摘要：正確認(rèn)識和掌握膨脹性土的特性規(guī)律，是確保工程建筑物安全和滿足使用要求的關(guān)鍵。本文介紹了膨脹土的基本特性，提出了膨脹性土地基處理的有效措施。

　　關(guān)鍵詞：膨脹性土,地基處理,有效措施

　　膨脹性土的特殊物質(zhì)成分構(gòu)成在土體結(jié)構(gòu)及其應(yīng)力、變形和強(qiáng)度方面一系列極為復(fù)雜的內(nèi)在因素，在許多外界條件的作用和影響下，土體會產(chǎn)生反復(fù)無常的脹縮變形，這種變形終于轉(zhuǎn)化為正反兩個方向的應(yīng)力，直接作用在建筑物的地下結(jié)構(gòu)部分，從而導(dǎo)致建筑物部分地或整體地破壞或者作為一種內(nèi)力破壞著土的結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致土體本身的失穩(wěn)。因此，正確認(rèn)識和掌握膨脹性土的特性規(guī)律，就成為確保工程建筑物安全和滿足使用要求的關(guān)鍵。

　　膨脹土指的是具有較大的吸水后顯著膨脹、 失水后顯著收縮特性的高液限粘土。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石,為一種高塑性粘土, 一般承載力較高, 具有吸水膨脹、 失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性, 性質(zhì)極不穩(wěn)定。常使建筑物產(chǎn)生不均勻的豎向或水平的脹縮變形,造成位移、開裂、傾斜甚至破壞, 且往往成群出現(xiàn), 尤以低層平房嚴(yán)重, 危害性很大。裂縫具有外墻垂直裂縫, 端部斜向裂縫和窗臺下水平裂縫, 內(nèi)、 外山墻對稱或不對稱的倒八字形裂縫等特征; 地坪則出現(xiàn)縱向長條和網(wǎng)格狀的裂縫。治理膨脹土, 確保工程安全與質(zhì)量一直困擾著工程界, 是世界公認(rèn)的技術(shù)難題。

　　一、膨脹土的基本特性

　　膨脹土是指土的粒徑為0. 002 mm 的顆粒成分主要由強(qiáng)親水性礦物( 如蒙脫石、 伊利石) 組成且具有顯著的脹縮可逆特性的粘性土。在世界范圍內(nèi),膨脹土的分布十分廣泛, 根據(jù)已有的資料, 6 大洲40多個國家已發(fā)現(xiàn)有這種特殊土。我國是世界上膨脹土分布最廣、 面積最大的國家之一,且先后發(fā)現(xiàn)有膨脹土危害的地區(qū)已達(dá) 20 多個省、 市、 自治區(qū)。膨脹土又稱裂隙粘土或裂土, 是粘土的一種, 因而具有粘性土的一般性質(zhì)。但它作為一類特殊的粘土,又具有一般粘土所沒有的3 種基本特性, 即超固結(jié)性、干縮濕脹性和多裂隙性。

　　1、超固結(jié)性

　　我國的裂土多沉積于更新世第三紀(jì), 系陸相沉積土,在漫長的地質(zhì)年代中承受了上覆地層壓力,處于超固結(jié)狀態(tài),卸荷后土的抗剪和抗壓強(qiáng)度均有降低,風(fēng)化破碎后強(qiáng)度更低。當(dāng)開挖地下洞室使土體具有臨空面時,超固結(jié)力得以釋放而表現(xiàn)為洞室的頂部、 邊墻、 底部的過大變形,使工程結(jié)構(gòu)物破壞。

　　2、 強(qiáng)膨脹性

　　膨脹土的膨脹性與組成它的粘土的礦物成分有關(guān)。我國的膨脹土主要是蒙脫石及伊利石粘土礦物組成。此兩種強(qiáng)親水性粘土礦物遇水后產(chǎn)生的膨脹效應(yīng)比普通粘土顯著得多,對建筑物具有相當(dāng)強(qiáng)的破壞作用。膨脹土的膨脹性除與組成它的粘土的礦物成分有關(guān)外,還與水的作用直接有關(guān),水分在土粒中的遷移是產(chǎn)生土體膨脹與收縮的直接原因。由于裂土的裂隙發(fā)育, 水的滲入使土體產(chǎn)生膨脹,邊坡開挖后因卸載引起的應(yīng)力釋放均使邊坡土體變形鼓出,甚至使已有的圬工防護(hù)建筑開裂。膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力還能使房屋建筑上部開裂破壞,不能正常使用,干縮濕脹的循環(huán)反復(fù),使膨脹土地基土強(qiáng)度降低, 變形增大,地基出現(xiàn)不均勻沉降。

