淺析膨脹土的特性和處理方法

藍(lán)勇翔

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

無論是國內(nèi)工程項(xiàng)目還是海外工程項(xiàng)目，常常會(huì)遇到膨脹土的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。其脹縮性直接影響到建筑物和構(gòu)筑物的使用性和安全性。它不僅會(huì)造成房屋開裂，公路和鐵路滑塌，而且還會(huì)破壞機(jī)場、農(nóng)田、水利設(shè)施等，而且其破壞極不容易修復(fù)，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)和生活。因此，在進(jìn)行工程地質(zhì)勘查時(shí)，要做好準(zhǔn)確分析，當(dāng)遇到膨脹土類地基時(shí)，應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段和施工階段引起重視，并采取相應(yīng)處理方法，以防止膨脹土地基對建筑的安全造成危害。

1 膨脹土的定義

膨脹土是一種吸水膨脹、失水收縮開裂的特種黏性土。其礦物成分以強(qiáng)親水性礦物蒙脫石和伊利石為主。在自然條件下，多呈硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，裂隙較發(fā)育，常見光滑面和擦痕，裂縫隨氣候變化張開和閉合，并具有反復(fù)脹縮的特性；多出露于二級(jí)及二級(jí)以上的階地，山前丘陵和盆地邊緣，地形坡度平緩，無明顯自然陡坎。主要特征有脹縮性、裂隙性和超固結(jié)性。

2 膨脹土的基本特性

從膨脹土的定義可以看出，膨脹土有以下幾個(gè)顯著的基本特性：

（1） 膨脹土中的黏土礦物成分主要是由親水性礦物組成的，而蒙脫石則是最典型的強(qiáng)親水性礦物，伊利石(水云母)具有中等親水性，這兩類黏土礦物都具有膨脹的微結(jié)構(gòu)。所以，當(dāng)土含有蒙脫石、伊利石的有效成分，且在土中達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，這一類土對濕度狀態(tài)的變化就特別敏感。

（2） 膨脹土同時(shí)具有吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性，而且，這種變形是可逆的，即可以吸水膨脹、失水收縮，再吸水再膨脹、再失水再收縮，并脹縮變形顯著。膨脹土的膨脹性可用自由膨脹率指標(biāo)來反映。自由膨脹率即為烘干土在水中增加的體積與原體積的比。自由膨脹率<40%時(shí)為非膨脹土, 40%≤自由膨脹率<65%時(shí)為弱膨脹性土；65%≤自由膨脹率<90%時(shí)為中膨脹性土；自由膨脹率≥90%時(shí)為強(qiáng)膨脹性土。

（3） 膨脹土吸水膨脹后強(qiáng)度減小，并有隨之濕化崩解的現(xiàn)象；而失水收縮后土的強(qiáng)度增大，一般比較干硬，但常伴有裂隙產(chǎn)生。

（4） 膨脹土一般具有高液限、低塑限以及塑性指數(shù)較高的特性，從對膨脹土的試驗(yàn)指標(biāo)中可以看出，其粘粒含量＞35 %，塑限≤13 %，液限≥38 %。

（5） 另外，不同類型的膨脹土具有不同的結(jié)構(gòu)特征：灰白色黏土，網(wǎng)狀裂隙很發(fā)育，土體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，水對其影響特別明顯，為強(qiáng)膨脹土；棕黃色黏土，裂隙發(fā)育充填有薄層連續(xù)白色黏土，呈層狀結(jié)構(gòu)，水對其影響顯著，一般為中膨脹土；棕黃或者紅色黏土夾姜石，裂隙較發(fā)育，部分為灰白色黏土填充，呈厚層狀或塊狀填充，一般為脹土；灰褐色或者褐黃色黏土，裂隙不發(fā)育，隨機(jī)分布，呈塊狀結(jié)構(gòu)，一般為弱膨脹土。

3 膨脹土類地基處理方法

針對以上膨脹土的基本特性，在印度尼西亞的兩個(gè)項(xiàng)目中，項(xiàng)目組在做好詳細(xì)地質(zhì)勘探，并充分了解項(xiàng)目用地的膨脹土的膨脹特性之后，因地適宜的采取了強(qiáng)夯和石灰土換填的處理方法。強(qiáng)夯采用兩遍點(diǎn)夯及一遍滿夯，點(diǎn)夯采用300T.m 的夯擊能，滿夯采用100T.m 的夯擊能。

