改性土在渠道膨胀土处理中的应用

李学森

摘要：本文通过对膨胀土改性问题进行分析，并提出一些措施，期望能更好的促进改性土在渠道膨胀土处理中的应用。

关键词：膨胀土；滑坡；成因；处理

中图分类号：TU443文献标识码： A

引言

膨胀土是属于高塑性粘土一类的，而其的承载力是比较高的，具备吸水膨胀、失水收缩以及反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等方面的优势，足以确定其性质是极不稳定的，那么在实际工程就会引发巨大的危害。要完善膨胀土的工程特性，专业人员就需进行大量的研究:以生石灰改良方面，研究考了其用生石灰改良膨胀岩的工程性质。以含水量方面，研究了干湿循环对膨胀土渠堤破坏的影响、弱膨胀土的压实特性、胀缩性状、力学特性、膨胀力的分析方法、膨胀土的动态水稳特性加之不饱和膨胀土与水的相互作用等方面。其研究在土体膨胀性独一影响因素领域里获取了良好的成就，但对于多种改善措施同时施用的实际工程，还是有着一定的局限性。文章对于实际工程需要，进行了不同改完善措施同时施用时土体膨胀率变化规律的试验研究，确定其不同完善措施参数的最佳组合，为实际工程提供了依据。

一、膨胀土改性的工作机理

水泥改性土，是指将一定比例的水泥掺入膨胀土土料之中以改善膨胀土的性质或结构，使膨胀土丧失膨胀潜能，并在一定程度上提高土体强度或承载力

（一）作用原理

因膨胀土具有遇水膨胀、失水干缩的特性，采用稳定土拌和机、路拌机等掺伴设备，在膨胀土料中对水泥适量掺入，充分拌合二者并发生化学及物理反应，使得膨胀土的力学性质改变，使其水稳定性和强度大大提高，更好的控制膨胀性。碾压后形成换填层，一方面可隔离膨胀土与大气基础的直接作用，另一方面基面的膨胀潜能得到吸收，原膨胀土基础自身因含水量变化而产生的胀缩应力得到降低，膨胀土边坡产生滑坡得到很好的防止。

（二）南水北调

渠道膨胀土处理方案设计渠道膨胀土开挖后，清理建基面，采用先渠底后渠坡，分层铺设，进占法施工。施工过程中，应及时对填筑面及边坡进行洒水养护，防止水泥改性土沙化。在填筑过程中从拌合到碾压终了的延时时间4h，为做到处理层与边坡更好的结合，填料前，边坡面需开挖成小台阶状，台阶高为每一层铺土的厚度。

二、膨胀土渠堤的基本处理方法

目前，针对南水北调渠堤的处理方法，主要有湿度控制，换土和对膨胀土的改性处理三种方法：

（一）湿度控制法

根据对膨胀土处理的形式湿度控制法可以分为预湿法和保湿法，工作原理就是通过膨胀土含水量的变化的控制，使其水分的稳定性得到保证，进而达到收缩变形或预防膨胀土膨胀的目的。预湿法指的是通过浸泡地基土或对非膨胀土进行加盖，膨润土的湿度平衡得到实现，保湿法主要是外界大气的隔断对膨胀土的影响，例如可以使用土工布或者粘土对膨胀土渠堤进行封盖，加强膨胀土避免与外界大气直接接触。

（二）换土法

在南水北调渠堤下挖除掉膨胀土的换土法，换上能够满足施工要求的其他土质，一种非常简单有效的方法如砂砾土等非膨胀土，但是由于南水北调的施工量比较大，对于需要该方法并不适合大规模换土的区域。

（三）膨胀土的改性处理

必须对膨胀土的胀缩特性进行改良，使膨胀土中的伊利石，石灰与蒙托石通过微观结构的变化，达到改变土的力学性质，最终降低膨胀土的亲水性，使得自身稳定性得到提高，以达到南水北调渠堤填料的基本要求，对膨胀土的改性处理主要是指膨胀土通过与水泥，石灰等材料的物理化学反应，改进膨胀土的特性，从而达到使得膨胀土的强度得到提高，降低其膨胀的潜势或水稳定性的保持等目标。掺灰量5%处治后的土样，CBR值渠基施工技术规范的满足对渠堤填料的强度要求。而掺水泥处理和掺砂处理后的吸水率较高，仍以石灰改良为最佳基本的效果。但从实际施工过程来看，利用掺砂膨胀土的工程性质进行改量是更加的经济。

