膨胀土地基处理方法的研究

膨胀土地基处理方法的研究

膨胀土是一类结构性不稳定的高塑性粘土，也是典型的非饱和土，它在世界范围内分布极广，具有裂隙性、胀缩性和超固结性，对气候变化特别敏感，主要原因是膨胀土颗粒组成中粘粒含量超过30%，且蒙脱石、伊利石或蒙一伊混成等强亲水性矿物占主导地位，膨胀土地基的土体因含水量变化会导致土体的不均匀胀缩变形，最终将引起建筑物的变形和破坏，而且它对工程建设的危害往往具有多发性、反复性及长期潜在性。

1、膨胀土的基本特性

(1)强膨胀性

膨胀土的膨胀性与其粘土的矿物成分有关。我国的膨胀土主要是蒙脱石及伊利石粘土矿物组成。蒙脱石及伊利石是两种强亲水性粘土矿物，遇水后产生的膨胀效应比普通粘土显著得多，对建筑物具有相当强的破坏作用。膨胀土的膨胀性除与其粘土的矿物成分有关外，还与水的作用直接有关，水分使土粒迁移是产生土体膨胀与收缩的直接原由。

(2)超固结性

我国的裂土多沉积于更新世第三纪，系陆相沉积土，在漫长的地质年代中承受了上覆地层压力，处于超固结状态，卸荷后土的抗剪和抗压强度均有降低，风化破碎后强度更低。当开挖地下洞室使土体具有临空面时，超固结力得以释放而表现为洞室的顶都、边墙、底部的过大变形，使工程结构物破坏。

(3)多裂隙性

从外貌特点看，裂土表面布满了不规则的多边形裂隙或网状裂缝，多呈张开的楔形将裂土分割成各种几何形态的块体。裂原有原生及次生之分。原生裂隙多为闭合状，裂隙面光滑，常呈腊状光泽，当暴露地表，受风化作用影响裂隙面常张开，并有次生的灰白粘土充填。次生裂隙以风化型为主，在半干旱地区，尤其是年蒸发量大于年降水量的地区，裂土的干缩湿胀效应非常显著，便裂土表层风化作用强烈。由于裂隙密布，土体不连续，大量雨水乘虚而入，湿胀干缩，循环反复，使土体强度大大降低，恶化了土体的工程性质，在重力作用下，常产生边坡土体剥落、坍塌滑坡等危害。

2、膨胀土地基的处理方法

目前国内外有关膨胀土地基处理的方法较多，加固技术也在逐渐发展，以下主要从加固机理、适用范围与施工技术几方面，结合膨胀土工程性质的多年研究成果与我国大量工程实践的应用效果，介绍膨胀土地基的几种主要处理方法：2.1换土法

换土法是将膨胀土全部或部分挖掉，换填非膨胀粘性土、砂土、砂砾土或灰土，以消除或减少地基胀缩变形，其本质是回避膨胀土的不良工程特性，从源头上改善地基，是膨胀土地基处理方法中最简单而且有效的方法。膨胀土地基的换土厚度由胀缩变形计算确定，使剩余部分土的胀缩变形量在允许范围内，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含水量有所不同，换土厚度应根据膨胀土的强弱和当地的气候特点确定，一般可采用1.0~2.0m，强膨胀土换土厚度可用2.0m，中膨胀土用1.0~1.5m,但具体换土厚度要根据调查后的临界深度来确定，最大厚度不宜超过 3.0m。在地基膨胀土层较薄情况下，该法比较可靠，且能彻底根治膨胀土的危害。主要适用于路床基底、渠道、膨胀性土层出露较浅的建筑场地或对不均匀变形有严格要求的建筑物地基，但对于大面积的膨胀土分布地区显得不经济，生态环境效益较差，

2.2垫层法

垫层法与换土法施工过程基本相同，也主要应用于薄的膨胀土层及主要胀缩变形层不厚的情况，但对膨胀上层较厚的地基可采用部分挖除，铺设砂、碎石垫层抑制膨胀土的升降变形引起的危害，其作用主要是减少地基胀缩变形和调节膨胀土地基不均匀沉降量，具有补偿功能。此外，砂石层还可防止地下水毛细作用上升使地基不受冻胀作用的影响，施工简单，就地取材还能节约投资，是处理膨胀土地基的一种较为适用和经济的方法，在平坦场地上Ⅰ、Ⅱ级膨胀土地基处理中，可用于轻型建筑物地基处理外，还广泛用于道路、堆场等，但在长期干早地区而又有可能浸水的房屋中不宜采用。

