Ⅰ 基礎(chǔ)埋置深度

5.2.1 膨脹土地基上建筑物的基礎(chǔ)埋置深度，應(yīng)綜合下列條件確定：
1 場(chǎng)地類型；
2 膨脹土地基脹縮等級(jí)；
3 大氣影響急劇層深度；
4 建筑物的結(jié)構(gòu)類型；
5 作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)；
6 建筑物的用途，有無(wú)地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施，基礎(chǔ)形式和構(gòu)造；
7 相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深；
8 地下水位的影響；
9 地基穩(wěn)定性。
5.2.2 膨脹土地基上建筑物的基礎(chǔ)埋置深度不應(yīng)小于1m。
5.2.3 平坦場(chǎng)地上的多層建筑物，以基礎(chǔ)埋深為主要防治措施時(shí)，基礎(chǔ)最小埋深不應(yīng)小于大氣影響急劇層深度；對(duì)于坡地，可按本規(guī)范第5.2.4條確定；建筑物對(duì)變形有特殊要求時(shí)，應(yīng)通過(guò)地基脹縮變形計(jì)算確定，必要時(shí)，尚應(yīng)采取其他措施。
5.2.4 當(dāng)坡地坡角為5°～14°，基礎(chǔ)外邊緣至坡肩的水平距離為5m～10m時(shí)，基礎(chǔ)埋深（圖5.2.4）可按下式確定：

式中：d——基礎(chǔ)埋置深度(m)；
d_a——大氣影響深度(m)；
β——設(shè)計(jì)斜坡坡角(°)；
l_p——基礎(chǔ)外邊緣至坡肩的水平距離(m)。

圖5.2.4 坡地上基礎(chǔ)埋深計(jì)算示意
Ⅱ 承載力計(jì)算

5.2.5 基礎(chǔ)底面壓力應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 當(dāng)軸心荷載作用時(shí)，基礎(chǔ)底面壓力應(yīng)符合下式要求：

式中：p_k——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值(kPa)；
f_a——修正后的地基承載力特征值(kPa)。
2 當(dāng)偏心荷載作用時(shí)，基礎(chǔ)底面壓力除應(yīng)符合式(5.2.5-1)要求外，尚應(yīng)符合下式要求：

式中：p_kmax——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力值(kPa)。
5.2.6 修正后的地基承載力特征值應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：f_ak——地基承載力特征值(kPa)，按本規(guī)范第4.3.7條的規(guī)定確定；
γ_m——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度。

Ⅲ 變形計(jì)算

5.2.7 膨脹土地基變形量，可按下列變形特征分別計(jì)算：
1 場(chǎng)地天然地表下1m處土的含水量等于或接近最小值或地面有覆蓋且無(wú)蒸發(fā)可能，以及建筑物在使用期間，經(jīng)常有水浸濕的地基，可按膨脹變形量計(jì)算；
2 場(chǎng)地天然地表下1m處土的含水量大于1.2倍塑限含水量或直接受高溫作用的地基，可按收縮變形量計(jì)算；
3 其他情況下可按脹縮變形量計(jì)算。
5.2.8 地基土的膨脹變形量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中： ——地基土的膨脹變形量(mm)；
——計(jì)算膨脹變形量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，宜根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，無(wú)可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，三層及三層以下建筑物可采用0.6；
——基礎(chǔ)底面下第i層土在平均自重壓力與對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的平均附加壓力之和作用下的膨脹率（用小數(shù)計(jì)），由室內(nèi)試驗(yàn)確定；
——第i層土的計(jì)算厚度(mm)；
——基礎(chǔ)底面至計(jì)深度內(nèi)所劃分的土層數(shù)，膨脹變形計(jì)算深度z_en（圖5.2.8），應(yīng)根據(jù)大氣影響深度確定，有浸水可能時(shí)可按浸水影響深度確定；

圖5.2.8 地基土的膨脹變形計(jì)算示意
1－自重壓力曲線；2－附加壓力曲線

5.2.9 地基土的收縮變形量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：  ——地基土的收縮變形量(mm)；
——計(jì)算收縮變形量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，宜根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，無(wú)可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，三層及三層以下建筑物可采用0.8；
——基礎(chǔ)底面下第i層土的收縮系數(shù)，由室內(nèi)試驗(yàn)確定；
 ——地基土收縮過(guò)程中，第i層土可能發(fā)生的含水量變化平均值（以小數(shù)表示），按本規(guī)范式（5.2.10-1）計(jì)算；
——基礎(chǔ)底面至計(jì)算深度內(nèi)所劃分的土層數(shù)，收縮變形計(jì)算深度z_sn（圖5.2.9），應(yīng)根據(jù)大氣影響深度確定；當(dāng)有熱源影響時(shí)，可按熱源影響深度確定；在計(jì)算深度內(nèi)有穩(wěn)定地下水位時(shí)，可計(jì)算至水位以上3m。

圖5.2.9 地基土收縮變形計(jì)算含水量變化示意

5.2.10 收縮變形計(jì)算深度內(nèi)各土層的含水量變化值（圖 5.2.9)，應(yīng)按下列公式計(jì)算。地表下4m深度內(nèi)存在不透水基巖時(shí)，可假定含水量變化值為常數(shù)[圖5.2.9(b)]：

式中： —— 第i層土的含水量變化值（以小數(shù)表示）；
——地表下1m處土的含水量變化值（以小數(shù)表示）；
、 ——地表下1m處土的天然含水量和塑限（以小數(shù)表示）；
——土的濕度系數(shù)，在自然氣候影響下，地表下1m處土層含水量可能達(dá)到的最小值與其塑限之比。

