摘要：正確認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。

　　關鍵詞：膨脹性土,地基處理,有效措施

　　膨脹性土的特殊物質成分構成在土體結構及其應力、變形和強度方面一系列極為復雜的內在因素，在許多外界條件的作用和影響下，土體會產生反復無常的脹縮變形，這種變形終于轉化為正反兩個方向的應力，直接作用在建筑物的地下結構部分，從而導致建筑物部分地或整體地破壞或者作為一種內力破壞著土的結構，而導致土體本身的失穩(wěn)。因此，正確認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、 失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性, 性質極不穩(wěn)定。常使建筑物產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、 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)縱向長條和網格狀的裂縫。治理膨脹土, 確保工程安全與質量一直困擾著工程界, 是世界公認的技術難題。

　　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,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 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。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, 即超固結性、干縮濕脹性和多裂隙性。

　　1、超固結性

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

　　2、 強膨脹性

　　膨脹土的膨脹性與組成它的粘土的礦物成分有關。我國的膨脹土主要是蒙脫石及伊利石粘土礦物組成。此兩種強親水性粘土礦物遇水后產生的膨脹效應比普通粘土顯著得多,對建筑物具有相當強的破壞作用。膨脹土的膨脹性除與組成它的粘土的礦物成分有關外,還與水的作用直接有關,水分在土粒中的遷移是產生土體膨脹與收縮的直接原因。由于裂土的裂隙發(fā)育, 水的滲入使土體產生膨脹,邊坡開挖后因卸載引起的應力釋放均使邊坡土體變形鼓出,甚至使已有的圬工防護建筑開裂。膨脹產生的應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,使膨脹土地基土強度降低, 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。當暴露地表,受風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非常顯著,使裂土表層風化作用強烈。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,使土體強度大大降低, 惡化了土體的工程性質,在重力作用下,常產生邊坡土體剝落、 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

　　壓實控制法的實質是用機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度與脹縮特性隨含水量、 干密度及荷載應力水平的變化規(guī)律,盡量增大擊實膨脹土的強度指標。

　　國內外在確定膨脹土的壓實標準時, 綜合考慮到膨脹土的初始強度、 長期強度以及強度衰減、 脹縮變形、 施工工藝等因素的變化特征, 認為只有選擇控制合理的含水量和干密度指標, 擊實膨脹土才可能兼顧到較高的強度和較低的脹縮性。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控制是壓實控制法處理弱膨脹土的關鍵。

　　2、墊層法

　　墊層法與換土法施工過程基本相同, 主要應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節(jié)膨脹土地基沉降量, 具有補償功能。此外, 砂土層還可防止地下水毛細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濟的方法。

　　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, 采用人工或機械挖除基底下一定深度的膨脹土, 分層鋪設非膨脹土,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量等因素密切相關,如換土質量符合各項技術指標要求,并采取一些如排水輔助措施, 能從根本上消除膨脹土的災害。

　　5、土質改良法

　　(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,達到改善其工程特性的目的, 常見的摻合料有風積土、 砂礫石、 粉煤灰與礦渣等。

　　(2)化學改良法

　　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度, 增大最佳含水量與降低最大干密度,從本質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, 又具有經濟與實施方便的優(yōu)點,在工程界應用十分普遍。

　　b、水泥土。是用土料、 水泥和水經過拌和的混合物, 應用于膨脹土地區(qū)的襯砌尤其廣泛。水泥土與石灰土的不同之處在于,前者的早期效應比后者明顯, 且水泥可產生更大的凝聚作用, 引起的凝聚反應使黏土層之間的膠結力增大, 從而使土處于更加穩(wěn)定的狀態(tài), 其強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 固化劑具有較強的吸水性和顯著提高土體強度的作用,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、 路面的整體強度, 且在工程的管理、 運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量和加快施工進度, 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反應,達到土體改性、 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改良加固機理, 既改變膨脹土的物質組成結構, 又改變其物理力學性質,集成化學改良土水穩(wěn)定性較好、 有較大的凝聚力和物理改良材料有較高內摩擦角及無脹縮性的優(yōu)勢,達到強化膨脹土的土質改良效果。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, 且改良質量良好,得到了工程界的普遍重視。

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

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