膨胀土的判别及其危害防治

膨胀土的判别及其危害防治

【摘要】：文章阐述了膨胀土的判断方法及几种防治处理措施

【关键词】：膨胀土危害判别防治

1 膨胀土的危害

膨胀土是指土中粘土矿物成分主要由亲水性粘土矿物组成，具有明显的吸水膨胀和失水收缩性能的高塑性粘土。而且，这种土强度较高，压缩性很小，并有较强的膨缩特点。

在其上的构筑物随季节气候的变化而反复产生不均匀的升降，而产生大量裂缝。另外膨胀土的超固结特性不仅使路堑边坡坡脚产生较大的剪应力，而且还会带来强度的应变软化，造成边坡坍滑。

2 膨胀土的特殊性质

2.1膨胀干缩性

膨胀土中含有较多强亲水性粘土矿物质，如蒙脱石、伊利石等。当土体浸水时，土颗粒表面的结合水膜增厚，使颗粒间距拉大，从而引起土体膨胀；当土体失水时，结合水膜减薄，颗粒间距缩小，从而引起土体缩小。随着土体含水量的增减，膨胀力也产生相应的变化。2.2 多裂隙性

反复的干缩湿胀，致使土中的裂隙十分发育。裂隙不仅破坏土体的连续性和完整性，而且也为地表水的浸入形成了通道。而水的浸入又加速了土体的软化及裂隙生成。

2.3 超固结性

在地质历史上，膨胀土地层曾受过比现在更大的前期固结压力，使土体处于超固结状态。

2.4力学性质

2.4.1膨胀潜势

简单的讲，就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。

2.4.2膨胀力

膨胀力，也就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘

土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。

3 膨胀土的特征

3.1 地貌

多出现在二级及二级以上河谷阶地、垄岗、山梁、斜坡，山前丘陵和盆地边缘，地形坡度平缓，无明显自然陡坎。

3.2 颜色

多呈棕、黄、褐色间夹灰白、灰绿色条带或薄膜；灰白、灰绿色多呈透镜体或夹层出现。

3.3 结构

自然条件下，土的结构致密，多呈硬塑或坚硬状态；裂隙较发育，有竖向、斜交和水平三种；隙面光滑，有时可见擦痕，裂隙中常充填灰绿灰白色粘土；土被浸湿后裂隙回缩变窄或闭合；暴露在空气中，易干缩龟裂。

