膨脹土地基巖土工程勘察的常見問題與解決方案

張琨

摘 要：膨脹土作為一種特殊的土壤類型，存在失水收縮、吸水膨脹的特性，于膨脹土區(qū)域建設(shè)地基工程存在一定安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，需得到更加全面和準(zhǔn)確的勘察資料支持?；诖?，通過分析膨脹土地基巖土工程勘察的常見問題以及解決方案，以某膨脹土地基工程為例具體分析了勘察方案的應(yīng)用，總結(jié)膨脹土地基工程勘察經(jīng)驗(yàn)，保證膨脹土地基工程的順利竣工。

關(guān)鍵詞：膨脹土;地基工程;巖土工程勘察;勘察方案

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）06-0042-02

0 引言

膨脹土具有失水收縮和吸水膨脹的特征，在膨脹土區(qū)域建設(shè)建筑物地基時(shí)，受到季節(jié)變化的影響，膨脹土?xí)霈F(xiàn)周期性收縮變化，使得建筑結(jié)構(gòu)形成不均勻沉降，給建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不良影響，甚至引發(fā)安全事故。膨脹土地基工程勘察工作和常規(guī)土層勘察工作存在一定差異，工程勘察需要以膨脹土特征為出發(fā)點(diǎn)，選擇合適的方法進(jìn)行勘察工作，以滿足勘察需求，保證膨脹土地基工程的順利進(jìn)行。

1 膨脹土地基巖土工程勘察的常見問題

1.1 深度勘探問題

膨脹土地基巖土工程施工期間，為了保障工程質(zhì)量，削弱膨脹土地基危害性，理應(yīng)把控好工程勘察事項(xiàng)，充分結(jié)合工程勘察報(bào)告，優(yōu)化地基施工效果，實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)工程的順利竣工，就此防止在膨脹土地基條件下，引發(fā)嚴(yán)重的地基坍塌或者邊坡事故。勘察人員在對膨脹土地基現(xiàn)場進(jìn)行勘察時(shí)，很容易受勘察深度把控力度不大因素的影響，致使后期施工人員在膨脹土地基環(huán)境下，未能加強(qiáng)安全防護(hù)，不但會增加施工風(fēng)險(xiǎn)，而且還會加劇建筑物下沉可能性?？紤]到勘察人員對膨脹土地基地質(zhì)環(huán)境予以勘察時(shí)，未能明確勘探深度，造成勘察范圍不全面。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：要求勘察人員應(yīng)當(dāng)至少對膨脹土地基展開15 m深度勘探。如若工程規(guī)模龐大，需要適當(dāng)增加勘探深度，以免因淺層勘探，導(dǎo)致地基下放巖土性質(zhì)缺失可靠依據(jù)。

1.2 地下水觀測問題

膨脹土地基因其分布著大量的膨脹土，其具備吸水性與失水性收縮特定，一旦存在地下水，將降低地基穩(wěn)固度。此時(shí)勘探人員需要確定地下水分布位置，而后根據(jù)地下水水位標(biāo)準(zhǔn)，評估當(dāng)前在巖土工程施工中是否面臨施工風(fēng)險(xiǎn)，必要時(shí)可以實(shí)現(xiàn)針對地基進(jìn)行夯實(shí)加固處理，以免在膨脹土性質(zhì)的干擾下，無法保證工程項(xiàng)目的如期竣工，加大返工風(fēng)險(xiǎn)[1]。于地下水觀測過程中，若勘察人員無法明確掌握水文測量技巧，將很難維護(hù)地基勘探安全性。通常情況下，在地下水觀測中，勘察人員需要采用鉆孔測量方式了解地下水位分布情況，而后參照地下水觀測結(jié)果對其進(jìn)行回填排水處理，為后期巖土工程施工內(nèi)容的落實(shí)創(chuàng)造最優(yōu)條件。

1.3 地層劃分問題

膨脹土地基巖土工程勘察工作屬于專業(yè)性強(qiáng)的施工準(zhǔn)備事項(xiàng)。既要保證勘察人員具備專業(yè)技能，又能確?？辈烊藛T經(jīng)驗(yàn)豐富。但從目前實(shí)際勘察階段可知：部分勘察人員未能在地層劃分上表現(xiàn)出專業(yè)素養(yǎng)，違背地基勘察權(quán)威性原則。通常在巖土工程中需要各工段勘察人員分工勘察，而后整理各路段勘察數(shù)據(jù)，此時(shí)對于勘察信息的整合顯然具有難度。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)秉承專人專管的原則，建立集中勘察環(huán)境，并且要求勘察人員依據(jù)統(tǒng)一的勘察記錄要求，對鉆孔實(shí)施全面勘察，并且結(jié)合勘察數(shù)據(jù)對巖土工程地基施工進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，最終確保勘察后工程具備堅(jiān)實(shí)的施工基礎(chǔ)。

