膨胀土地基处理方法的研究_阎俊生

收稿日期:20100402

作者简介:男,1965年生,工程师,湖北荆州,434023

膨胀土地基处理方法的研究

阎俊生

长江大学基建处

摘 要 首先对膨胀土的基本特性进行了分析.在此基础之上,对膨胀土地基处理的换土法、垫层法、湿度控制法、压实控制法、土质改良法等常用方法进行了研究和总结,为今后的施工实践提供了指导.

关键词 膨胀土;地基处理;换土法

中图分类号 TU472

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[1].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.膨胀土的灾害防治十分困难,长期以来国内外均十分重视膨胀土问题的研究.1 膨胀土的基本特性

我国是世界上膨胀土分布最广、面积最大的国家之一,先后发现有膨胀土危害的地区已达20多个省、市、自治区.如图1所示,膨胀土又称裂隙粘土或裂土,是粘土的一种,因而具有粘性土的一般性质.但它作为一类特殊的粘土,又具有一般粘土所没有的三种基本特性,即干缩湿胀性、多裂隙性和超固结性[2].在膨胀土地区修建的厂房、住宅、水利设施、机场、公路、铁路等无不反映出因各种各样膨胀土不良工程性质而造成的危害,如图2所示为因膨胀土地基引起的房屋开裂.

图1 膨胀土 图2 膨胀土地基房屋的开裂

111 多裂隙性

从外貌特征看,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.裂隙有原生及次生之分.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,使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、坍塌滑坡等病害.

第28卷第2期2010年6月 河北建筑工程学院学报JOUR NAL OF HEBEI INSTITUTE O F A RC HITEC TU RE A ND C IV IL EN GINEERING Vol 128No 12June 2010

2河北建筑工程学院学报第28卷

112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部、边墙、底部的过大变形,使工程结构物破坏.

113强膨胀性

膨胀土的膨胀性与组成它的粘土矿物成分有关,我国的膨胀土主要是蒙脱石及伊利石粘土矿物组成.此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.膨胀性大小还与水的作用直接有关,水分在土粒中的迁移是产生土体膨胀与收缩的直接原因.由于裂土的裂隙发育,水的渗入使土体产生膨胀,边坡开挖后因卸载引起的应力释放均使边坡土体变形鼓出,甚至使已有的圬工防护建筑开裂.膨胀产生的应力还能使房屋建筑上部开裂破坏,不能正常使用,干缩湿胀的循环反复,使膨胀土地基土强度降低,变形增大,地基出现不均匀沉降.

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[3-5]:

211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110~210m,强膨胀土换土厚度可用210m,中膨胀土用110~115m,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310m.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.

212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,但对膨胀土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、Ò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,但在长期干旱地区而又有可能浸水的房屋中不宜采用.

213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. 21311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.

21312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