膨胀土地基的处理

第3章膨胀土地基的处理

3、1 膨胀土的判别方法与标准

准确判别膨胀土及评价膨胀势大小就是膨胀土地基处理首要解决的问题。若将膨胀土漏判或将强膨胀土判为弱膨胀土,会给工程埋下隐患;若将普通土误判为膨胀土或将弱膨胀土为强膨胀土,会造成经济的巨大浪费。已有的工程教训证明,许多膨胀土的工程危害就是由工程人员对膨胀土误判造成。目前,国内外关于膨胀土判别分级的指标有几十种之多,我国不同行业之间的判定方法与标准亦不相同。国内工程设计常用的判别标准主要有以下3类。第4类为本设计建议使用的判别标准。

⒈原国家建委标准[3]

该规范以自由膨胀率为判据,特殊情况下可以根据蒙脱石含量来确定自由膨胀率大于40%,或蒙脱石含量大于7%时,可判定为膨胀土。其后的《建筑地基基础设计规范》也有相近内容的规定。膨胀上的分级标准见表3-1

表3-1 膨胀土级别标准(原国家建委)

自由膨胀率

(%) 蒙脱石含量

(%)

膨胀土级别自由膨胀率

(%)

蒙脱石含量

(%)

膨胀土级别

>100 60—100

>25

14—25

强膨胀土

中膨胀土

40—60 7—14 弱膨胀土

2.铁道部行业标准[4]

规则中,膨胀土的判别分为初判与详判。初判适用于踏勘与初测阶段,详判适用于定测与施工图设计阶段。初判依据为土的现场宏观地质特征、自由膨胀率、液限。土的现场宏观地质特征符合膨胀土特征,且自由膨胀率Fs≥40%,液限Wl≥40%时,判定为膨胀土。膨胀土的现场宏观地质特征详见《规则》。

详判时,使用自由膨胀率、蒙脱石含量与阳离子交换量3项指标。当符合其中2项指标时,判别为膨胀土。

注:CEC100表示100g干土的阳离子交换量,单位为(mmol)NH4+。

3、交通部标准[5]

规范中,要求自由膨胀率大于40%与液限大于40%的黏土质,可初判为膨胀土,但这并不就是惟一的,最终决定因素就是“胀缩总率及膨胀的循环变形特征,以及与其她指标相结合的综合判别方法”。其膨胀土工程地质分类见表3-3。

表 3-3 膨胀土工程地质分类(交通部)

分类野外地质特征主要黏土

矿物成分

>0、

002mm黏

粒含量

(%)

自由膨胀率

(%)

膨胀总量(%)

强膨胀土中膨胀土弱膨胀土

灰白、灰绿色,黏土细

腻,滑感特强,网状裂隙

极发育,有蜡面,易风华

成细粒状、鳞片状

以综、红、灰色为主,

黏土中含少量粉砂,滑

感较强,裂隙较发育,易

风化成碎粒状,含钙质

结核

黄褐色为主,黏土中

含较多粉砂,有滑感,裂

隙发育,易风华成碎粒

状,含较多钙质结核或

铁锰质结核

蒙脱石

伊利石

蒙脱石

伊利石

蒙脱石

伊利石

高岭石

>50

35—50

<35

>90

65—90

40—65

>4

2—4

0、7—2、0

注:胀缩总率为土在50kPa压力下的膨胀率与收缩率之与。

4、建议使用的公路膨胀土判别与分级标准

上述原国家建委、铁道部膨胀土判别与分级标准均要求定量测定膨胀性黏土矿物,如蒙脱石的含量。这种微观矿物含量的测定一般只有研究单位的专门试验室才能完成,且花费时间较长,给工程设计与施工带来很多困难。事实上,设计与施工单位很少采用。交通部《规范》膨胀土评价标准中的胀缩总率指标来自考虑地基承载力的房屋建筑部门。它完全不符合公路工程低荷载或零荷载的工程状况,

且确定该指标所需要的一些参数又很难获取。

我国交通部第二公路勘察设计研究院(以下简称“中交二院”)通过大量研究工作,提出以标准吸湿含水率与塑性指数2个分类指标作为膨胀土的判别与分级标准。所谓标准吸湿含水率指,在标准条件下(温度25℃±2℃,相对湿度60%±3%),膨胀土试样从天然含水量脱湿至平衡后的含水量。标准吸湿含水量与蒙脱石含量、阳离子交换量及比表面积之间具有良好的线性相关性,反应了膨胀土的本质特性。塑性指数很好地反映了粒度组成、分散特性及阳离子与黏土矿物之间的相互作用。采用标准吸湿含水率与塑性指数对土的膨胀势分级的指标见表3-4。标准吸湿含水率测定的具体方法见参考文献[7]或文献[15]中《膨胀土的判别与分类新方法》一文。

表3-4 土的膨胀势分级指标(中交二院)

膨胀势分级非膨胀土弱膨胀土中等膨胀土强膨胀土

标准吸湿含水率

ws(%)

塑性指标Ip(%)

自由膨胀率

Fs(%) Ws<2、5

Ip<15

Fs<40

2、5≤ws<4、8

15≤Ip<30

40≤Fs≤60

4、8≤ws<6、8

30≤Ip<45

60≤Fs≤90

6、8≤ws

45≤Ip

90≤Fs

注:自由膨胀率仅为参考指标,不作为控制指标。

中交二院研究提出的膨胀势分级判别指标反应了膨胀上的本质,并具有测定简单、便捷,所获数据可靠、重现性好的优点,便于设计与施工单位广泛应用。

3、2 处理方法

针对膨胀土的工程特性与膨胀土地基的病害特点,并考虑工程的经济性,可以从换填、改性、隔水封闭、渗沟排水4个角度,归纳总结膨胀土地基处理措施与技术方法[6]。

1、换填与膨胀土掺灰改性法

换填与浅层膨胀土掺灰改性法适用于浅层平面地基(路基基底)条件,一般处理深度不大于3、0m。与其她方法相比,一般换填法的造价最低。但换填方量过大时,废土可能占用大量土地,并引发生态环境问题;某些地区可能还存在借土困