浅谈膨胀土的工程特性及地基处理

　　膨胀土中粘土矿物一般以蒙脱石为主，也部分膨胀土中粘土矿物以伊利石土和高岭土为主。一般而言，蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊利石和高岭土则发生有限的膨胀。膨胀土一般强度较高，压缩性低，容易被误认为是良好地基土。实际上，膨胀土对构造物的破坏作用不可低估，并且构成的破坏难以修复。目前，膨胀土的不良工程特性导致的工程问题或地质灾害的频繁发生及其在世界各国的广泛分布，使得膨胀土问题己成为困扰各类浅表层轻型工程建设的全球性技术难题。

 

　　一、膨胀土的物质组成

 

　　膨胀土的物质组成包括两部分内容，即粒度组成和矿物组成。一般而言，膨胀土的膨胀势明显依赖于土中的粘土矿物成分及其含量，不同类型粘土矿物的不同含量及其组合的膨胀土，也必然在其物理化学，物理力学和物化-力学性质方面，反映出明显差异。

 

　　二、膨胀土的化学性质

 

　　所谓膨胀土的物理化学性质是指能反映土的物理化学活性的指标，如阳离子交换量，比表面积，PH值等等。膨胀土中的离子交换吸附作用是粘土矿物的一种重要的物理化学性质。

 

　　三、膨胀土结构特征

 

　　膨胀土在成土过程中由于温度、湿度、压密以及不均匀胀缩效应形成了许多网状交错裂隙和软弱结构面，使膨胀土产生了一系列独特的力学性质和各向异性的复杂介质。而膨胀土的微结构与变形和强度的关系，膨胀土粒间的排列与定向度，接触和连结以及孔隙特征等方面和强度密切相关。

 

　　四、膨胀土的胀缩特性

 

　　膨胀土的胀缩特性除了受土体自身的粘土矿物成分及含水量控制外，土体的基质吸力及湿度的变化也是重要的因素。膨胀土与水相互作用是，随着含水量的增加，其体积将显著地增大，即表现了强烈的膨胀性。

 

　　五、膨胀土渗透性

 

　　水是膨胀土胀缩机理的依据，根据膨胀土室内渗透试验膨胀土吸水性是很微弱的，不同类型的膨胀土的渗透性有所不同。试验表明，饱和度与干重度对渗水系数有较大影响，并从理论上导出了计算非饱和土的水扩散度和渗水系数。

 

　　膨胀土显著的吸水膨胀和失水收缩的变形特性，使建造在其上的构筑物随季节性气候的变化而反复不断地产生不均匀的升降，致使房屋开裂、倾斜，公路路基发生破坏，堤岸、路堑产生滑坡，涵洞、桥梁等刚性结构物产生不均匀沉降等，造成巨大损失。膨胀土导致的构造物破坏一般具有如下特征和规律：

 

　　（一）建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。由于低层轻型、砖混结构重量轻、整体性较差，且基础埋置浅，地基土易受外界环境变化的影响而产生胀缩变形，其损坏最为严重。

 

　　（二）因建筑物在垂直和水平方向受弯扭，故转角处首先开裂，墙上常出现对称或不对称的八字形、X形交叉裂缝、外纵墙基础因受到地基膨胀过程中产生的竖向切力和侧向水平推力作用而产生水平裂缝和位移，室内地坪和楼板则发生纵向隆起开裂。

 

　　（三）膨胀土边坡不稳定，易产生水平滑坡，引起房屋和构筑物开裂，且构筑物的损坏比平地上更为严重。

 

　　膨胀土地基的工程建设，应根据当地气候、膨胀土胀缩等级、工程地质和水文条件，结合当地建筑施工经验，因地制宜采取综合措施。本节结合某高速公路建设工程，进行膨胀土地基处理案例分析。

 

　　某高速公路K44+800～K76+000，其中8.7km为高液限弱膨胀性路基（以下简称膨胀土），该路段膨胀土主要为第四系更新统坡残积成因，为碳酸盐风化残积而成，有轻微膨胀性，厚度约3～15m。经过土工试验膨胀土液限值在57-59.4之间，塑限指数在23.3～28.5之间，自由膨胀率在23.1～37.5之间，液限值和塑性指数较规范超标，不能直接作为路基填料。

 

　　鉴于膨胀土挖方达119.6万立方米，挖方量较大，若弃除外借费用较高，对于环境破坏也较大。根据项目弱膨胀膨胀土特性，提出采用包边的处治方式，有选择的利用膨胀土，在保证路基稳定和施工质量的前提下节约投资。

 

　　根据项目膨胀土特性，在施工过程中采取对膨胀土进行包边的措施保证填筑质量，阻隔和减少外界扰动，尤其是水对路基的侵扰。由于项目区域膨胀土广泛分布，且试验显示路基填料液限值和塑性指数较规范超标，大部分具有弱膨胀性，不能直接用作路基填料。

 

　　采用编织土工布在顶部铺设反滤土工布，编织土工布重量为210g/m2，条带抗拉强度为48kN/m，顶破强度为6.8kN，垂直向渗透系数5.2×10-5m/s。填芯膨胀土顶部和边部设防渗土工布，布采用二布一膜型复合土工膜，复合土工膜的重量520g/m2，条带抗拉强度为8.2kN/m，顶破强度为2.8kN，垂直向渗透系数为6.5×10-11m/s。

 

　　膨胀土采用包边处理最大限度的利用了线内土方，全线共利用膨胀土82.5万立方米，减少了临时用地和对自然环境的破坏，在保证工程质量的前提下，节约了工程投资，创造了良好的社会经济效益。主要经济对比见下表，可以看出膨胀土采取包边处理较弃除外借投资有较大节约，工程质量也得到了有效保证。

 

 

　　经济效果对比表