5.2.11 土的濕度系數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)?0年以上土的含水量變化確定，無(wú)資料時(shí)，可根據(jù)當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)氣象資料按下式計(jì)算：

式中：α——當(dāng)?shù)?月至次年2月的月份蒸發(fā)力之和與全年蒸發(fā)力之比值（月平均氣溫小于0℃的月份不統(tǒng)計(jì)在內(nèi)）。我國(guó)部分地區(qū)蒸發(fā)力及降水量的參考值可按本規(guī)范附錄H取值；

c——全年中干燥度大于1.0且月平均氣溫大于0℃月份的蒸發(fā)力與降水量差值之總和(mm)，干燥度為蒸發(fā)力與降水量之比值。
5.2.12 大氣影響深度應(yīng)由各氣候區(qū)土的深層變形觀測(cè)或含水量觀測(cè)及地溫觀測(cè)資料確定；無(wú)資料時(shí)，可按表5.2.12采用。

表5.2.12 大氣影響深度(m)

5.2.13 大氣影響急劇層深度，可按本規(guī)范表5.2.12中的大氣影響深度值乘以0.45采用。
5.2.14 地基土的脹縮變形量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中： ——地基土的脹縮變形量(mm)；
——計(jì)算脹縮變形量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，宜根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，無(wú)可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，三層及三層以下可取0.7。
5.2.15 膨脹土地基變形量取值，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 膨脹變形量應(yīng)取基礎(chǔ)的最大膨脹上升量；
2 收縮變形量應(yīng)取基礎(chǔ)的最大收縮下沉量；
3 脹縮變形量應(yīng)取基礎(chǔ)的最大脹縮變形量；
4 變形差應(yīng)取相鄰兩基礎(chǔ)的變形量之差；
5 局部?jī)A斜應(yīng)取砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱墻6m～10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的變形量之差與其距離的比值。
5.2.16 膨脹土地基上建筑物的地基變形計(jì)算值，不應(yīng)大于地基變形允許值。地基變形允許值應(yīng)符合表5.2.16的規(guī)定。表5.2.16中未包括的建筑物，其地基變形允許值應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形的適應(yīng)能力及功能要求確定。

表5.2.16 膨脹土地基上建筑物地基變形允許值

注：l為相鄰柱基的中心距離（m）。

Ⅳ 穩(wěn)定性計(jì)算

5.2.17 位于坡地場(chǎng)地上的建筑物地基穩(wěn)定性，應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算：
1 土質(zhì)較均勻時(shí)，可按圓弧滑動(dòng)法驗(yàn)算；
2 土層較薄，土層與巖層間存在軟弱層時(shí)，應(yīng)取軟弱層面為滑動(dòng)面進(jìn)行驗(yàn)算；
3 層狀構(gòu)造的膨脹土，層面與坡面斜交，且交角小于45°時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算層面的穩(wěn)定性。
5.2.18 地基穩(wěn)定性安全系數(shù)可取1.2。驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)計(jì)算建筑物和堆料的荷載、水平膨脹力，并應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)計(jì)及削坡卸荷應(yīng)力釋放、土體吸水膨脹后強(qiáng)度衰減的影響。
 

條文說(shuō)明

5.2 地基計(jì)算

Ⅰ 基礎(chǔ)埋置深度

5.2.1 膨脹土上建筑物的基礎(chǔ)埋深除滿足建筑的結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式和用途以及設(shè)備設(shè)施等要求外，尚應(yīng)考慮膨脹土的地質(zhì)特征和脹縮等級(jí)對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響。
5.2.2 膨脹土場(chǎng)地大量的分層測(cè)標(biāo)、含水量和地溫等多年觀測(cè)結(jié)果表明：在大氣應(yīng)力的作用下，近地表土層長(zhǎng)期受到濕脹干縮循環(huán)變形的影響，土中裂隙發(fā)育，土的強(qiáng)度指標(biāo)特別是凝聚力嚴(yán)重降低，坡地上的大量淺層滑動(dòng)也往往發(fā)生在地表下1.0m的范圍內(nèi)。該層是活動(dòng)性極為強(qiáng)烈的地帶，因此，本規(guī)范規(guī)定建筑物基礎(chǔ)埋置深度不應(yīng)小于1.0m。
5.2.3 當(dāng)以基礎(chǔ)埋深為主要預(yù)防措施時(shí)，對(duì)于平坦場(chǎng)地，基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于當(dāng)?shù)氐拇髿庥绊懠眲?。例如：安徽合肥基礎(chǔ)埋深大于1.6m時(shí)，地基的脹縮變形量已能滿足要求，可不再采取其他防治措施；云南雞街地區(qū)有6棟平房基礎(chǔ)埋深1.5m～2.0m，經(jīng)過(guò)多年的位移觀測(cè)，房屋的變形幅度僅為1.4mm～4.7mm，房屋完好無(wú)損。而另一棟房屋基礎(chǔ)埋深為0.6m，房屋的位移幅度達(dá)到49.6mm，房屋嚴(yán)重破壞。但是，對(duì)于脹縮等級(jí)為Ⅰ級(jí)的膨脹土地基上的(1～2)層房屋，過(guò)大的基礎(chǔ)埋深可能使得造價(jià)偏高。因此，可采用墩式基礎(chǔ)、柔性結(jié)構(gòu)以及寬散水、砂墊層等措施減小基礎(chǔ)埋深。如在某地?fù)p壞房屋地基上建造的試驗(yàn)房屋，采用墩式基礎(chǔ)加砂墊層后，基礎(chǔ)埋深為0.5m，也未發(fā)現(xiàn)房屋開(kāi)裂。但是離地表1m深度內(nèi)地基土含水量變化幅度及上升、下降變形都較大，對(duì)Ⅱ、Ⅲ級(jí)膨脹土上的建筑物容易引起開(kāi)裂。
由于各種結(jié)構(gòu)的允許變形值不同，通過(guò)變形計(jì)算確定合適的基礎(chǔ)埋深，是比較有效而經(jīng)濟(jì)的方法。
5.2.4 式(5.2.4)是基于坡度小于14°邊坡為穩(wěn)定邊坡的概念以及本規(guī)范第4.3.2條第1款平坦場(chǎng)地的條件而定的。當(dāng)場(chǎng)地的坡度為5°～14°、基礎(chǔ)外邊緣距坡肩距離大于10m時(shí)，按平坦場(chǎng)地考慮；小于等于10m時(shí)，基礎(chǔ)埋深的增加深度按(10－l_p)tanβ＋0.30取用，以降低因坡地臨空面增大而引起的環(huán)境變化對(duì)土中水分的影響。

