观测点，测点布置见图3，观测结果列于表2。从观测结果来看，在边坡上的各测点不但有升降变形，而且有水平位移；升降变形幅度和水平位移量都以坡面上的点最大，随着离坡面距离的增大而逐渐减小；当其离坡面15m时，尚有9mm的水平位移，也就是说，边坡的影响距离至少在15m左右；水平位移的发展导致坡肩地裂的产生。

图3 湖北郧县人民法院边坡变形观测测点布置示意
表2 湖北郧县人民法院边坡观测结果

注：1.“＋”表示位移量增大，“－”表示位移量减小；
2.测点“边1”～“边2”间有一条地裂。
(3)坡地场地上建筑物变形特征
云南个旧东方红农场小学教室及个旧冶炼厂5栋家属宿舍，均处于5°～12°的边坡上，7年的升降观测，发现临坡面的变形与时间关系曲线是逐年渐次下降的，非临坡面基本上是波状升降。观测结果列于表3。从观测结果来看，临坡面观测点的变形幅度是非临坡面的1.35倍，边坡的影响加剧了建筑物临坡面的变形，从而导致建筑物的损坏。

表3 云南个旧东方红农场等处5°～12°边坡上建筑物升降变形观测结果

表3中Ⅰ₁栋建筑物：地形坡度为5°，一面临坡，无挡土墙；Ⅱ₂～Ⅱ₅栋建筑物：地形坡度为12°，Ⅱ₃～Ⅱ₅栋两面临坡。Ⅱ₂栋一面临坡，有挡土墙。
(4)上述调查结果揭示了坡地场地的复杂性，说明坡地场地有其独特的工程地质条件：

图4 坡地场地上的建筑物地质剖面示意

① 地形地貌与地质组成结构密切相关。一般情况下地质组成的成层性基本与山坡一致，建筑物场地选择在斜坡时，场地平整挖填后，地基往往不均匀，见图4。由于地基土的不均匀，土的含水量也就有差异。在这种情况下，建筑物建成后，地基土的含水量与起始状态不一致，在新的环境下重新平衡，从而产生土的不均匀胀缩变形，对建筑物产生不利的影响。
②坡地场地切坡平整后，在场地的前缘形成陡坡或土坎。土中水的蒸发既有坡肩蒸发，也有临空的坡面蒸发。鉴于两面蒸发和随距蒸发面的距离增加而蒸发逐渐减弱的状况，边坡楔形干燥区呈近似三角形（坡脚至坡肩上一点的连线与坡肩与坡面形成的三角形）。若山坡上冲沟发育而遭受切割时，就可能形成二向坡或三向坡，楔形干燥区也相应地增加。蒸发作用是如此，雨水浸润作用同样如此。两者比较，以蒸发作用最为显著，边坡的影响使坡地场地楔形干燥区内土的含水量急剧变化。东方红农场小学教室边坡地带土的含水量观测结果表明：楔形干燥区内土的含水量变化幅度为4.7％～8.4％，楔形干燥区外土的含水量变化幅度为1.7％～3.4％，前者是后者的(2.21～3.36)倍。由于楔形干燥区内土的含水量变化急剧，导致建筑物临坡面的变形是非临坡面的1.35倍（表3）。这说明边坡对建筑物影响的复杂性。
③场地开挖边坡形成后，由于土的自重应力和土的回弹效应，坡体内土的应力要重新分布：坡肩处产生张力，形成张力带；坡脚处最大主应力方向产生旋转，临空面附近，最小主应力急剧降低，在坡面上降为“0”，有时甚至转变为拉应力。最大最小主应力差相应而增，形成坡体内最大的剪力区。
膨胀土边坡，当其土因受雨水浸润而膨胀时，土的自重压力对竖向变形有一定的制约作用。但坡体内的侧向应力有愈靠近坡面而显著降低和在临空面上降至“0”的特点，在此种应力状态下，加上膨胀引起的侧向膨胀力作用，坡体变形便向坡外发展，形成较大的水平位移。同时，坡体内土体受水浸润，抗剪强度大为衰减，坡顶处的张力带必将扩展，坡脚处剪应力区的应力更加集中，更加促使边坡的变形，甚至演变成蠕动和塑性滑坡。
2)平坦场地
平坦场地的地形地貌简单，地基土相对较为均匀，地基水分蒸发是单向的。形成与坡地场地工程地质条件大不相同的特点。
3)综上所述，平坦场地与坡地场地具有不同的工程地质条件，为便于有针对地对坡地场地地基采取相应可靠、经济的处理措施，把建筑场地划分为平坦场地和坡地场地两类是必要的。
4.3.3 当土的自由膨胀率大于等于40％时，应按本规范要求进行勘察、设计、施工和维护管理。某些特殊地区，也可根据本规范划分膨胀土的原则作出具体的规定。
规范还重申，不应单纯按成因区分是否为膨胀土。例如下蜀纪黏土，在武昌青山地区属非膨胀土，而合肥地区则属膨胀土；红黏土有的属于膨胀土，有的则不属于膨胀土。因此，划分场区地基土的胀缩等级具有重要的工程意义。
4.3.7 为研究膨胀土地基的承载力问题，在全国不同自然地质条件的有代表性的试验点进行了65台载荷试验、85台旁压试验、64孔标准贯入试验以及87组室内抗剪强度试验，试图经过统计分析找出其规律。但因我国膨胀土的成因类型多，土质复杂且不均，所得结果离散性大。因此，很难给出一个较为统一的承载力表。对于一般中低层房屋，由于其荷载较轻，在进行初步设计的地基计算时，可参考表4中的数值。