強(qiáng)夯處理膨脹土基是指通過起吊設(shè)備把夯錘（一般為10～25 噸） 垂直提高到一定高度自由落下（一般為10～25 米，須根據(jù)錘重與夯擊能要求進(jìn)行計(jì)算），其產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊動(dòng)能和沖擊波反復(fù)夯擊地基土層，迫使土體空隙壓縮，在壓縮波能量的作用下，土顆粒互相靠攏，因?yàn)闅庀嗟膲嚎s性比固想和液相的壓縮性大得多，所以氣體部分首先被排出，顆粒進(jìn)行重新排列，因此非飽和土的夯實(shí)過程，就是土中的氣將被擠出的過程。

一定深度范圍內(nèi)的土層經(jīng)過強(qiáng)夯之后,基土的強(qiáng)度,抗剪性和抗滑穩(wěn)定性均顯著提高,同時(shí)其壓縮性大大減小,并結(jié)合石灰石墊層和碎石墊層,從而從總體上削弱了膨脹土的脹縮性對建筑物或構(gòu)筑物的影響。經(jīng)過此方法處理過后的土基，在基礎(chǔ)面5 米左右的范圍內(nèi)形成一層厚度均勻的硬殼層，從而有效防止地表水的快速滲入，使該層的水分保持相對平衡，進(jìn)而大大提高土基的工程性質(zhì)。

圖1 點(diǎn)夯

考慮到雅加達(dá)地屬熱帶海洋性氣候，一年之中半年為旱季另半年為雨季，雨季時(shí)降雨量極大，所以在強(qiáng)夯后的土基上先墊一層20cm 厚的石灰石，然后再墊碎石層。石灰石的物理特性包括可磨性、堆積密度、吸水率等，做為建筑墊層，主要是利用其吸水性（0.6%～16.6%），吸收墊層下部上行的地下水以及墊層上部下行的地表水，從而形成一層穩(wěn)固的防水隔離層，削弱了膨脹土中含水量變化時(shí)其脹縮力對地坪的沖擊。

圖2 滿夯

因?yàn)槭沂子谌芙?，膨脹土基礎(chǔ)施工應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：（1） 膨脹土基礎(chǔ)施工應(yīng)避免在雨季施工，并同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場排水，以保證地基和填筑的土方工程不被水浸泡。（2） 膨脹土基礎(chǔ)開挖后，各道工序必須緊密銜接，連續(xù)作業(yè)，分段完成，基礎(chǔ)填筑后，其邊坡防護(hù)等不能間隔時(shí)間過久以免邊坡長期暴露，或越冬再做路面，做好膨脹土路基的防水、保濕、防風(fēng)化工作。（3） 膨脹土基礎(chǔ)施工前，應(yīng)就地按規(guī)定做試驗(yàn)路段。（4） 如果是膨脹土路基，施工前應(yīng)提前完成周邊公用管網(wǎng)工程的施工，避免二次開挖。

此外，在建筑物或構(gòu)筑物的四周也應(yīng)該做好防水措施，避免地表水從四周滲入土基中，引起隆脹破壞。例如，在房屋的四周做散水并連接至雨水明溝或?qū)⒂晁刖G化帶中；在道路兩旁做好排水設(shè)施，使地表水和地下水能順暢排走，防止積水浸泡路基；臺(tái)階式高邊坡，應(yīng)在每一級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)截水溝，以截排上部坡面水，并宜在截水溝與坡腳之間設(shè)一定寬度的平臺(tái)，以利坡腳穩(wěn)定。

4 處理效果

強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值達(dá)到160kPa，承載力能夠滿足地坪需求。通過后期兩年的監(jiān)測，地坪使用效果好（如下圖所示）。通過經(jīng)濟(jì)對比，強(qiáng)夯處理地基成本僅為地坪樁成本的20%左右，且工期能夠縮短一半。其施工經(jīng)濟(jì)性和便捷性顯而易見。當(dāng)然其也存在施工噪音大公害，故在人口密集的區(qū)域，則需謹(jǐn)慎采用。另外，對于原有建筑，因受到夯錘提起高度的限制及其強(qiáng)大的沖擊破壞力，也不便于采用此法。

5 結(jié)語

膨脹土作為一種特殊性質(zhì)的土，對建筑物的危害極大，關(guān)系到建筑物的安全和正常使用。從工程實(shí)踐證明，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)嘏蛎浲恋牡鼗匦砸约霸O(shè)計(jì)和施工的實(shí)際要求，采用有效的處理方法。強(qiáng)夯和石灰土換填的處理方法在上汽通用五菱印尼項(xiàng)目得到了很好的應(yīng)用，經(jīng)此方法處理后的地坪安全、可靠，同時(shí)其還具有施工工藝簡單，施工速度快，節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)。我國幅員遼闊，是世界上膨脹土分布面積最廣的國家之一，每年因膨脹土地基導(dǎo)致建筑損毀的面積多達(dá)10萬平米左右。因此，在建筑勘查、設(shè)計(jì)和施工過程中應(yīng)該引起足夠的重視。