Ⅱ 承載力計(jì)算

5.2.6 鑒于膨脹土中發(fā)育著不同方向的眾多裂隙，有時(shí)還存在薄的軟弱夾層，特別是吸水膨脹后土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C、φ值呈較大幅度降低的特性，膨脹土地基承載力的修正不考慮基礎(chǔ)寬度的影響，而深度修正系數(shù)取1.0。如原蘇聯(lián)學(xué)者索洛昌用天然含水量為32％～37％的膨脹十在無(wú)荷條件下浸水膨脹穩(wěn)定后進(jìn)行快剪試驗(yàn)，Ф值由14°降為7°，降低了50％；C值由67kPa降為15kPa，降低了78％。我國(guó)學(xué)者廖濟(jì)川用天然含水量為28％的滑坡后土樣進(jìn)行先干縮后浸水的快剪及固結(jié)快剪試驗(yàn)，其C、Ф值都減少了50％以上。

Ⅲ 變形計(jì)算

5.2.7 對(duì)全國(guó)膨脹土地區(qū)7個(gè)省中167棟不同場(chǎng)地條件有代表性的房屋和構(gòu)筑物（其中包括23棟新建試驗(yàn)房）進(jìn)行了(4～10)年的豎向和水平位移、墻體裂縫、室內(nèi)外不同深度的土體變形和含水量、地溫以及樹(shù)木影響的觀測(cè)工作，對(duì)158棟較完整的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，由于各地場(chǎng)地、氣候和覆蓋等條件的不同，膨脹土地基的豎向變形特征可分為上升型、下降型和升降循環(huán)波動(dòng)型三種，如圖8所示。

圖8　膨脹土上房屋的變形形態(tài)
1—上升型變形；2—升降循環(huán)型變形；3—下降型變形

表5是我國(guó)膨脹土地區(qū)155棟有代表性的房屋長(zhǎng)期豎向位移觀測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。

表5 膨脹土上房屋位移統(tǒng)計(jì)

上升型位移是由于房屋建成后地基土吸水膨脹產(chǎn)生變形，導(dǎo)致房屋持續(xù)多年的上升，如圖8中的曲線1。例如：河南平頂山市一棟平房建于1975年的旱季，房屋各點(diǎn)均持續(xù)上升，到1979年上升量達(dá)到45mm。應(yīng)當(dāng)指出，房屋各處的上升是不均勻的，且隨季節(jié)波動(dòng)，這種不均勻變形達(dá)到一定程度，就會(huì)導(dǎo)致房屋開(kāi)裂破壞。產(chǎn)生上升型位移的主要原因如下：
1)建房時(shí)氣候干旱，土中含水量偏低；
2)基坑長(zhǎng)期曝曬；
3)建筑物使用期間長(zhǎng)期受水浸潤(rùn)。
波動(dòng)型的特點(diǎn)是房屋位移隨季節(jié)性降雨、干旱等氣候變化而周期性的上升或下降，一個(gè)水文年基本為一循環(huán)周期，如圖8曲線2。我國(guó)膨脹土多分布于亞干旱和亞濕潤(rùn)氣候區(qū)，土的天然含水量接近塑限，房屋位移隨氣候變化的特征比較明顯。表6是各地氣候與房屋位移狀況的對(duì)照?？梢钥闯?，在廣西、云南地區(qū)，房屋一般在二、三季度的雨季因土中含水量增加而膨脹上升；在四、一季度的旱季隨土中水分大量蒸發(fā)而收縮下沉。但長(zhǎng)江以北的中原、江淮和華北地區(qū)，情況卻與之相反。這是因?yàn)樵摰貐^(qū)雨季集中在(7～8)月份，并常以暴雨形式出現(xiàn)，地面徑流量大，向土中滲入量少。房屋的位移主要受地溫梯度的變化影響而上升或下降。在冬、春季節(jié)，地表溫度遠(yuǎn)低于下部恒溫帶。根據(jù)土中水分由高溫向低溫轉(zhuǎn)移的規(guī)律，水分由下部向上部轉(zhuǎn)移，使上部土中的含水量增大而導(dǎo)致地基土上升；在夏、秋季節(jié)，水分向下轉(zhuǎn)移并有大量的地面蒸發(fā)，使地基土失水而收縮下沉。

