膨胀土地基处理方法浅析

丁庆峰

【摘要】胀缩土一般指一种富含蒙脱石、伊利石等强亲水性矿物物的粘性土。但由于具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征，建筑在胀缩土地基上的建筑物、公路以及铁路等往往随着季节性气候的变化反复产生不均匀沉降以及产生地裂缝等而对建筑物安全和使用构成严重的威胁。利用人工的方法能够在一定程度上克服其对水、热的敏感性。对膨胀土地基处理方法进行了评述，在系统总结前人工作的基础上展望了膨胀土地基处理的研究方向和发展趋势。

【关键词】胀缩土；地基处理方法

膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩的变形特性，当利用这种土作为建筑物地基时，随着季节性气候的变化，膨胀土产生膨胀—收缩—再膨胀的周期性变化从而使建筑物反复不断产生不均匀升降，发生变形破坏，给工程造成巨大损失。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，使得膨胀土问题成为当今岩土工程界和工程地质领域的重大工程问题之一。20世纪50年代初，我国在修建成渝铁路工程中，首次遇到成都粘土膨胀危害问题，从而拉开了我国膨胀土研究的序幕。20世纪80年代，我国制定了膨胀土地区建筑技术规范，这标志着我国处理膨胀土技术达到了一定的水平，也使得处理膨胀土有章可寻。膨胀土地基处理方法的目的是克服膨胀土对湿、热的敏感性，保证膨胀土的强度。为实现这一目的，人们采用了各种处理方法。

一、 膨胀土的工程特性及对工程的危害

1、 膨胀土的工程特性

1.1胀缩性

膨胀土吸水体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上的建筑物下沉。土中蒙脱石含量越多，膨胀量和膨胀力越大。土的初始含水量越低，膨胀量与膨胀力也越大。击实土比原状土大，密度越高，膨胀性也越大。

1.2崩解性

膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。强膨胀土浸水后几分钟即完全崩解。弱膨胀土崩解缓慢且不完全。

1.3多裂隙性

膨胀土中的裂隙，主要可分垂直裂隙，水平裂隙和斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土层分割成具有一定几何形状的块体，破坏了土体的完整性。容易造成边坡的塌滑。

1.4超固结性

膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比小，密实度大，初始结构强度高。

1.5风化特性

膨胀土受气候因素影响很敏感，极易产生风化破坏作用。基坑开挖后，在风化营力作用下，土体很快会产碎裂、剥落，结构破坏，强度降低。受大气风化作用影响深度各地不完全一样，云南、四川、广西地区约在地表下3～5m；其它地区2m左右。

1.6强度衰减性

膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有极高的峰值，而残余强度又极低的特性。由于膨胀土的超固结性，初期强度极高，现场开挖很困难。然而由于胀缩效应和风化作用时间增加，抗剪强度大幅度衰减。在风化带以内，湿胀干缩效应显著，经过多次湿胀干缩循环以后，特别是粘聚力c大幅度下降，而内摩擦角φ变化不大。一般反复循环2～3次以后区域稳定。

2、 膨胀土的工程特性对工程的危害

膨胀土的胀缩特性对工程建筑，特别是低荷载建筑物具有很大的破坏性。只要地基中水分变化发生变化，就能引起膨胀土地基产生膨胀变形，从而导致建筑物变形甚至破坏。膨胀土地基的破坏主要源于明显的而且反复的胀缩变化特性，因此，膨胀土的性质和发育情况是决定膨胀土危害程度的基础条件。

2.1对建筑物的影响

膨胀土地基上易于遭受损坏的大都为埋置深度较浅的低层建筑物，一般三层以下的民房。房屋损坏具有季节性和成群性两大特点。房屋墙面角端的裂缝常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字形缝；外纵墙下部出现水平缝，墙体外侧并有水平错动。由于土的胀缩交替，还会使墙体出现交叉裂缝。

2.2对道路交通工程的影响

膨胀土地区的道路，由于路幅内土基含水量的不均匀变化，引起不均匀胀缩，产生幅度很大的横向波浪形变形。雨季路面渗水，路基受水浸软化，在行车荷载下形成泥浆，并沿路面裂缝、伸缩缝溅浆冒泥。

2.3对边坡稳定的影响

膨胀土地区的边坡坡面最易受大气风化营力的作用。在干旱季节蒸发强烈，坡面剥落。雨季坡面冲蚀，冲蚀沟深一般为0.1～0.5m，最大可达1. 0m，坡面变得支离破碎。土体吸水饱和，在重力与渗透压力作用下，沿坡面向下产生塑流状溜塌。当雨季雨量集中时还会形成泥流，堵塞涵洞，淹埋路面，甚至引发出破坏性很大的滑坡。膨胀土地区的滑坡，一般呈浅层的牵引式滑坡，滑体厚度一般为1～3. 0m左右。

滑坡与边坡的高度和坡度无明显关系，但坡度超过140时，坡体就有蠕动现象，经验表明建在坡度大于50场地上的房屋，沉降量大，损坏也较严重。

二、 膨胀土地基处理方法

1、换填法

换填法是将膨胀士全部或部分挖掉，换填非膨胀新性土、在黏性土、砂砾土、碎石或灰土，以消除或減小地基胀缩变形的一种方法。其本质是回避膨胀土的不良工程特性，从源头上改善地基土的胀缩性，是膨胀土地基处理方法中最简单、有效的方法。