表4 膨胀土地基承载力特征值f_ak(kPa)

表4中含水比为天然含水量与液限的比值；表4适用于基坑开挖时土的天然含水量小于等于勘察取土试验时土的天然含水量。
鉴于不少地区已有较多的载荷试验资料及实测建筑物变形资料，可以建立地区性的承载力表。
对于高重或重要的建筑物应采用本规范规定的承载力试验方法并结合当地经验综合确定地基承载力。试验表明，土吸水愈多，膨胀量愈大，其强度降低愈多，俗称“天晴一把刀，下雨一团糟”。因此，如果先浸水后做试验，必将得到较小的承载力，这显然不符合实际情况。正确的方法是，先加载至设计压力，然后浸水，再加荷载至极限值。
采用抗剪强度指标计算地基承载力时，必须注意裂隙的发育及方向。在三轴饱和不固结不排水剪试验中，常常发生浸水后试件立即沿裂隙面破坏的情况，所得抗剪强度太低，也不符合半无限体的集中受压条件。此情况不应直接用该指标进行承载力计算。
4.3.8 膨胀土地基的水平膨胀力可采用室内试验或现场试验测定，但现场的试验数据更接近实际，其试验方法和步骤、试验资料整理和计算方法建议如下，该试验可测定场地原状土和填土的水平膨胀力。实施时可根据不同需要予以简化。
1 试验方法和步骤
1) 选择有代表性的地段作为试验场地，试坑和试验设备的布置如图5所示；

图5 现场水平膨胀力试验试坑和试验设备布置示意(图中单位：mm)
1—试验坑；2—钢筋混凝土井；3—非膨胀土；
4—压力盒；5—抗滑梁；6—Ф127砂井；7—地表观测点；
8—深层观测点(深度分别为0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m)；9—砖砌墙；10—砂层

2) 挖除试验区表层土，并开挖2m×3m深3m的试验坑；
3) 试验坑内现场浇筑2m×2m高3.2m的钢筋混凝土井，相对的一组井壁与坑壁浇灌在一起，另一组井壁与坑壁之间留0.5m的间隙，间隙采用非膨胀土分层回填，人工压实，压实系数不小于0.94。钢筋混凝土井底部设置抗水平移动的抗滑梁；
4) 钢筋混凝土井浇筑前，在井壁外侧地表下0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m处设置5层土压力盒，每层布置12个土压力盒（每侧布置3个）；
5) 试验坑四周均匀布置Ф127的浸水砂井，砂井内填满中、粗砂，深度不小于当地大气影响急剧层深度，且不小于4m；
6) 浸水砂井设置区域的四周采用砖砌墙形成砂槽，槽内满铺厚100mm的中、粗砂；
7) 布置地表和深层观测点（图5），以测定地面及深层土体的竖向变形。观测水准基点及观测精度要求符合本规范附录B的有关规定；
8) 土压力盒、地表观测点和深层观测点在浸水前测定其初测值；
9) 在砂槽和砂井内浸水，浸水初期至少每8h观测一次，以捕捉最大水平膨胀力。后期可延长观测间隔时间，但每周不少于一次，直至膨胀稳定。观测包括压力盒读数、地表观测点和深层观测点测量等。测点某一时刻的水平膨胀力值等于压力盒测试值与其初测值之差；
10) 试验前和试验后，分层取原状土样在室内进行物理力学试验和竖向不同压力下的膨胀率及膨胀力试验。
2 试验资料整理及计算
1) 绘制不同深度水平膨胀力随时间的变化曲线（图6），以确定不同深度的最大水平膨胀力；
2) 绘制水平膨胀力随深度的分布曲线（图7）；

图6 深度h处水平膨胀压力随时间变化曲线示意

图7 水平膨胀力随深度分布曲线示意

3) 同一场地的试验数量不应少于3点，当最大水平膨胀力试验值的极差不超过其平均值的30％时，取其平均值作为水平膨胀力的标准值；
4) 通过测定土层的竖向分层位移，求得土的水平膨胀力与其相对膨胀量之间的关系。