表6 各地氣候與房屋位移
 
 

下降型常出現(xiàn)在土的天然含水量較高(例如大于1.2ω_p）或建筑物靠近邊坡地帶，如圖8中的曲線3。在平坦場(chǎng)地，房屋下降位移主要是土中水分減少，地基產(chǎn)生收縮變形的結(jié)果。土中水分減少，可能是氣候干旱，水分大量蒸發(fā)的結(jié)果，也可能是局部熱源或蒸騰量大的種木（如桉樹(shù)）大量吸取土中水分的結(jié)果。至于臨坡建筑物，位移持續(xù)下降，一方面是坡體臨空面大于平地，土中水分更容易蒸發(fā)而導(dǎo)致較平坦場(chǎng)地更大的收縮變形。另一方面，坡體向外側(cè)移而產(chǎn)生的豎向變形（即剪應(yīng)變引起），這種在三向應(yīng)力條件下側(cè)向位移引起的豎向變形是不可逆的。湖北鄖縣膨脹土邊坡觀測(cè)中就發(fā)現(xiàn)了上述狀況，它的發(fā)展必然導(dǎo)致坡體滑動(dòng)。上述下降收縮變形量的計(jì)算是指土體失水收縮而引起的豎向下沉，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免后一種情況的發(fā)生。
本條給出的天然地表下1.0m深度處的含水量值，是經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出的一般規(guī)律，未包括荷載、覆蓋、地溫之差等作用的影響。當(dāng)土中的應(yīng)力大于其膨脹力時(shí)，土體就不會(huì)發(fā)生膨脹變形，由收縮變形控制。對(duì)于高重的建筑物，當(dāng)基礎(chǔ)埋于大氣影響急劇層以下時(shí)，主要受地基土的壓縮變形控制，應(yīng)按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑物的沉降計(jì)算。
5.2.8 式(5.2.8)實(shí)際上是地基土在不同壓力下各層土膨脹量的分層總和。計(jì)算圖式和參數(shù)的選擇是根據(jù)膨脹土兩個(gè)重要性質(zhì)確定的：
1) 當(dāng)土的初始含水量一定時(shí)，上覆壓力小膨脹量大，壓力大時(shí)膨脹量小。當(dāng)壓力超過(guò)土的膨脹力時(shí)就不膨脹，并出現(xiàn)壓縮，膨脹力與膨脹量呈非線性關(guān)系。在計(jì)算過(guò)程中，如某壓力下的膨脹率為負(fù)值時(shí)，即不發(fā)生膨脹變形，該層土的膨脹量為零。
2) 當(dāng)土的上覆壓力一定時(shí)，初始含水量高的土膨脹量小，初始含水量低的土膨脹量大。含水量與膨脹量之間也為非線性關(guān)系。地基土的膨脹變形過(guò)程是其含水量不斷增加的過(guò)程，膨脹量隨其含水量的增加而持續(xù)增大，最終到達(dá)某一定值。因此，膨脹量的計(jì)算值是預(yù)估的最終膨脹變形量，而不是某一時(shí)段的變形量。
3) 關(guān)于膨脹變形計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
室內(nèi)和原位的膨脹試驗(yàn)以及房屋的變形觀測(cè)資料，都能反映地基土的膨脹變形隨土中含水量和上覆壓力的不同而變化的特征，為我們提供了用室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)來(lái)計(jì)算地基膨脹變形量的可能性。但是，由室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)提供的計(jì)算參數(shù)，是用厚度和面積都較小的試件，在有側(cè)限的環(huán)刀內(nèi)經(jīng)充分浸水而取得的。而地基土在膨脹變形過(guò)程中，受力情況及浸水和邊界條件都與室內(nèi)試驗(yàn)有著較大的差別。上述因素綜合影響的結(jié)果給計(jì)算膨脹變形量和實(shí)測(cè)變形量之間帶來(lái)較大的差別。為使計(jì)算膨脹變形量較為接近實(shí)際，必須對(duì)室
內(nèi)外的試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果全面地進(jìn)行計(jì)算分析和比對(duì)，找出其間的數(shù)量關(guān)系，這就是膨脹變形計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 。
對(duì)河北邯鄲、河南平頂山、安徽合肥、湖北荊門、廣西寧明、云南雞街和蒙自等地的40項(xiàng)浸水載荷試驗(yàn)和6棟試驗(yàn)性房屋以及12棟民用房屋的室內(nèi)外試驗(yàn)資料分別計(jì)算膨脹量，與實(shí)測(cè)最大值進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，浸水部分的＝0.47±0.12。

圖9是按＝0.47修正后的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較結(jié)果。表7和圖10為浸水部分 的統(tǒng)計(jì)分布狀況。12棟民用房屋的 中值與浸水部分相同，只有平頂山地區(qū)的偏大且離散性也較大，這是由于室內(nèi)試驗(yàn)資料較少且欠完整的緣故?？紤]到實(shí)際應(yīng)用，取＝0.6時(shí)，對(duì)80％的房屋是偏于安全的。

表7 膨脹量（浸水部分）計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 統(tǒng)計(jì)分布

圖9 計(jì)算膨脹量與實(shí)測(cè)膨脹量的比較

圖10 膨脹變形量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)  的統(tǒng)計(jì)分布狀況