　　3、多裂隙性

　　從外貌特征看, 裂土表面布滿了不規(guī)則的多邊形裂隙或網(wǎng)狀裂縫, 多呈張開的楔形將裂土分割成各種幾何形態(tài)的塊體。裂隙有原生及次生之分。原生裂隙多為閉合狀,裂隙面光滑,常呈臘狀光澤。當(dāng)暴露地表,受風(fēng)化作用影響裂隙面常張開,并有次生的灰白粘土充填。次生裂隙以風(fēng)化型為主,在半干旱地區(qū),尤其是年蒸發(fā)量大于年降水量的地區(qū), 裂土的干縮濕脹效應(yīng)非常顯著,使裂土表層風(fēng)化作用強(qiáng)烈。由于裂隙密布, 土體不連續(xù), 大量雨水乘虛而入,濕脹干縮,循環(huán)反復(fù),使土體強(qiáng)度大大降低, 惡化了土體的工程性質(zhì),在重力作用下,常產(chǎn)生邊坡土體剝落、 坍塌滑坡等病害。

　　二、膨脹性土地基處理的有效措施

　　1、壓實控制法

　　壓實控制法的實質(zhì)是用機(jī)械方法將膨脹土壓實到所需要的狀態(tài), 充分利用膨脹土的強(qiáng)度與脹縮特性隨含水量、 干密度及荷載應(yīng)力水平的變化規(guī)律,盡量增大擊實膨脹土的強(qiáng)度指標(biāo)。

　　國內(nèi)外在確定膨脹土的壓實標(biāo)準(zhǔn)時, 綜合考慮到膨脹土的初始強(qiáng)度、 長期強(qiáng)度以及強(qiáng)度衰減、 脹縮變形、 施工工藝等因素的變化特征, 認(rèn)為只有選擇控制合理的含水量和干密度指標(biāo), 擊實膨脹土才可能兼顧到較高的強(qiáng)度和較低的脹縮性。最新的研究成果表明, 采用壓實含水量較最佳含水量稍大而略低于塑限、 干密度較最大干密度略低的控制原則, 只要壓實度控制得好, 弱膨脹土既可獲得較高的壓實度與初期強(qiáng)度, 又具有較低的脹縮性以及較好的抗?jié)B透性和較低的壓縮性。因此, 壓實含水量與碾壓或夯實的科學(xué)控制是壓實控制法處理弱膨脹土的關(guān)鍵。

　　2、墊層法

　　墊層法與換土法施工過程基本相同, 主要應(yīng)用于較薄的膨脹土層及主要脹縮變形層不厚的情況, 但對膨脹土層較厚的地基可采用部分挖除,鋪設(shè)砂墊層、 碎石墊層抑制膨脹土的升降變形引起的危害,其作用主要是減小地基脹縮變形和調(diào)節(jié)膨脹土地基沉降量, 具有補(bǔ)償功能。此外, 砂土層還可防止地下水毛細(xì)作用上升使地基不受膨脹作用的影響。施工簡單,就地取材還能節(jié)約投資,是處理膨脹土地基的一種較為適用和經(jīng)濟(jì)的方法。

　　3、濕度控制法

　　濕度控制法是通過控制膨脹土含水量的變化,保持地基中的水分少受蒸發(fā)及降雨入滲的影響, 從而抑制地基的脹縮變形。目前比較成功的保濕方法有:預(yù)浸水法、 暗溝保濕法、 帳幕保濕法和全封閉法。