2 膨脹土地基巖土工程勘察問題的處理措施

2.1 加強(qiáng)膨脹土識別判定

要想進(jìn)一步解決膨脹土地基巖土工程勘察問題，應(yīng)當(dāng)有效加強(qiáng)膨脹土識別判定，即勘察人員需在勘察中事先確定好當(dāng)前地基是否屬于膨脹土，而后為施工人員乃至設(shè)計(jì)人員提交對應(yīng)的勘察依據(jù)，避免直接在膨脹土地基上建設(shè)建筑物，影響建筑物的安全性。

首先，勘察人員需要借助自由膨脹率測定儀，了解地基土層分布規(guī)律。若測定后發(fā)現(xiàn)土層中巖土自由膨脹率率高于40%，可以將其識別為膨脹土[2]。另外，還要了解膨脹土常見區(qū)域，如盆地以及階地施工現(xiàn)場，最常見膨脹土，而且還要記錄裂隙變化情況，是否與氣候因素具備密切關(guān)聯(lián)等，這些內(nèi)容的掌握都有利于勘察人員快速識別膨脹土;

其次，勘察人員在判定當(dāng)前地基土質(zhì)為膨脹土后，還要對勘探深度進(jìn)行有效確認(rèn)，至少需在12 m深度土層以上進(jìn)行勘探，而且還要預(yù)判膨脹趨勢。由于膨脹土本身性能與危害性具備相關(guān)性。因此，需在勘察階段依據(jù)自由膨脹率對膨脹趨勢強(qiáng)弱程度加以判定。依據(jù)膨脹土膨脹趨勢判定規(guī)范，在40%～65%之間自由膨脹率的膨脹土，往往呈現(xiàn)弱勢膨脹趨勢。隨著自由膨脹率的提升，膨脹趨勢隨之升高，要求相關(guān)人員應(yīng)適當(dāng)調(diào)整地基土質(zhì)的重視度;

最后，勘察人員還要做好周邊環(huán)境調(diào)研工作，測量好地形坡度以及地基分級變形量。通常對于5°以下地形坡度的地基，可認(rèn)定為平坦地基，若地形差在1 m以上則判定此區(qū)域?yàn)槎盖偷鼗Ｍ瑫r(shí)，對于15 mm至35 mm以內(nèi)地基分級變形量的膨脹土，其漲縮等級認(rèn)定為Ⅰ級。隨著數(shù)值的增加，對應(yīng)的漲縮等級隨之升高?？辈烊藛T可以根據(jù)勘探結(jié)果對地基穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)判，并在巖土工程施工前，對穩(wěn)定性偏差的地基進(jìn)行加固處理。鑒于此，膨脹土的識別是提升地基穩(wěn)定性的重要措施，借此妥善處理地基勘察問題。

2.2 實(shí)施外排水充填操作

針對膨脹土地基勘察問題提出解決路徑，要求勘察人員從地下水觀測環(huán)節(jié)做好整改工作。其中地下水觀測要點(diǎn)包含以下3個(gè)部分，可以根據(jù)具體要求，對膨脹土地基展開排水充填操作。第一點(diǎn)是勘察人員需確定好地下水觀測時(shí)間，一般需在完成鉆孔施工任務(wù)后停留24 h，此時(shí)觀測的地下水分布結(jié)果準(zhǔn)確度更高;第二點(diǎn)是勘察人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)周邊地下水開發(fā)情況，對其分布規(guī)律加以總結(jié)。而且在觀測位置位于抽水井附近，此時(shí)獲取的勘察結(jié)果較大;第三點(diǎn)是要求勘查誤差在±2 cm范圍內(nèi)，防止因誤差偏大，造成此次地下水觀測結(jié)果缺乏可信度?？辈烊藛T可以依據(jù)孔口坐標(biāo)值以及標(biāo)高值確定地下水位。地下水位觀測后相關(guān)人員可以使用混凝土墊層進(jìn)行施工，其中墊層厚度可以控制在150 mm左右，增設(shè)20 mm寬的伸縮縫，外加瀝青砂材料予以充填，能夠合理提升地基穩(wěn)定性。同時(shí)，還可以對水位偏高區(qū)域進(jìn)行排水處理，最大可以設(shè)定30 cm寬度的排水溝，從而改善膨脹土地基施工環(huán)境。

2.3 實(shí)施樁基礎(chǔ)施工設(shè)計(jì)