5.2.9 失水收縮是膨脹土的另一屬性。收縮變形量的大小取決于土的成分、密度和初始含水量。
1) 就同一性質(zhì)的膨脹土而言，在相同條件下，其初始含水量 越高（飽和度越高，孔隙比越大），在收縮過(guò)程中失水量就越多，收縮變形量也就越大。表8和圖11是廣西南寧原狀土樣室內(nèi)收縮試驗(yàn)所測(cè)得的收縮量與含水量之間的關(guān)系。圖中的三條曲線表明，當(dāng)土樣的起始含水量分別為36.0％～44.7％，并同樣干燥到縮限 時(shí)，其線縮率  從3.7％增大到7.3％。所謂縮限，是土體在收縮變形過(guò)程中，由半固態(tài)轉(zhuǎn)入固態(tài)時(shí)的界限含水量。從每條曲線的斜率變化可以看出：當(dāng)土的含水量達(dá)到縮限之后，土體雖然仍在失水，但其變形量已經(jīng)很小，從對(duì)建筑工程的影響來(lái)說(shuō)，已失去其實(shí)際的意義。

表8 同質(zhì)土的線縮率  與含水量ω 關(guān)系

圖11 同質(zhì)土的線縮率 與含水量ω 關(guān)系

2) 收縮變形量主要取決于土體本身的收縮性能以及含水量變化幅度，表9和圖12為不同質(zhì)土的線縮率 與含水量ω 關(guān)系。由圖11和圖12可知：當(dāng)土體在收縮過(guò)程中其含水量在某一起始值與縮限之間變化時(shí)，收縮變形量與含水量間的變化呈直線關(guān)系，其斜率因土質(zhì)不同而異。取直線段的斜率作為收縮變形量的計(jì)算參數(shù)，即土的收縮系數(shù)
。 ，其中， 為圖12中直線段兩點(diǎn)含水量之差值(％)， 為與對(duì)應(yīng)的線縮率的變化值。

表9 不同質(zhì)土的線縮率 與含水量ω 關(guān)系


圖12 不同質(zhì)土的線縮率 與含水量ω 關(guān)系

3) 土失水收縮與外部荷載作用下的固結(jié)壓密變形是同向的變形，都是孔隙比減少、密度增大的結(jié)果。但兩者有根本性的區(qū)別：失水收縮主要是土的黏粒周圍薄膜水或晶格水大量散失的結(jié)果；固結(jié)壓密變形是在荷重的作用下土顆粒移動(dòng)重新排列的結(jié)果（特別是非飽和土，在一般壓力下并無(wú)固結(jié)排水現(xiàn)象）。由收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要比固結(jié)壓密產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大得多。雖然實(shí)際工程中膨脹土的失水收縮和荷載作用下的壓縮沉降變形難于分開(kāi)，但在試驗(yàn)室內(nèi)可有意識(shí)地將兩種性質(zhì)不同的變形區(qū)別開(kāi)來(lái)。
4) 膨脹土多呈堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬狀態(tài)，其壓縮模量大。在一般低層房屋所能產(chǎn)生的壓力范圍內(nèi)，土的密度改變較小。所以，土在收縮前所處的壓力大小對(duì)收縮量的影響較?。恢劣谑湛s過(guò)程中，土樣一旦收縮便處于超壓密狀態(tài)，壓力改變土密度的影響更可以忽略不計(jì)。圖13為云南雞街地區(qū)，膨脹土在自然風(fēng)干條件下，不同荷載的壓板試驗(yàn)沉降穩(wěn)定后，在干旱季節(jié)所測(cè)得的收縮變形量，可說(shuō)明上述問(wèn)題。

圖13 云南雞街地區(qū)原位收縮試驗(yàn)s_s—p關(guān)系
1—基礎(chǔ)埋深0.7m，測(cè)試日期：1975年4～5月；
2—基礎(chǔ)埋深0.7m，測(cè)試日期：1977年3～5月；
3—基礎(chǔ)埋深2.0m，測(cè)試日期：1977年10～12月

  5) 關(guān)于收縮變形計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
與膨脹變形量計(jì)算的道理一樣，小土樣的室內(nèi)試驗(yàn)提供的計(jì)算指標(biāo)與原位地基土在收縮變形過(guò)程中的工作條件存在一定的差別。為使計(jì)算的收縮變形量與實(shí)測(cè)的變形量較為接近，在全國(guó)幾個(gè)膨脹土地區(qū)結(jié)合實(shí)際工程，進(jìn)行了室內(nèi)外的試驗(yàn)觀測(cè)工作，并按收縮變形計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析，以確定收縮變形量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的關(guān)系。對(duì)四個(gè)地區(qū)15棟民用房屋室內(nèi)外試驗(yàn)資料進(jìn)行計(jì)算并與實(shí)測(cè)值比對(duì)，其結(jié)果為收縮變形量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ＝0.58±0.23。取 ＝0.8，對(duì)實(shí)際工程而言，80％是偏于安全的， 的統(tǒng)計(jì)分布見(jiàn)表10和圖14。