2.3湿度控制法

湿度控制法是通过控制膨胀土含水量的变化，保持地基中的水分少受蒸发及

降雨入渗的影响，从而抑制地基的胀缩变形。目前比较成功的保湿方法有：预浸水法、暗沟保湿法、帷幕保湿法和全封闭法。

2.3.1预浸水法

预浸水法是在施工前用人工方法增加地基土的含水量，使膨胀土层全部或部分膨胀，并维持高含水量，从而消除或减少膨胀变形量。我国幅员辽阔，气候差异大，膨胀土预浸水后难以保持土中的高含水量使土体积不发生变化，常在干旱季节产生更大的收缩变形，另外，由于浸水后膨胀土的强度和变形指标急剧降低，承载力一般在100kPa左右，在路基工程中，也无法保证路基所要求的足够强度和刚度，还会使路基在中后期会因失水产生收缩变形，出现干裂缝，因此，虽然预浸水在建造初期时，可以起到重要作用，但在膨胀土上建造房屋基础时，预浸水法作为一种独立应有的地基处理技术应慎重。

2.3.2暗沟保湿法

暗沟保湿法的原理与预浸水法相近，主要是利用膨胀土的胀缩性与含水量密切相关的原理，让膨胀土地基充分浸水至膨胀稳定含水量，并保待该含水量不发生变化，则地基既不会产生膨胀变形，也不会产生收缩变形，从而保证建筑物受地基胀缩变形而引起破坏甲保湿暗沟适用于有经常水源的三层以下房屋的处理，对于无经常水源的房屋、强膨胀土地基和长期于旱地区不得采用。

2.3.3帷幕保湿法

帷幕保湿法是用不透水材料做成的帐幕设置于建筑物两侧，用以截断地基中水分向外转移或地基外的水分进入地基，保证地基中水分的相对稳定，从而达到消除地基土胀缩变形目的，帷幕形式有填砂的塑料薄膜帷幕、填土的塑料薄膜帷幕、沥青油毡帷幕以及塑料薄膜灰土帷幕等。

帷幕埋深由建筑场地条件和当地大气影响急剧层深度来确定，根据地基土层水分变化情况，在房屋四周分别采取不同帷幕深度以截断侧向土层水分的转移，帷幕配合1.5m宽散水进行地基处理，效果明显，尤其当膨胀土地基上部覆盖层为卵石、砂质土等透水层时，采用该法防止侧向渗水浸入地基，效果良好，帷幕保湿法既可用于新建房屋，也可用于已损坏房屋的修缮处理，前者通常情况下是在建房的同时建造帷幕。

2.3.4全封团法

由于全封闭法一般在膨胀土路堤中应用，又称为包盖法或包边路堤，主要在膨胀土广泛分布的地区，出于经济上的考虑和受填料条件所限，不得不采用弱膨胀土和中膨胀土填筑路堤时，直接用接近最佳含水量的中、弱膨胀土填筑路堤堤心部位，用普通粘土或改性土作为路堤两边边坡与基底及顶面的封层，从而形成包心城方，让膨胀土永久地封存在非膨胀土之中，避免膨胀土与外界大气直接接触，保持膨胀土湿度的稳定，使其失去胀缩性，从而成为良好的路基填料。在通常情况下，全封闭法仅适用于非浸水路堤。

为了能确保封闭效果，有效地限制堤内膨胀土湿度变化，封层应有相当的厚度，其中，边坡处往往是施工碾压的薄弱部位，如果封闭土与路堤土一道分层填筑压实，并达到同样的压实度，则处理效果会更好。

综上所述，湿度控制法是处治膨胀土的一种好方法。应视当地气候潮湿程度与膨胀土厚度而定，对于强膨胀土很厚的情况，具有较好的经济可行性。但迄今为止，对蒸发与降雨条件下膨胀土的湿度迁移规律与力学效应还未取得足够清晰的认识，因此，湿度控制法处理膨胀土的设计理论还需作大量的研究，并在工程实践中不断完善。

2.4压实控制法

压实控制法的实质是用机械方法将膨胀土压实到所需要的状态，充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律，尽量增大击实膨胀土的强度指标，提高地基承载力与减小胀缩性，以达到工程建设的需求。由于膨胀土的最大干密度随击实功的增大而增大，含水量随击实功的增大而减小，膨胀土的干密度增大同时含水量减小，导致其凝聚力和内摩擦角增大，地基承载力增加；但其击实后的胀缩性并没有受到抑制。

因此，该法应用范围有限，只针对弱膨胀土，且造价很低，适用于地基承载力满足要求而附加荷载又大于其膨胀力的建筑物，对轻型建筑可能会造成一定的破坏。实际应用较多的情况是通过合理控制压实标准，利用弱膨胀土作为路基填料来修建路堤。

2.5土质改良法

土质改良法顾名思义就是在膨胀土中掺入其他材料。使其物理、力学特性得