在勘察中提升勘察有效性，保證地基穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期施工要求，還需要實(shí)施樁基礎(chǔ)施工設(shè)計(jì)，以樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)消除膨脹土的危害?？辈烊藛T可以聯(lián)合設(shè)計(jì)者對膨脹土地基上方分布的建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，既要憑借樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，降低膨脹土的膨脹性，又要依據(jù)土層特征，完善施工設(shè)計(jì)規(guī)劃。一方面，勘察人員可以在膨脹土地基勘察中，對巖土發(fā)育程度予以記錄，并且新增膨脹土性能監(jiān)測站點(diǎn)，隨時(shí)掌握膨脹土變化規(guī)律。另一方面，需要測量好地基變形量，一旦超出安全標(biāo)準(zhǔn)，需要利用樁基礎(chǔ)增加地基穩(wěn)定性。此外，勘察人員需始終加強(qiáng)膨脹土地基自由膨脹率與變形量的統(tǒng)一勘察，整理好勘察數(shù)據(jù)后，由專業(yè)人員完善勘察報(bào)告，用于支撐巖土工程施工項(xiàng)目。

3 膨脹土地基巖土工程勘察的應(yīng)用案例

3.1 工程概述

本工程以某市產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目規(guī)劃面積約為25 km，以沉積巖和巖漿巖地層為主。由于該園區(qū)主要為黏土以及粉質(zhì)黏土，黏土中含有大量泥巖和碎塊石，石塊基本無圓度，形成膨脹土。該園區(qū)內(nèi)膨脹土厚度約為1～30 m，呈現(xiàn)出不均勻分布。

3.2 勘察方案

于該園區(qū)內(nèi)選擇20個(gè)勘探點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)測試，使用干法鉆孔保護(hù)土體原狀，保證取樣間距為1 m。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1、2、3所示。

經(jīng)過對膨脹土體進(jìn)行物理性能指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、靜載荷試驗(yàn)，測得膨脹力值為125 kPa，膨脹力較高，極容易對建筑工程造成影響，施工期間易發(fā)生滑坡事故。在該工程施工期間，擋墻發(fā)生坍塌，影響30 m范圍內(nèi)的正常施工，主要由于墻后膨脹土遇水后發(fā)生膨脹，膨脹力超過擋墻強(qiáng)度，導(dǎo)致坍塌事故。因此施工方案設(shè)計(jì)務(wù)必根據(jù)勘察結(jié)果展開，充分考慮到膨脹力強(qiáng)度的影響，才能規(guī)避坍塌事故。

3.3 處理方案

在工程實(shí)踐中，可以選擇采用石灰、水泥、石膏、磨細(xì)礦渣、粉煤灰、NCS固化劑等化學(xué)改良膨脹土或者人工換填等方法。石灰是適用于高塑性類土的最普及的穩(wěn)定劑，是膨脹土地基工程選擇膨脹土改性處理是最有效的處理方法，石灰穩(wěn)定的一般（反應(yīng)）過程：陽離子的交換，凝聚和結(jié)塊，碳化作用和凝膠作用。石灰劑量控制在4%～10%。但由于本工程規(guī)模大，選擇膨脹土改行處理成本超過1億元，成本高昂，從經(jīng)濟(jì)角度選擇回填和混合回填的方法，以保證膨脹土深度位于大氣影響深度之下即可滿足要求[3]。本工程大氣影響深度可達(dá)到4 m，受到大氣嚴(yán)重影響的深度約為1.8 m，因此基礎(chǔ)埋深應(yīng)在1.8 m以下，建議將埋深最小值控制在2 m以上?？蛇x擇級配砂石墊層，在建筑結(jié)構(gòu)背后設(shè)置砂石濾水層，一方面減輕建筑結(jié)構(gòu)受到膨脹土脹縮的影響，另一方面可以同時(shí)發(fā)揮出排水功能，降低地下水位。對于防滑坡處理，選擇分級低擋墻以及緩邊坡的方案，在挖方時(shí)采取分段開挖方法，及時(shí)支護(hù)，并同時(shí)對邊坡進(jìn)行監(jiān)測。建筑結(jié)構(gòu)周圍安裝地下管網(wǎng)，設(shè)置排水溝，不僅達(dá)到良好的防滲排水效果，也能封閉建筑擋墻，緩沖膨脹土對建筑地基結(jié)構(gòu)的影響。

4 結(jié)論

綜上所述，膨脹土具有特殊的礦物成分和結(jié)構(gòu)，造成其工程特性和力學(xué)特性特殊，具有明顯的脹縮性、強(qiáng)度變化、易滑性等特點(diǎn)，對地基工程產(chǎn)生直接影響，常造成施工期間的滑坡事故和建筑結(jié)構(gòu)破損。因此結(jié)合物理性能指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、靜載荷試驗(yàn)對工程進(jìn)行勘察，根據(jù)勘察結(jié)果了解膨脹土的膨脹性能，提前采取處理方案應(yīng)對，提高工程安全性和合理性。

參考文獻(xiàn)

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[3] 章林通.巖土工程勘察與地基設(shè)計(jì)中的問題分析及方法研究[J].中國設(shè)備工程，2021（12）：268-269.