表10 收縮量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 統(tǒng)計(jì)分布


圖14 收縮變形量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 的統(tǒng)計(jì)分布狀況

6) 計(jì)算收縮變形量的公式是一個(gè)通式，其中最困難的是含水量變化值，應(yīng)根據(jù)引起水分減少的主要因素確定。局部熱源及樹(shù)木蒸騰很難采用計(jì)算來(lái)確定其收縮變形量。
5.2.10、5.2.11 87規(guī)范編制時(shí)的研究證明，我國(guó)膨脹土在自然氣候影響下，土的最小含水量與塑限之間有密切關(guān)系。同時(shí)，在地下水位深的情況下，土中含水量的變化主要受氣候因素的降水和蒸發(fā)之間的濕度平衡所控制。由此，可根據(jù)長(zhǎng)期（10年以上）含水量的實(shí)測(cè)資料，預(yù)估土的濕度系數(shù)值。從地區(qū)看，某一地區(qū)的氣候條件比較穩(wěn)定，可以用上述方法統(tǒng)計(jì)解決，這樣可能更準(zhǔn)確。從全國(guó)看，特別是一些沒(méi)有觀測(cè)資料的地區(qū)，最小含水量仍無(wú)法預(yù)測(cè)，因此，原規(guī)范組建立了氣候條件與濕度系數(shù)的關(guān)系。從此關(guān)系中，還可預(yù)測(cè)某些地區(qū)膨脹土的脹縮勢(shì)能可能產(chǎn)生的影響，及其對(duì)建筑物的危害程度。例如，在濕度系數(shù)為0.9的地區(qū)，即使為強(qiáng)親水性的膨脹土，其地基上的脹縮等級(jí)可能為弱的Ⅰ級(jí)，而在0.7、0.6的地區(qū)可能是Ⅱ、Ⅲ級(jí)。即土質(zhì)完全相同的情況下，在濕度系數(shù)較高的地區(qū)，其分級(jí)變形量將低于濕度系數(shù)較低的地區(qū)；在濕度系數(shù)較低的地區(qū),其分級(jí)變形量將高于濕度系數(shù)較高的地區(qū)。
濕度系數(shù)計(jì)算舉例：
1) 某膨脹土地區(qū)，中國(guó)氣象局(1951～1970)年蒸發(fā)力和降水量月平均值資料如表11，干燥度大于1的月份的蒸發(fā)力和降水量月平均值資料如表12。

表11 某地20年蒸發(fā)力和降水量月平均值

表11中由于實(shí)際蒸發(fā)量尚難全面科學(xué)測(cè)定，中國(guó)氣象局按彭曼(H.L.Penman)公式換算出蒸發(fā)力。經(jīng)證實(shí)，實(shí)用效果較好。公式包括日照、氣溫、輻射平衡、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象要素。

表12 干燥度大于1的月份的蒸發(fā)力和降水量

2)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表13。

表13 濕度系數(shù)  計(jì)算過(guò)程表

由表13可知，算例濕度系數(shù) ≈0.9。
5.2.12 實(shí)測(cè)資料表明，環(huán)境因素的變化對(duì)脹縮變形及土中水分變化的影響是有一定深度范圍的。該深度除與當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件（如降雨量、蒸發(fā)量、氣溫和濕度以及地溫等）有關(guān)外，還與地形地貌、地下水和土層分布有關(guān)。圖15是云南雞街在兩年內(nèi)對(duì)三個(gè)工程場(chǎng)地四個(gè)剖面的含水量沿深度變化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在地表下0.5m處含水量變化幅度為7％；而在4.5m處，變化幅度為2％，其環(huán)境影響已很微弱。圖16由深層測(cè)標(biāo)測(cè)得土體變形幅度沿其深度衰減的狀況，表明平坦場(chǎng)地與坡地地形差別的影響較為顯著。本規(guī)范表5.2.12給出的數(shù)值是根據(jù)平坦場(chǎng)地上多個(gè)實(shí)測(cè)資料，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髼l件綜合分析的結(jié)果，它不包括局部熱源、長(zhǎng)期浸水以及樹(shù)木蒸騰吸水等特殊狀況。

含水量年變化幅度Δω（％）

圖15 土中含水量沿深度的變化
1—室內(nèi)；2—室外
位移幅度（mm）

圖16不同地形條件下的分層位移量
 1—湖北荊門（平坦場(chǎng)地）；2—湖北鄖縣（山地坡肩）

5.2.14 室內(nèi)土樣在一定壓力下的干濕循環(huán)試驗(yàn)與實(shí)際建筑的脹縮波動(dòng)變形的觀測(cè)資料表明：膨脹土吸水膨脹和失水收縮變形的可逆性是其一種重要的屬性。其脹縮變形的幅度同樣取決于壓力和初始含水量的大小。因此，膨脹土脹縮變形量的大小也完全可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)獲得的特性指標(biāo) 和 以及上覆壓力的大小和水分變化的幅度估算。本規(guī)范式(5.2.14)實(shí)質(zhì)上是式(5.2.8)和式(5.2.9)的疊加綜合。
 大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及沉降觀測(cè)證明，膨脹土地基上的房屋損壞，在建筑場(chǎng)地穩(wěn)定的條件下，均系長(zhǎng)期的往復(fù)地基脹縮變形所引起。同時(shí)，輕型房屋比重型房屋變形大，且不均勻，損壞也重。因此，設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是控制建筑物地基的最大變形幅度使其不大于建筑物地基所允許的變形值。
引起變形的因素很多，有些問(wèn)題目前尚不清楚，有些問(wèn)題要通過(guò)復(fù)雜的試驗(yàn)和計(jì)算才能取得。例如有邊坡時(shí)房屋變形值要比平坦地形時(shí)大，其增大的部分決定于在旱、雨循環(huán)條件下坡體的水平位移。在這方面雖然可以定性地說(shuō)明一些問(wèn)題，但從計(jì)算上還沒(méi)有找到合適而簡(jiǎn)化的方法。土力學(xué)中類似這樣的問(wèn)題很多，解決的出路在于找到影響事物的主要因素，通過(guò)技術(shù)措施使其不起作用或少起作用。膨脹土地基變形計(jì)算，指在半無(wú)限體平面條件下，房屋的脹縮變形計(jì)算。對(duì)邊坡蠕動(dòng)所引起的房屋下沉則通過(guò)擋土墻、護(hù)坡、保濕等措施使其減少到最小程度，再按變形控制的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。
脹縮變形量算例：
1) 某單層住宅位于平坦場(chǎng)地，基礎(chǔ)形式為墩基加地梁，基礎(chǔ)底面積為800mm×800mm，基礎(chǔ)埋深d＝1m，基礎(chǔ)底面處的平均附加壓力 ＝100kPa?；紫赂鲗油恋氖覂?nèi)試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表14。根據(jù)該地區(qū)10年以上有關(guān)氣象資料統(tǒng)計(jì)并按本規(guī)范式(5.2.11)計(jì)算結(jié)果，地表下1m處膨脹土的濕度系數(shù) ＝0.8，查本規(guī)范表5.2.12，該地區(qū)的大氣影響深度 ＝3.5m。因而取地基脹縮變形計(jì)算深度 ＝3.5m。

