膨胀土的判别及其危害防治

膨胀土的判别及其危害防治【摘要】：文章阐述了膨胀土的判断方法及几种防治处理措施【关键词】：膨胀土危害判别防治1 膨胀土的危害膨胀土是指土中粘土矿物成分主要由亲水性粘土矿物组成，具有明显的吸水膨胀和失水收缩性能的高塑性粘土。

而且，这种土强度较高，压缩性很小，并有较强的膨缩特点。

在其上的构筑物随季节气候的变化而反复产生不均匀的升降，而产生大量裂缝。

另外膨胀土的超固结特性不仅使路堑边坡坡脚产生较大的剪应力，而且还会带来强度的应变软化，造成边坡坍滑。

2 膨胀土的特殊性质2.1膨胀干缩性膨胀土中含有较多强亲水性粘土矿物质，如蒙脱石、伊利石等。

当土体浸水时，土颗粒表面的结合水膜增厚，使颗粒间距拉大，从而引起土体膨胀；当土体失水时，结合水膜减薄，颗粒间距缩小，从而引起土体缩小。

随着土体含水量的增减，膨胀力也产生相应的变化。

2.2 多裂隙性反复的干缩湿胀，致使土中的裂隙十分发育。

裂隙不仅破坏土体的连续性和完整性，而且也为地表水的浸入形成了通道。

而水的浸入又加速了土体的软化及裂隙生成。

2.3 超固结性在地质历史上，膨胀土地层曾受过比现在更大的前期固结压力，使土体处于超固结状态。

2.4力学性质2.4.1膨胀潜势简单的讲，就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。

膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。

膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。

因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。

2.4.2膨胀力膨胀力，也就是膨胀压力。

通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。

对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。

因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。

对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。

所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。

3 膨胀土的特征3.1 地貌多出现在二级及二级以上河谷阶地、垄岗、山梁、斜坡，山前丘陵和盆地边缘，地形坡度平缓，无明显自然陡坎。

3.2 颜色多呈棕、黄、褐色间夹灰白、灰绿色条带或薄膜；灰白、灰绿色多呈透镜体或夹层出现。

3.3 结构自然条件下，土的结构致密，多呈硬塑或坚硬状态；裂隙较发育，有竖向、斜交和水平三种；隙面光滑，有时可见擦痕，裂隙中常充填灰绿灰白色粘土；土被浸湿后裂隙回缩变窄或闭合；暴露在空气中，易干缩龟裂。

3.4 土质粘土质重、细腻、具滑感，常含有钙质或铁锰质结核或豆石，局部钙富集成层形成钙盘。

3.5 自然地质现象坡面常见浅层塑性滑坡与溜坍、地裂；新开挖坑（槽）壁易发生坍塌。

4 膨胀土的判别4.1 初判凡野外宏观地质特征符合上述膨胀土的特征的，且自由膨胀率F S ≥40%的土，应初判为膨胀土。

所谓自由膨胀率F S 是由人工制备的烘干土，在水中增加的体积与原体积之比，按下式计算：0V V V F W s -= 式中 W V ——土样在水中膨胀稳定后的体积（ml ）；0V ——土样原有体积（ml ）。

4.2 详判4.2.1满足以下三项指标的任意两项时，应判定为膨胀土：4.2.1.1自由膨胀率FS ≥40%。

4.2.1.2蒙脱石含量M ≥7%。

利用二氯化锡容量法测定粘土矿物成分蒙脱石的含量：10044.0)/(3210⨯⨯⋅⋅⋅-=m A V V T V V M式中：0V ——加入次甲基蓝量（ml ）；1V ——所消耗0.1%二氯化锡量（ml ）； 2V ——定容总体积（ml ）； 3V ——取清液体积（ml ）； T ——滴定度，即每毫升二氯化锡标准溶液相当于0.2%次甲基蓝的毫升数，由空白求出；m ——式样质量（g ）； A ——标准次甲基蓝浓度（g/ml ）；0.44——吸蓝量对蒙脱石的换算系数。

4.2.1.3阳离子交换量]100/)([174±≥+g NH mmol CEC采用EDTA 按盐速测法，可测定土对溶液中的阳离子交换吸附性能强弱的指标。

阳离子交换量]100/)([4±+g NH mmol CEC =100)1()()(0⨯+⋅-⋅mV V HCl C ω 式中：)(HCl C ——盐酸标准溶液浓度（mol/l ）；V ——滴定式样时消耗盐酸标准溶液体积（ml ）；0V ——空白试验消耗盐酸标准溶液体积（ml ）； ω——风干土含水量（以小数计）； m ——风干土质量（g ）。

4.3 参照《规范》判定依据《膨胀土地区建筑技术规范》规定，具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率F S ≥40%的土，应判定为膨胀土：裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；多出露于二级或二级以上，山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；建筑物裂缝随气 候变化而张开和闭合。