膨胀土地基的换填厚度由胀缩变形计算确定，将剩余部分土的胀缩变形量控制在允许范围内。由于各地区的气候不同，在一定深度以下膨胀土含水量基本不受外界气候影响的临界深度和临界界含水量有所不同，因此，换填厚度各地不同，给施工带来一定困难。在实际操作中，很难人工将换填土与膨胀土混杂在一起，必须借助于机械设备，在某些情况下使得这种方法相对比较昂贵。

换填法处理膨胀土的优点：能够得到比其他处理方法更大的地基承载力；换土法不需要特殊的施工设备，并且工期也比较短。

2、土性改良法

（1）物理改良法

物理改良法是在膨胀士中添加其他非膨胀性固体材料，通过改变膨胀土原有的土颗粒组成及级配，从而减弱膨胀士的胀缩性，达到改善其王程特性的目的，常见的掺合料有风积土、砂砾石、粉煤灰与矿渣等。其中可以分为夯实法、桩基法。

（2）化学改良法

化学改性法是利用有机或无机改性剂抑制膨胀土的胀缩性，改善膨胀土的工程性质。化学改性法从理论上讲可以根本解决膨胀土的胀缩性，可以起到一劳永逸的效果，是国内外膨胀土工程处理技术中的研究热点。依据化学改性剂的物状可以分为无机改性法、有机改性法两种。

（3）生物改良法

植物改性法是对膨胀土地段的公路边坡采用种植植物的生物技术进行治理和防护的方法。根据不同的材料可以分为植物改性法和土工织物改性法。

物理改良法施工简单，但施工时间、施工保护措施、适用范围都有一定的限制；化学改良法从理论上讲可以根本解决膨胀土的胀缩性，是目前应用最多的改性方法，但现场施工情况的复杂性、各种不利因素的影响较多、工程费用较高、对环境造成污染、对操作人员身体健康也有伤害等，而且好多方法还只是在试验阶段，没有应用到实践中；生物改良法防护技术投资省，工期短，绿化效果好，应用前景十分广阔，但是植被防护的作用有其局限性，由于植物一般生长需1～2年时间，初期阶段只能防止表面冲蚀和表面滑塌，在路基本身还不稳定或存在集中水流情况下仍可能发生滑塌和水毁现象，而且应用范围比较小，与别的方法结合使用效果比较好，所以膨胀土地基改良处理方法还有待于进一步的研究和实践。

3、压实法

在压实功能的作用下，膨胀土的干密度增大而含水量减小，导致其内摩擦角和内聚力增大， 使地基承载力得到提高。但压实后膨胀士的胀缩性并没有受到抑制，因此压实法只适用于弱膨胀性士。压实后膨胀土强度的提高，补偿了膨胀土的胀缩变形对强度的影响。压实法的适用范围有限，但施工速度快、费用很低。压实法处理时应特别注意控制含水量，如果含水量过大，会导致水分向下层缺水的土层中转移，导致膨胀。对弱膨胀土采用较最优含水量稍大而略低于塑限的压实含水量并控制好压实功能，既可获得较高的压实度与初期强度，又具有较低的胀缩性、较好的抗渗透性及较低的压缩性。

4、隔水法

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩特性，因此，如果能够有效地隔绝场地中的水分转移，就能够解决膨胀土地基问题。水分的来源有两类：地面渗水和土体内部的转移水。控制地面渗水的方法很简单，设置足够的地面排水系统和正确的地下排水设施即能完成任务。但要隔绝土体内部各部分之间水分的转移则是很困难的。国外曾采用水平的和垂直的水分截断层来阻止水分的转移，但效果并不好。

5、保湿法

保湿法是在施工前用人工方法增大地基士的含水量，使膨胀士层全部或部分膨胀， 并维持其高含水量，从而消除或减小地基的膨胀变形量，因此将不会引起结构物的破坏。其最常用的施工方法是在场地上挖一系列深0.8m 深的明沟，设置几排调整含水量的竖井，沟底铺250mm 厚的熟石灰再填满石子，沟内充水约1 个月，直到周围的士都已湿润为至。

但是，保湿法只有对 基底压力不大且能保持地基士体现有含水量的少数结构物可以采用，如蓄水池、冷却塔等。需要的浸泡时间通常1～2个月，应用起来耽误工期。在气候差异大的地区，膨胀土地基在浸水后往往难以保持士中的高含水量而使土体积不发生变化，使得常在干早季节产生更大的收缩变形，从而导致结构物的破坏，因此，在膨胀土地区建造房屋基础时， 保湿法能否作为一种有效的地基处理技术，目前国内外均持怀疑态度。

三、 展望

综上所述，对膨胀土地基改性处理方法的研究已经取得了较为丰富的成果，为今后的研究工作奠定了坚实的基础，但是每种方法都达不到尽善尽美的效果，有优点和缺点。

膨胀土地基处理方法的选择应该统筹兼顾，充分考虑以下几个方面的问题：（1）从根本上改变膨胀土的性质；（2）操作方便、经济、施工简单；（3）改性材料比较易购买；（4）可以美化环境，不危害施工人员的身体健康；（5）在实践中可以大量的推广使用。

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