表14 土的室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)

 2) 將基礎(chǔ)埋深d至計(jì)算深度 范圍的土按0.4倍基礎(chǔ)寬度分成8層，并分別計(jì)算出各分層頂面處的自重壓力 和附加壓力（圖17）。

圖17 地基脹縮變形量計(jì)算分層示意

3) 求出各分層的平均總壓力 ，在各相應(yīng)的 — 曲線上查出，并計(jì)算 （表15）：

表15 膨脹變形量計(jì)算表

表15中基礎(chǔ)長(zhǎng)度為L(zhǎng)(mm)，基礎(chǔ)寬度為b(mm)。
4) 表14查出地表下1m處的天然含水量為ω₁＝0.205，塑限ω₀＝0.219；則
按本規(guī)范公式（5.2.10－1）， 分別計(jì)算出各分層土的含水量變化值，并計(jì)算 (表16)：

表16 收縮變形量計(jì)算表

5) 由本規(guī)范式(5.2.14)，求得地基脹縮變形總量為：

5.2.16 通過(guò)對(duì)55棟新建房屋位移觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合國(guó)外有關(guān)資料的分析，得出表5.2.16有關(guān)膨脹土上建筑物地基變形值的允許值。上述55棟房屋有的在結(jié)構(gòu)上采取了諸如設(shè)置鋼筋混凝土圈梁（或配筋砌體）、構(gòu)造柱等加強(qiáng)措施，其結(jié)果按不同狀況分述如下：
1) 砌體結(jié)構(gòu)
表17和表18為砌體結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)變形量與其開(kāi)裂破壞的狀況。

表17 磚石承重結(jié)構(gòu)的變形量

表18 磚石承重結(jié)構(gòu)的局部?jī)A斜值

從46棟磚石承重結(jié)構(gòu)的變形量可以看出：29棟完好房屋中，變形量小于10mm的占其總數(shù)的58.62％；小于20mm的占其總數(shù)的79.31％。17棟損壞房屋中，88.24％的房屋變形量大于10mm。
從32棟磚石承重結(jié)構(gòu)的局部?jī)A斜值可以看出：18棟完好房屋中，局部?jī)A斜值小于1‰的占其總數(shù)的38.89％；小于2‰的占其總數(shù)的83.33％。14棟墻體開(kāi)裂房屋的局部?jī)A斜值均大于1‰，在1‰～2‰時(shí)其損壞率達(dá)到57.14％。
綜上所述，對(duì)于磚石承重結(jié)構(gòu)，當(dāng)其變形量小于等于15mm，局部?jī)A斜值小于等于1‰時(shí)，房屋一般不會(huì)開(kāi)裂破壞。
2) 墻體設(shè)置鋼筋混凝土圈梁或配筋的砌體結(jié)構(gòu)
表19列出了7棟墻體設(shè)置鋼筋混凝土圈梁或配筋砌體的房屋，其中完好的房屋有5棟，其變形量為4.9mm～26.3mm；局部?jī)A斜為0.83‰～1.55‰。兩棟開(kāi)裂損壞的房屋變形量為19.2mm～40.2mm；局部?jī)A斜為1.33‰～1.83‰。其中辦公樓（三層）上部結(jié)構(gòu)的處理措施為：在房屋的轉(zhuǎn)角處設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，三道圈梁，墻體配筋。建筑場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜且有局部浸水和樹(shù)木影響。房屋竣工后不到一年就開(kāi)裂破壞。招待所（二層）墻體設(shè)置兩道圈梁，內(nèi)外墻交接處及墻端配筋。房屋的平面為“ ”形，三個(gè)單元由沉降縫隔開(kāi)。場(chǎng)地的地質(zhì)條件單一。房屋兩端破壞較重，中間單元整體傾斜，損壞較輕。因此，設(shè)置圈梁或配筋的砌體結(jié)構(gòu)，房屋的允許變形量取小于等于30mm；局部?jī)A斜值取小于等于1.5‰。

表19 承重墻設(shè)圈梁或配筋的磚砌體

 3) 鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)
鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房，只觀測(cè)了兩棟。其中一棟僅墻體開(kāi)裂，主要承重結(jié)構(gòu)完好無(wú)損。見(jiàn)表20。

表20 鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)

