公路工程中膨胀土的判别标准及方法

公路工程中膨胀土的判别标准及方法陈水雄【摘要】介绍了膨胀土的判别标准及方法,概述了膨胀土分类的研究现状.对公路工程膨胀土的判别与分类提出了推荐方法.【期刊名称】《建材技术与应用》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】3页(P17-19)【关键词】公路工程;膨胀土;判别方法【作者】陈水雄【作者单位】茂名市交通工程质量监督站,广东,茂名,525000【正文语种】中文【中图分类】U416.1引言膨胀土是一种颗粒高分散、成分以黏土矿物为主、对环境的湿热变化敏感的高塑性黏土，吸水膨胀软化，失水收缩干裂。

在笔者参与施工的某公路沿线，膨胀土的分布比较广泛，沿线膨胀土路段占线路总长的20 %，是该工程的主要不良工程地质段。

正确判别膨胀土，对于正确组织施工和确保工程质量具有重要的作用。

1 膨胀土的判别原则和方法1.1 判别原则对膨胀土的判别，应根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标综合判定。

具备以下条件的土可判定为膨胀土，然后再通过室内试验进行矿物组成、力学强度等的研究。

(1)裂隙发育，常有光滑面与擦痕，有的裂隙中填充灰白色、灰绿色黏土，在自然条件下呈硬塑状态。

(2)多出露于2级或2级以上阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形平缓，无明显自然陡坎。

(3)常见浅层滑坡、地裂、新开挖坑槽壁易发生坍塌等。

(4)建筑物裂隙随气候变化而张开或闭合。

(5)自由膨胀率≥40 %。

1.2 指标选择1.2.1 界限含水量土的界限含水量是反映土粒与水相互作用的灵敏指标之一，在一定程度上反映了土的亲水性能。

它与土的颗粒组成、黏土矿物成分、阳离子交换性能、土的分散度及比表面积、水溶液的性质等有着十分密切的关系。

对于工程上具有较大实际意义的界限含水量，通常有液限、塑限、缩限3种定量指标。

一般来讲，膨胀土是具有高塑性与高收缩性的黏土，液限越高、缩限越低，则土的膨胀潜势就越大。

因此，采用界限含水量特征值作为膨胀土的判别指标是可行的。

1.2.2 胀缩总率胀缩总率能反映膨胀土黏土矿物成分和结构特征，在一定条件下，它是膨胀土比较稳定的属性指标，同时也是工程上有实用价值的重要指标，因而也可作为膨胀土的判别指标。

1.2.3 粒度组成粒度成分是反映膨胀土物质组成的基本特性指标。

1.2.4 自由膨胀率自由膨胀率是反映土的膨胀特性的最直接的量度指标之一。

不同黏土矿物成分的土粒具有不同的亲水性能，其膨胀性能也有显著差异。

当膨胀土的结构相似时，土中黏土矿物成分蒙脱石含量越多，自由膨胀率越大；若高岭石含量越多，自由膨胀率越小。

采用自由膨胀率作为膨胀土的判别指标，一般能获得比较好的结果。

反映膨胀土基本性质的指标还有：风干含水量、比表面积与阳离子交换量、矿物成分、膨胀力、最大线缩(体缩、膨胀)率、抗剪强度等。

1.3 判别方法目前有两种分类法，一类是直接指标法，即根据膨胀量、收缩量的大小或矿物成分的多少作为分类标准；另一类是间接指标法，即用液限、塑限、塑性指数、自由膨胀率、黏粒含量作为分类标准。

采用直接指标法进行分类虽然比较直观，但其试验方法均比较复杂，并且要求试验人员具有较扎实的专业知识和较高的实践技能。

用间接指标法进行分类不如直接指标法直观，但试验方法简单易行，同时具有一定的科学性，它不像直接指标(如膨胀量、收缩量等)除与土的性质有关外，还与土的初始含水量等因素有关。

因此，在工程建设中，膨胀土宜主要采用间接指标法进行分类，笔者参与施工的该项工程也是主要采用这种办法判别。

实践表明，采用单一的指标很难准确判别膨胀土与非膨胀土。

例如单一采用界限含水量特征值作为膨胀土的判别指标有其局限性，因为界限含水量是所有黏土的共性指标，另外，它只是反映土的膨胀性的间接指标；而自由膨胀率只是土粒膨胀特性的量度指标，却不能反映土体的结构性。

因此，膨胀土的判别应综合各类指标，宜以反映膨胀土基本特性的粒度成分、自由膨胀率、胀缩总率、液限、塑限、塑性指数等试验指标以及膨胀土的宏观结构特征、黏土矿物成分等作为判别指标。

2 关于膨胀土分类的研究现状目前，国内外关于膨胀土分类的方法很多，所选择的指标和标准也不一，不同的研究者提出了不同的标准，国内具有代表性的分类方法介绍如下。

2.1 按GBJ 112—87《膨胀土地区建筑技术规范》分类判别指标：自由膨胀率Fs≥40 %。

膨胀土的膨胀潜势等级：按自由膨胀率大小划分膨胀土的膨胀潜势，见表1。

表1 膨胀土的膨胀潜势自由膨胀率Fs/%40≤Fs<6565≤Fs<90Fs≥90膨胀潜势弱中等强2.2 按JTJ 013—95《公路路基设计规范》分类膨胀土的工程地质分类见表2。