4.4膨胀土的潜势分类（见表1.）表1. 膨胀土的潜势分类表5.1 勘定通过上述膨胀土的判定方法进行界定。

5.2 处理措施5.2.1重新选线（址）避绕膨胀土区对于膨胀潜势为中强级且区域不大的膨胀土区，尽量采用重新选线（址），避绕病害区。

5.2.2土质改良和换填膨胀土填料改性除采用通常使用的石灰外，增加石灰与石膏以及NCS固化材料进行外掺处理。

试验结果以石灰、NCS效果好，而石灰与石膏比例适当时有一定效果。

NCS是一种新型复合粘性土固化材料的简称，由石灰、水泥与合成的“SCA”添加剂改性而成。

NCS加入土中除具有石灰对膨胀土的改性作用外，还使土粒和NCS两者发生一系列物理、化学及物理化学变化。

土中NCS与水接触释出较多的Ca、Al高价阳离子与粘粒的负电荷中和，使扩散层减薄，土粒之间靠近，彼此聚集成土团，形成团粒化和砂质化结构，增强了土的可压实性。

同时土粒在NCS水化反应中生成新的水化硅酸钙和水化铝酸钙，新增长的针状矿物，加强了土体早期和后期强度以及水稳定性。

5.2.3工程加固和防护5.2.3.1放缓路堑和路堤边坡坡度、降低边坡高度稳定边坡坡脚。

采用土钉墙、喷锚挂网、锚索桩、加筋土挡墙、圬工骨架护坡及路肩、路堑挡墙进行加固防护。

5.2.3.2对于构筑物，在山梁处、建筑平面转折部位和高度（荷载）有显著差异部分、建筑结构类型（或基础）不同部位，适当设置沉降缝分隔开，从而减小膨胀的不均匀性。

5.2.3.3膨胀土地区的衬砌应予加强。

其断面形式宜采用圆形或马蹄形曲墙，并加设仰拱；最好采用先柔后刚的复合衬砌；要随挖随衬，尽可能减少围岩的暴露时间。

5.2.3.4建筑物四周场地种植草皮及蒸发量小的树种、花种或松柏等针叶树，减少水分蒸发。

较大树种宜远离建筑物8m以外，以避免水的集中。

5.2.4加强排水膨胀土地区的工程，均应做好地面排水工程，使排水畅通，防止表水下渗，浸润土质；同时应做好渗沟等工程；另外对建筑物基底还要严格封闭防止蒸发失水引起膨胀土干裂收缩。

6工程实例6.1 工程及地质概况渝(重庆)怀(怀化)铁路第八标段蔺市车站(DK112+400～DK113+700)位于重庆市涪陵区境内，属长江右岸低山丘陵地貌。

站场路基主要是半填半挖和挖方形式，线路右侧边坡高约3～8m，砂粘土层7～9m厚，下覆基岩为泥岩夹砂岩。

蔺市车站位于冲洪积扇上，砂粘土蒙脱石含量15%，自由膨胀率FS为45%，具有弱膨胀性，地表多为水田，水塘，表层2m左右含水量较大，呈软塑状，下部呈硬塑至半干硬状，局部地段见软塑状透镜体，基岩面平整，土体自稳能力差。

6.2 工程措施根据蔺市车站路堑边坡土层较厚，具有若膨胀性的特点，路堑边坡防护主要采用桩板墙、桩间墙和特殊设计路堑挡土墙，其上边坡采用骨架护坡和支撑渗沟；路基顶面砂垫层由原来6.3.2先开挖堑顶边坡，并及时作好边坡及平台防护。

6.3.3隔桩开挖桩板墙之桩，修建锚固桩。

6.3.4桩板墙地段从上向下分层开挖桩前土体，浇筑挡土板。

6.3.5路堑挡土墙地段从两端向中（分段长度不大于10m）快速开挖，快速修建路堑挡土墙和路堑侧沟，并应迅速形成完善的排水系统。

6.4 施工注意事项6.4.1施工宜安排在旱季进行，旱季若遇雨天，必须作好防护、排水措施，还应停止施工开挖，作好临时支护措施。

6.4.2要拦截好地表水、地下水,水必须引至路基外，并不得影响路基稳定。

严禁在路堑开挖和基坑开挖中有积水现象发生。

6.4.3施工期间严禁在堑顶边缘及边坡平台上大量堆置集中荷载，防止边坡变形。

6.4.4挡土墙地段必须跳槽开挖，及时砌筑。

所有圬工建筑应随开挖随砌筑，当砌筑作业不能紧跟开挖作业时，应暂留不小于0.5m厚的保护层不予开挖，并应保证开挖边坡的临时稳定。

7 结束语膨胀土是影响道路及其它构造物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。

解决膨胀土的问题，应着重从影响其物理.力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑，从而通过改变土的力学性质达到处理的目的。

膨胀土在我国分部较广，每年都造成许多处铁路、公路的交通中断，建筑物的倾斜、下陷，防洪大堤的坍塌。

所以对膨胀土的勘定防治应引起足够的重视。

参考文献：（1）缪林昌. 非饱和膨胀土变形与强度特性研究[D].南京：河海大学，1999.（2）缪林昌, 殷宗泽, 严明良. 膨胀土边坡稳定中的吸力预测[J].水利学报，1998，(7)：46～49.。