　　4、換土法

　　換土法是將膨脹土全部或部分挖掉, 換填非膨脹黏性土、 砂土、 砂礫土或灰土,消除或減小地基脹縮變形,其本質(zhì)是回避膨脹土的不良工程特性, 從源頭上改善地基, 是膨脹土地基處理方法中最簡單而且有效的方法。換土法施工工藝簡單, 采用人工或機(jī)械挖除基底下一定深度的膨脹土, 分層鋪設(shè)非膨脹土,分層碾壓,其換土效果與填料的含水量和干重度、 土料土塊尺寸、 鋪土厚度與碾壓的質(zhì)量等因素密切相關(guān),如換土質(zhì)量符合各項技術(shù)指標(biāo)要求,并采取一些如排水輔助措施, 能從根本上消除膨脹土的災(zāi)害。

　　5、土質(zhì)改良法

　　(1)物理改良法

　　物理改良法是在膨脹土中添加其他非膨脹性固體材料, 通過改變膨脹土原有的土顆粒組成級配, 從而減弱膨脹土的脹縮能力,達(dá)到改善其工程特性的目的, 常見的摻合料有風(fēng)積土、 砂礫石、 粉煤灰與礦渣等。

　　(2)化學(xué)改良法

　　a、石灰土。石灰改良膨脹土的主要作用是使膨脹土的液限、膨脹性與粘粒含量降低, 顯著提高土的塑限與強(qiáng)度, 增大最佳含水量與降低最大干密度,從本質(zhì)上改變膨脹土的工程特性。由于石灰能有效抑制膨脹土的脹縮趨勢, 又具有經(jīng)濟(jì)與實施方便的優(yōu)點,在工程界應(yīng)用十分普遍。

　　b、水泥土。是用土料、 水泥和水經(jīng)過拌和的混合物, 應(yīng)用于膨脹土地區(qū)的襯砌尤其廣泛。水泥土與石灰土的不同之處在于,前者的早期效應(yīng)比后者明顯, 且水泥可產(chǎn)生更大的凝聚作用, 引起的凝聚反應(yīng)使黏土層之間的膠結(jié)力增大, 從而使土處于更加穩(wěn)定的狀態(tài), 其強(qiáng)度和耐久性比石灰土提高幅度更大, 但就膨脹而言,石灰是更好的穩(wěn)定摻合劑, 水泥用于加固膨脹土的摻入量一般為 4%~ 6%。

　　c、NCS 固化劑。施工實踐表明, NCS 固化劑具有較強(qiáng)的吸水性和顯著提高土體強(qiáng)度的作用,以及固化土具有較好的水穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性,在天然含水量較高的地區(qū),采用 6%~ 10%的 NCS固化劑處理膨脹土, 其收縮性小于石灰土, 與采用石灰土處理土基及用石灰土作底基層相比,提高了路基、 路面的整體強(qiáng)度, 且在工程的管理、 運(yùn)輸使用和配制混合料等方面都比常用的消石灰或生石灰方法簡便,可以明顯提高工程質(zhì)量和加快施工進(jìn)度, 并易于控制密實度及均勻性,對施工操作人員與周圍環(huán)境污染影響甚微,值得推廣應(yīng)用。

　　d、壓力噴注灌漿。壓力噴注灌漿加固膨脹土是通過灌漿壓力作用, 充分利用膨脹土中存在的大量裂隙, 將化學(xué)改良劑或膠凝材料配制成一定濃度的漿液注入土體的裂隙和孔隙中, 使?jié){液與土發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng),達(dá)到土體改性、 加固、 抑制膨脹性的目的。

　　(3)綜合改良法

　　綜合改良法是利用物理改良與化學(xué)改良加固機(jī)理, 既改變膨脹土的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu), 又改變其物理力學(xué)性質(zhì),集成化學(xué)改良土水穩(wěn)定性較好、 有較大的凝聚力和物理改良材料有較高內(nèi)摩擦角及無脹縮性的優(yōu)勢,達(dá)到強(qiáng)化膨脹土的土質(zhì)改良效果。出于該法常充分利用一些固體廢棄物與價格低廉的材料, 如粉煤灰、 礦渣與砂礫石等,有利于環(huán)境保護(hù), 且改良質(zhì)量良好,得到了工程界的普遍重視。

　　膨脹土是影響建筑物地基建設(shè)的一種特殊土質(zhì), 在實際工程中, 其破壞力是巨大的。 解決膨脹土的問題, 應(yīng)著重從影響其物理、 力學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素上考慮, 從而通過改變土的力學(xué)性質(zhì)達(dá)到處理的目的。

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