機(jī)修車間1979年6月外縱墻開(kāi)裂時(shí)的最大變形量為27.5mm，相鄰兩柱間的變形差為0.0025l。到1981年12月最大變形量達(dá)41.3mm，變形差達(dá)0.003l。究其原因，歸咎于附近一棵大桉樹(shù)的吸水蒸騰作用，引起地基土收縮下沉。從而導(dǎo)致墻體開(kāi)裂。但主體結(jié)構(gòu)并未損壞。
單層排架結(jié)構(gòu)的允許變形值，主要由相鄰柱基的升降差控制。對(duì)有橋式吊車的廠房，應(yīng)保證其縱向和橫向吊車軌道面傾斜不超過(guò)3‰，以保證吊車的正常運(yùn)行。
我國(guó)現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：?jiǎn)螌优偶芙Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的允許沉降量在中低壓縮性土上為120mm；吊車軌面允許傾斜：縱向0.004，橫向0.003。原蘇聯(lián)1978年出版的《建筑物地基設(shè)計(jì)指南》中規(guī)定：由于不均勻沉降在結(jié)構(gòu)中不產(chǎn)生附加應(yīng)力的房屋，其沉降差為0.006l，最大或平均沉降量不大于150mm。對(duì)膨脹土地基，將上述數(shù)值分別乘以0.5和0.25的系數(shù)。即升降差取0.003l，最大變形量為37.5mm。結(jié)合現(xiàn)有有限的資料，可取最大變形量為40mm，升降差取0.003l為單層排架結(jié)構(gòu)(6m柱距)的允許變形量。
4) 從全國(guó)調(diào)查研究的結(jié)果表明：膨脹土上損壞較多的房屋是砌體結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土排架和框架結(jié)構(gòu)房屋的破壞較少。磚砌煙囪有因傾斜過(guò)大被拆除的實(shí)例，但無(wú)完整的觀測(cè)資料。對(duì)于浸濕房屋和高溫構(gòu)筑物主要應(yīng)做好防水和隔熱措施。對(duì)于表中未包括的其他房屋和構(gòu)筑物地基的允許變形量，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)膨脹土特殊變形狀況的適應(yīng)能力以及使用要求，參考有關(guān)規(guī)定確定。
5) 上述變形量的允許值與國(guó)外一些報(bào)道的資料基本相符，如原蘇聯(lián)的索洛昌認(rèn)為：膨脹土上的單層房屋不設(shè)置任何預(yù)防措施，當(dāng)變形量達(dá)到10mm～20mm時(shí)，墻體將出現(xiàn)約為10mm寬的裂縫。對(duì)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，允許變形量為20mm；對(duì)于未配筋加強(qiáng)的砌體結(jié)構(gòu)，允許變形量為20mm，配筋加強(qiáng)時(shí)可加大到35mm。根據(jù)南非大量膨脹土上房屋的觀測(cè)資料，J·E·詹寧格斯等建議當(dāng)房屋的變形量大于12mm～15mm時(shí)，必須采取專門措施預(yù)先加固。
6) 膨脹土上房屋的允許變形量之所以小于一般地基土，原因在于膨脹土變形的特殊性。在各種外界因素（如土質(zhì)的不均勻性、季節(jié)氣候、地下水、局部水源和熱源、樹(shù)木和房屋覆蓋的作用等）影響下，房屋隨著地基持續(xù)的不均勻變形，常常呈現(xiàn)正反兩個(gè)方向的撓曲。房屋所承受的附加應(yīng)力隨著升降變形的循環(huán)往復(fù)而變化，使墻體的強(qiáng)度逐漸衰減。在豎向位移的同時(shí)，往往伴隨有水平位移及基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)，幾種位移共同作用的結(jié)果，使結(jié)構(gòu)處于更為復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。從膨脹土的特征來(lái)看，土質(zhì)一般情況下較堅(jiān)硬，調(diào)整上部結(jié)構(gòu)不均勻變形的作用也較差。鑒于上述種種因素，膨脹土上低層砌體結(jié)構(gòu)往往在較小的位移幅度時(shí)就產(chǎn)生開(kāi)裂破壞。

Ⅳ 穩(wěn)定性計(jì)算

5.2.17 根據(jù)目前獲得的大量工程實(shí)踐資料，雖然膨脹土具有自身的工程特性，但在比較均勻或其他條件無(wú)明顯差異的情況下，其滑面形態(tài)基本上屬于圓弧形，可以按一般均質(zhì)土體的圓弧滑動(dòng)法驗(yàn)算其穩(wěn)定性。當(dāng)膨脹土中存在相對(duì)軟弱的夾層時(shí)，地基的失穩(wěn)往往沿此面首先滑動(dòng)，因此將此面作為控制性驗(yàn)算面。層狀構(gòu)造土系指兩類不同土層相間成韻律的沉積物、具有明顯層狀構(gòu)造特征的土。由于層狀構(gòu)造土的層狀特性，表現(xiàn)在其空間分布上的不均勻性、物理性指標(biāo)的差異性、力學(xué)性指標(biāo)的離散性、設(shè)計(jì)參數(shù)的不確定性等方面使土的各向異性特征更加突出。因此，其特性基本控制了場(chǎng)地的穩(wěn)定性。當(dāng)層面與坡面斜交的交角大于45°時(shí)，穩(wěn)定性由層狀構(gòu)造土的自身特性所控制，小于45°時(shí)，由土層間特性差異形成相對(duì)軟弱帶所控制。