（四）掺石灰改良膨胀土的机理

石灰改良膨胀土：石灰是一种无机的胶结材料，既能在空气中硬化，也能在水中硬化。石灰的性质取决于活性CaO和MgO的含量，其含量越高，活性越大，胶结能力越强。石灰改良膨胀土的机理：石灰中的Ca2+与土颗粒表面的阳离子发生交换作用，土颗粒间结合力增强，土体强度提高，改善土体性质，从而使胶体颗粒加速结凝、稳定成型，形成早期强度。改良土中的Ca(OH)2和Mg(OH)2，生成CaCO3和MgCO3两种坚硬的固体颗粒，具有较高的强度和水稳定性，使土硬化，使得土体形成石灰稳定土，最终体现出石灰土的后期强度。石灰中的CaO与土中的SiO2、AL2O3发生反应，产生较强的黏结作用，使改良灰土的强度提高，并保持长期的稳定，使膨胀土达到水稳定性。膨胀土摻入石灰后，生石灰与水在熟化过程中可以降低土体含水量，促进土体的固结，提高土体的强度。

（五）填料拌和

用挖掘机将拌和料挖出，卸土时要注意让混合料沿土堆锥顶自然洒落，挖掘机斗可适当提升位置卸土，增加混合料的拌和效果。预先拌和三遍，如外观还不均匀，应增加翻拌遍数，完成预拌。按预先设定的拌和遍数完成拌和后，检查拌和深度、颗粒情况、外观色泽，拌和料达到混合料色泽一致，没有灰团、灰条，且水分合适均匀；如不满足要求，应增加拌和遍数，检验合格后，用装载机集堆焖料3到5天。

（六）裂隙面控制下的中深部滑动

第二类破坏形式是具有裂隙带膨胀土所特有的，由于裂隙面强度远低于土块强度，低强度的裂隙面当方向合适时，会在应力作用下逐渐连成一个空间曲面，形成潜在滑动面。因此，裂隙性土边坡稳定性具有各向异性，且稳定性低于非裂隙性土的边坡。对于这类滑坡也有一个逐渐发展的过程，该过程是与开挖卸荷，施工中外水的浸润等因素有关的。这类滑坡核算中土的强度指标，应对裂隙面土与膨胀土块在分别考虑的基础上，提出一个综合值“参与计算”。此外，在膨胀土地区出现沿层间滑动面的滑坡也很常见，但这在非膨胀土地区也会发生，只是膨胀土地区出现更多而已，对这类滑坡在此不作细述。

（七）渠堤填筑的连续性与渠堤养生

在渠堤摊铺与推平完成后，对渠堤要进行碾压施工，在碾压过程中，要必须把握好碾压膨胀土含水量的最佳时机，如果含水量较小，要洒水对其进行拌和均匀使其达到最佳含水量之后，才能再进行碾压施工；还应对各道工序施工上的连续性进行保证，做到紧密衔接，在检验合格后才可进行下一道施工；如果不能及时在土层压实后进行施工，则需要对渠堤采取养护措施，比如对渠堤采取覆盖措施养护等。与此同时，要做好膨胀土渠堤的防风措施。防水和保湿方面的养护工作；还要注意的是，在进行膨胀土渠堤施工时，避免雨天施工，在施工现场还应做好充分的排水设施。

（八）优势裂隙

土体裂隙发育，土体被分割成块体是膨胀土滑坡的主要原因，土体中分布的裂隙大大降低了土体的强度。裂隙张开、延伸和扩展贯通对渠道边坡产生了破坏作用。膨胀土的长大裂隙面多光滑，抗剪强度低，构成了膨胀土土体中的软弱结构面，破坏了膨胀土的均一性和连续性，并导致膨胀土的抗剪强度存在各向异性特征，是影响膨胀土的边坡稳定的主要因素，特别是优势长大裂隙，往往对膨胀土边坡稳定具有控制作用。根据众多膨胀土滑坡调查分析发现，膨胀土渠坡滑坡基本上都是受长大的优势裂隙控制，其滑动形式主要有以下2个特点：首先，在坡顶出现微小裂隙，裂隙的长度、宽度和深度都会随着土体的含水率循环变化而逐渐扩展；其次，滑坡滑面基本上都是由坡背斜向优势裂隙和底部的水平向优势裂隙组成，呈现比较明显的折线形式滑动。

结束语

经过南水北调中工程中膨胀土段实践表明,膨胀土改性在处理膨胀土中,既能保证工程质量,又能提高施工效率,是一种处理渠道膨胀土的有效工程措施。

参考文献：

[1]包承纲.膨胀土渠道边坡的破坏与防治对策[J].土工基础，2014，05:106-114.

[2]刘海侠，苏庆平.改性膨润土及其在水处理中的应用[J].化学工程与装备，2014，10:145-149.

[3]李莉，张惠.公路膨胀土路基的施工处理方法分析[J].科技致富向导，2014，14:308.