邯邢地區(qū)膨脹土自由膨脹率估測(cè)方法研究

□郄國(guó)增 翟新典

邯邢地區(qū)膨脹土自由膨脹率估測(cè)方法研究

□郄國(guó)增 翟新典

從膨脹土的顏色、皂脂程度、裂隙特征、粘膠粒含量4個(gè)方面，對(duì)膨脹土自由膨脹率的估測(cè)方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過眼觀、手摸、識(shí)別和簡(jiǎn)單計(jì)算，綜合估測(cè)出膨脹土的自由膨脹率數(shù)值。該方法簡(jiǎn)單易懂，操作方便，判斷結(jié)果準(zhǔn)確合理，適用于河北邯邢地區(qū)膨脹土工程建設(shè)，在工程實(shí)踐中具有實(shí)用價(jià)值和推廣意義。

自由膨脹率；估測(cè)法；粘膠粒含量

自由膨脹率是判斷膨脹土膨脹性的基本指標(biāo)，是劃分膨脹等級(jí)的重要依據(jù)。河北邯邢地區(qū)分布大量膨脹土，對(duì)工程建設(shè)具有一定的危害性；為了使廣大工程技術(shù)人員能夠在施工期間快速、準(zhǔn)確估測(cè)自由膨脹率，及時(shí)判定膨脹等級(jí)，為工程設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)，本文根據(jù)南水北調(diào)等大量野外工程實(shí)踐，總結(jié)出一套簡(jiǎn)捷、快速、準(zhǔn)確的野外估測(cè)判斷方法。

1.估測(cè)法基本要素

膨脹土是一種脹縮性特殊土，具有遇水膨脹失水收縮的特性。膨脹土一般由粗顆粒、細(xì)顆粒兩部分組成，其中＞0.075mm的粒組為粗顆粒，＜0.075 mm的粒組稱為細(xì)顆粒。本文將細(xì)顆粒稱為“基質(zhì)”。首先估測(cè)判斷基質(zhì)的自由膨脹率數(shù)值，主要從膨脹土的顏色、皂脂程度、裂隙特征、粘膠粒含量四個(gè)要素進(jìn)行分析和研判，估測(cè)完后再將粗細(xì)顆粒合并，對(duì)粗顆粒的百分權(quán)重進(jìn)行折減，從而得出整個(gè)土體的自由膨脹率。

估測(cè)法是通過眼觀、手摸、辨別、簡(jiǎn)單計(jì)算，綜合估測(cè)土的自由膨脹率數(shù)值。估測(cè)方法盡量做到從外到內(nèi)、從內(nèi)到外、從現(xiàn)象揭示本質(zhì)、從本質(zhì)解釋現(xiàn)象，估測(cè)程序盡量做到簡(jiǎn)化、直觀、透徹。

1.1 顏色

膨脹土從顏色上看，主要有灰綠、棕黃、紫紅三種。其中灰綠、棕黃兩種顏色的土按不同比例雜合又可以細(xì)分為灰綠夾棕黃、灰綠夾少量棕黃、灰綠夾極少量棕黃、棕黃夾灰綠、棕黃夾少量灰綠、棕黃夾極少量灰綠。紫紅色膨脹土一般屬晚更新世N1地層，多具弱膨脹性。因風(fēng)化不完全，河北邯邢地區(qū)膨脹土主要含石英、長(zhǎng)石淺色碎屑顆粒，部分含綠泥石、方解石，使得土體顏色變淺，或淺灰綠、或灰白，在顏色上不再另劃一類，統(tǒng)歸為灰綠色。

1.2 皂脂程度

膨脹土具有獨(dú)特的類似新鮮肥皂、石膏、石蠟的滑膩質(zhì)感、蠟質(zhì)光澤及脂肪的油膩感，膨脹土有其他土類不具有的特殊質(zhì)感和光澤，將膨脹土的這種質(zhì)感和光澤稱為皂脂。皂脂程度可通過目測(cè)和手摸感覺。皂脂程度越高，自由膨脹率越大；反之越小。皂脂程度是判斷自由膨脹率大小的重要因素，需仔細(xì)研判。

將表層以下結(jié)構(gòu)完整的新鮮土塊皂脂程度分為強(qiáng)、中、弱、無四個(gè)等級(jí)：皂脂強(qiáng)：油膩感、蠟脂感強(qiáng)、蠟光面亮、密實(shí)，一般自由膨脹率＞75；皂脂中等：油膩感弱、蠟脂感、斷面晦澀、密實(shí)、有蠟光面但光亮差，一般自由膨脹率40～80；皂脂弱：無油膩感、稍顯蠟脂感、稍干顯松散、可見蠟光面、但粗糙晦澀,一般自由膨脹率30～65；無皂脂：無蠟脂感、無蠟光面、斷口粗糙，一般自由膨脹率＜30。

1.3 裂隙

膨脹土不論在電子顯微鏡觀察下的微觀、用肉眼可視最細(xì)小的細(xì)觀、或者宏觀上，均具明顯的裂隙性特征。微觀結(jié)構(gòu)中的孔隙、裂隙對(duì)強(qiáng)膨脹巖體中宏觀結(jié)構(gòu)面有著控制性影響。

細(xì)觀裂隙是由于土體受內(nèi)外應(yīng)力作用，潮濕土形成長(zhǎng)約0.5～5mm的光滑平面，一般1～3mm，也可發(fā)展為不大于30mm的長(zhǎng)大細(xì)觀裂隙，風(fēng)干土因凝聚力增加會(huì)形成凹凸形態(tài)的不規(guī)則裂面，掰斷土面總體表現(xiàn)為麻面。裂面呈閉合尖滅狀，在不受外力的情況下各向均勻雜布，每個(gè)裂面有自己清晰的發(fā)育邊界，細(xì)觀裂隙密度及其裂面光亮程度與膨脹性成正比。