3.4 土质

粘土质重、细腻、具滑感，常含有钙质或铁锰质结核或豆石，局部钙富集成层形成钙盘。

3.5 自然地质现象

坡面常见浅层塑性滑坡与溜坍、地裂；新开挖坑（槽）壁易发生坍塌。

4 膨胀土的判别

4.1 初判

凡野外宏观地质特征符合上述膨胀土的特征的，且自由膨胀率F S ≥40%的土，应初判为膨胀土。

所谓自由膨胀率F S 是由人工制备的烘干土，在水中增加的体积与原体积之比，按下式计算：

0V V V F W s -= 式中 W V ——土样在水中膨胀稳定后的体积（ml ）；

0V ——土样原有体积（ml ）

。 4.2 详判

4.2.1满足以下三项指标的任意两项时，应判定为膨胀土：

4.2.1.1自由膨胀率FS ≥40%。

4.2.1.2蒙脱石含量M ≥7%。

利用二氯化锡容量法测定粘土矿物成分蒙脱石的含量：

10044

.0)/(3210⨯⨯⋅⋅⋅-=m A V V T V V M

式中：0V ——加入次甲基蓝量（ml ）；

1V ——所消耗0.1%二氯化锡量（ml ）

； 2V ——定容总体积（ml ）

； 3V ——取清液体积（ml ）

； T ——滴定度，即每毫升二氯化锡标准溶液相当于0.2%次甲基蓝的毫升数，由

空白求出；

m ——式样质量（g ）

； A ——标准次甲基蓝浓度（g/ml ）；

0.44——吸蓝量对蒙脱石的换算系数。

4.2.1.3阳离子交换量]100/)([174±≥+g NH mmol CEC

采用EDTA 按盐速测法，可测定土对溶液中的阳离子交换吸附性能强弱的指标。

阳离子交换量]100/)([4±+g NH mmol CEC =100)1()()(0⨯+⋅-⋅m

V V HCl C ω 式中：)(HCl C ——盐酸标准溶液浓度（mol/l ）；

V ——滴定式样时消耗盐酸标准溶液体积（ml ）；

0V ——空白试验消耗盐酸标准溶液体积（ml ）

； ω——风干土含水量（以小数计）

； m ——风干土质量（g ）

。 4.3 参照《规范》判定

依据《膨胀土地区建筑技术规范》规定，具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率F S ≥40%的土，应判定为膨胀土：裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；多出露于二级或二级以上，山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；建筑物裂缝随气 候变化而张开和闭合。

4.4膨胀土的潜势分类（见表1.）

表1. 膨胀土的潜势分类表

5.1 勘定

通过上述膨胀土的判定方法进行界定。

5.2 处理措施

5.2.1重新选线（址）避绕膨胀土区

对于膨胀潜势为中强级且区域不大的膨胀土区，尽量采用重新选线（址），避绕病害区。

5.2.2土质改良和换填

膨胀土填料改性除采用通常使用的石灰外，增加石灰与石膏以及NCS固化材料进行外掺处理。试验结果以石灰、NCS效果好，而石灰与石膏比例适当时有一定效果。

NCS是一种新型复合粘性土固化材料的简称，由石灰、水泥与合成的“SCA”添加剂改性而成。NCS加入土中除具有石灰对膨胀土的改性作用外，还使土粒和NCS两者发生一系列物理、化学及物理化学变化。土中NCS与水接触释出较多的Ca、Al高价阳离子与粘粒的负电荷中和，使扩散层减薄，土粒之间靠近，彼此聚集成土团，形成团粒化和砂质化结构，增强了土的可压实性。同时土粒在NCS水化反应中生成新的水化硅酸钙和水化铝酸钙，新增长的针状矿物，加强了土体早期和后期强度以及水稳定性。

5.2.3工程加固和防护

5.2.3.1放缓路堑和路堤边坡坡度、降低边坡高度稳定边坡坡脚。采用土钉墙、喷锚挂网、锚索桩、加筋土挡墙、圬工骨架护坡及路肩、路堑挡墙进行加固防护。

5.2.3.2对于构筑物，在山梁处、建筑平面转折部位和高度（荷载）有显著差异部分、建筑结构类型（或基础）不同部位，适当设置沉降缝分隔开，从而减小膨胀的不均匀性。

5.2.3.3膨胀土地区的衬砌应予加强。其断面形式宜采用圆形或马蹄形曲墙，并加设仰拱；最好采用先柔后刚的复合衬砌；要随挖随衬，尽可能减少围岩的暴露时间。

5.2.3.4建筑物四周场地种植草皮及蒸发量小的树种、花种或松柏等针叶树，减少水分蒸发。较大树种宜远离建筑物8m以外，以避免水的集中。

5.2.4加强排水

膨胀土地区的工程，均应做好地面排水工程，使排水畅通，防止表水下渗，浸润土质；同时应做好渗沟等工程；另外对建筑物基底还要严格封闭防止蒸发失水引起膨胀土干裂收缩。

6工程实例

6.1 工程及地质概况

渝(重庆)怀(怀化)铁路第八标段蔺市车站(DK112+400～DK113+700)位于重庆市涪陵区境内，属长江右岸低山丘陵地貌。站场路基主要是半填半挖和挖方形式，线路右侧边坡高约3～8m，砂粘土层7～9m厚，下覆基岩为泥岩夹砂岩。蔺市车站位于冲洪积扇上，砂粘土蒙脱石含量15%，自由膨胀率FS为45%，具有弱膨胀性，地表多为水田，水塘，表层2m左右含水量较大，呈软塑状，下部呈硬塑至半干硬状，局部地段见软塑状透镜体，基岩面平整，