表2 膨胀土工程地质分类分类强膨胀土中膨胀土弱膨胀土地质特征呈灰白色、灰绿色,黏土细腻,滑感较强,网状裂隙极发育,有蜡面,易风化呈细粒状、鳞片状以棕、红、灰色为主,黏土中含少量粉砂,滑感较强,裂隙较发育,易风化呈碎粒状,含钙质结核黄褐色为主,黏土中含较多粉砂,有滑感,裂隙发育,易风化呈碎粒状,含有较多钙质或铁锰结核主要黏土矿物成分蒙脱石为主蒙脱石、伊利石蒙脱石、伊利石、高岭土<0.005 mm黏粒含量/%>5035～50<35自由膨胀率/%>8055～8035～55胀缩总率1)/%>42～40.7～2.01)胀缩总率为土在50 kPa压力下的膨胀率与收缩率之和。

另外，还有按最大胀缩性指标、按自由膨胀率与胀缩总率、塑性图、多指标综合等多达10余种膨胀土判别与分类方法。

3 膨胀土判别与分类推荐方法以上介绍的判别与分类方法并不完全适用于公路工程，公路工程应该有适合其特点的判别与分类方法。

3.1 判别与分类的原则(1)膨胀土的判别方法应以试验室判别指标为主、现场宏观判别为辅。

(2)膨胀土的判别方法与分类在工作程序上应有所区别，应判别在先、分类在后，对已判别为膨胀土的再进行分类，这样才能达到快速、准确的效果。

(3)判别指标应能最大程度地反映土粒矿物组成及其与水相互作用的性质，且具有常规化、规范化、简便化的特点。

(4)判别指标应主副分明，不能太多。

3.2 某公路工程膨胀土判别与分类方法在上述原则的指导下，参考其他多种判别与分类方法，并考虑公路工程施工周期长、受气候影响很大的特点，特别是在考虑膨胀土的压实性状和强度(CBR)特征之后，对某公路工程膨胀土提出了增加液限判别与分类标准，并对>0.002 mm黏粒含量的检测改为对<0.005 mm黏粒含量的检测，见表3。

表3 公路膨胀土潜势等级判定方法指标膨胀潜势等级弱膨胀土中膨胀土强膨胀土液限/%40～5050～70>70塑性指数18～2525～35>35自由膨胀率/%40～6565～90>90<0.005 mm黏粒含量/%<3535～50>50胀缩总率/%0.7～2.02.0～4.0>403.3 理论依据根据对国内外多种膨胀土判别与分类方法的评判指标进行的综合统计，其中液限、塑性指数、自由膨胀率、<0.005 mm黏粒含量、胀缩总率等5个指标被采用的次数最多。

3.3.1 液限土的界限含水量是反映土粒与水相互作用的灵敏指标之一，在一定程度上反映了土的亲水性能。

对于具有高塑性与高收缩性的黏性土，液限越高、缩限越低，则土的膨胀潜势就越大。

采用界限含水量特征值作为膨胀土的判别指标是可行的，而且应将其作为一个最重要的指标。

3.3.2 塑性指数土的胀缩性能是由于土粒与水作用所形成的结合水变化的结果，土的液限含水量大体上与土的胀限含水量相当，而缩限则大体上相当于塑限，并略低于塑限。

影响土的膨胀与收缩性能的主要是浓差渗透吸附结合水，而浓差渗透吸附结合水的数量又大致可近似地用塑性指数来表示，其变化幅度主要取决于液限的高低。

因此，塑性指数同样是一个反映膨胀性能的很重要的指标。

3.3.3 自由膨胀率研究发现，自由膨胀率的大小受试验方法的影响比较大，如土样制备、量筒大小、凝聚剂施加与否、搅拌次数、搅拌方法和浸润时间等。

但试验表明，将其作为判别指标还是可行的，特别是具有简便快捷的特点。

首先，自由膨胀率能说明黏性土在无结构力影响下的膨胀情况，其值取决于土的物质组成，可初步评价黏性土的膨胀性；其次，上述影响因素对自由膨胀率的影响既有正面的，也有反面的，其中有相当一部分的影响可以相互抵消。

3.3.4 土中<0.005 mm黏粒含量粒度成分是反映膨胀土物质组成的基本特性指标，土中<0.005 mm的黏粒成分的含量越高，一般表明蒙脱石成分较多，分散性较好，比表面积大，亲水性强，则膨胀性越大。

所以，土中黏粒含量也可以用来区分膨胀土与非膨胀土。

3.3.5 胀缩总率胀缩总率能反映膨胀土的黏土矿物成分和结构特征，在一定条件下，它是膨胀土比较稳定的属性指标，同时也是公路工程中有实用价值的重要指标，因而可以将其作为膨胀土判别指标之一。

3.4 判别与分类的实践从该公路工程现场取回了大量不同的原状样和扰动样，对取自不同地点和宏观特征不同的土样采取了分开保存、独立试验的方法。

根据试验结果，采用上述判别分类指标对土样进行了判别与分类，并通过对天然含水量和天然干密度、原状样强度特性、膨胀性能指标、CBR指标、浸水膨胀量等多种指标进行验证，证明该判别与分类方法是可行的。

4 结语将液限、塑性指数、自由膨胀率、<0.005 mm黏粒含量、胀缩总率等5项主要指标，作为公路工程膨胀土判别与分类的依据，从理论和实践上均证明是切实可行的，并且可操作性强，可广泛应用于公路工程建设。