土體內(nèi)若有長(zhǎng)大細(xì)觀裂隙自由膨脹率將會(huì)降低。長(zhǎng)大細(xì)觀裂隙的形成是因裂隙密度低，內(nèi)外應(yīng)力作用力集中容易發(fā)育長(zhǎng)大且裂面光亮度降低。

宏觀裂隙是膨脹土的明顯特征之一，對(duì)建筑物的危害較大，避免產(chǎn)生或消除宏觀裂隙是研究膨脹土的目的之一。根據(jù)宏觀裂隙可以快速地估測(cè)自由膨脹率的大致范圍。若土體內(nèi)有粗糙晦澀的裂隙面發(fā)育，其自由膨脹率一般＜65；若土體內(nèi)裂隙面豐富又光亮且細(xì)觀裂隙發(fā)育，自由膨脹率一般＞75。

1.4 粘膠粒含量

引起土體脹縮的主要是膠粒＜0.002mm、粘粒0.005～0.002mm成分，粉粒0.05～0.005mm略有影響，一般認(rèn)為砂粒0.075～0.05mm在土體中主要起骨架作用，不參與脹縮過程，粘膠粒含量是脹縮的必要條件。粘粒含量愈高，比表面積越大，吸水能力愈強(qiáng)，脹縮變形就大。

粘粒、膠粒含量需要手摸辨別：將土塊蘸水揉碎捏勻成糊膏狀，在拇、食指間捻抹拉合，一般砂粒有顆粒磨阻感無粘著感，粉粒細(xì)膩無粘著感，粘粒滑膩有粘著感，膠?；伹艺持Υ?，據(jù)此可估測(cè)土的顆粒組成。粘膠粒含量高膨脹性大，反之膨脹性小。強(qiáng)膨脹土粘膠粒含量一般＞50；中等膨脹土一般＞35；弱膨脹土一般＞15。

2.基質(zhì)自由膨脹率估測(cè)過程

一是初判是否為膨脹土。具有下列特征可判定是膨脹土：灰綠—棕黃—棕紅色土體、蠟光面、潮濕土體皂脂、有因風(fēng)化-脹縮-邊坡-內(nèi)外應(yīng)力作用形成的宏觀裂隙。

二是按照以上4要素估測(cè)基質(zhì)的自由膨脹率。將潮濕土塊沿宏觀裂隙面垂直方向掰斷，顯示新鮮清晰的斷口，仔細(xì)觀測(cè)土的顏色、皂脂程度、裂隙、粘膠粒含量。強(qiáng)膨脹土——油膩感強(qiáng)、蠟脂感強(qiáng)、土體分布有大小不等的細(xì)密細(xì)觀裂隙、各向雜布、土體表面及內(nèi)部均富存裂面且光亮、土質(zhì)細(xì)膩、粘膠粒一般＞50%可低至35%、不發(fā)育長(zhǎng)大細(xì)觀裂隙、灰綠色為主、棕黃少量，自由膨脹率≥90；中等膨脹土——油膩感、蠟脂中等—強(qiáng)、細(xì)觀裂隙面豐富又光亮、各向雜布、可見細(xì)觀長(zhǎng)大裂隙、土質(zhì)細(xì)膩、粘膠粒＞35%可低至20%、灰綠或棕黃色，65≤自由膨脹率＜90；弱膨脹土——有蠟脂感，無油膩感、土體散布有細(xì)觀裂隙、裂面有光澤、有長(zhǎng)大細(xì)觀裂隙、粘膠粒＞15%可低至10% 、灰綠棕黃紫紅色均有，40≤自由膨脹率＜65；無膨脹性土——稍顯皂脂感、無細(xì)觀裂隙、只有裂面粗糙暗淡的長(zhǎng)大細(xì)觀裂隙，棕黃色居多，30＜自由膨脹率＜40；一般黃土——無皂脂、無細(xì)觀裂隙、或有裂面粗糙暗淡的豎向宏觀裂隙，自由膨脹率＜30。

三是進(jìn)行加權(quán)累計(jì)。對(duì)由不同基質(zhì)或由不同顆粒組成的膨脹土，應(yīng)分別判定其自由膨脹率值，然后按各自權(quán)重值進(jìn)行累計(jì)，最終計(jì)算出該膨脹土的整體自由膨脹率值。

3.結(jié)語

該估測(cè)法是根據(jù)多年野外實(shí)踐、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及潛心研究所做的總結(jié)，適用于廣大工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和把握，已應(yīng)用于南水北調(diào)中線一期工程邯邢渠段膨脹土施工中，取得了良好效果。

此外，膨脹土自由膨脹率的大小還與礦物成分、液限、含水率等多種因素有關(guān)，對(duì)膨脹土膨脹性的判定還須有一個(gè)從微觀到宏觀、從點(diǎn)到面、從局部到全部的反復(fù)印證過程，避免以點(diǎn)蓋面、以偏概全現(xiàn)象。因此，在具體工程實(shí)踐中，應(yīng)綜合考慮各種因素，使估測(cè)方法更科學(xué)、更完善，使判斷成果更客觀、更準(zhǔn)確。

2017-02-08

郄國(guó)增，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師。

翟新典，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，正高級(jí)工程師。