膨胀土的特性与危害

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膨胀土的特性与危害
王奎生 宋红增 邵景干 楚永红



土随处可见，开采方便，具有可就地取材、甚至不需加工处理便可直接利用等优点，但很多人对土的类别、性质和使用品质不清楚，在施工中不加选择和测试就盲目使用。尤其是膨胀土，在路基施工技术规范和土质学中，均被列入特殊土，仅作了一些简单介绍，不少工程技术人员误认为这种土离我们很远，只有在个别特殊地区才能遇见。殊不知这种土分布范围很广，很可能就在我们跟前，若盲目使用，将留下严重隐患，最终造成不可挽回的损失。
一、膨胀土的分布情况
我国的云南、四川、湖北、湖南、安徽、河北、陕西、贵州、江西等省都有膨胀土颁。河南省的南阳、驻马店、平顶山、漯河、许昌等地区膨胀土分布较多。
膨胀土一般分布在表层1-2M范围内，其下层一般为粉性粘土或砂性土，个别地区也出现表层为30-50CM厚的黄褐色中液限粘土，中层是膨胀土，下层为粉性土或砂性土。
二、膨胀土的特性
膨胀土是一种高塑性粘土，具有很强的亲水、持水性和很高的可塑性及粘聚性。土体遇水急剧膨胀，失水则严重干缩，其膨胀和收缩一般是可美联社的，但其绝对值不定相等。其工程力学性质极不稳定。
从外观看，膨胀土呈灰黑色、灰色或黄褐色。天然状态下，呈有棱角的块状或片状，其颗粒大小一般在2-5CM之间；天然干燥状态下呈暗灰色，土块非常坚硬；天然潮湿状态下，呈发亮的灰黑色或黄色；过分潮湿状态下，经搅动后可以结成巨大团块或粗长粘条。干燥的膨胀土团块，遇水浸湿后，即使在一定的荷载作用下，土的体积仍能膨胀，崩解成颗粒在1CM以下的小碎块或小薄片。根据这些特点，农民朋友把它叫做“鸡粪土”或“胶泥瓣土”，并总结一句谚语：“早上软，中午硬，到了下午弄不动。”
三、膨胀土对公路工程的危害
1、膨胀土用作路基填料
由于膨胀土具有很高的粘聚性，当含水量较大时，一经施工机械搅动，将粘结成塑性很高的巨大团块，很难晾干。随着水分的逐渐散失，土块的可塑性降低，由于粘聚性的继续作用，土块的力学强度逐步增大，从而使土块坚硬，难于击碎、压实。因此如果含水量高的膨胀土直接用作路基填料，将会增加施工难度，延长工期，并且质量难以保证。
膨胀土路基遇雨水浸泡后，土体膨胀，轻者表面出现厚10CM左右的蓬松层，重则在50-80CM深度范围内形成“橡皮泥”；若在干燥季节，随着水分的散失

，土体将严重干缩龟裂，其裂缝宽度约1-2CM，缝深可达30-50CM，雨水可通过裂缝直接灌入土体深处，使土体深度膨胀湿软，从而丧失承载能力，且由于膨胀土具有极强的亲水性，土体愈干燥密实，其亲水性愈强，膨胀量愈大，当膨胀受到约束时，土体中会产生膨胀力，当这种膨胀力超过上部荷载或临界荷载时，路基出现严重的崩解，从而造成路基局部坍塌、隆起或裂缝。
2、膨胀土用作各种稳定土材料
膨胀土用作稳定土基层材料时，随着时间的推移，稳定土将会严重干缩、龟裂成20-25CM左右的碎块，经过车辆荷载的重复作用，这些龟裂碎块逐渐松动，并进一步将基层裂缝反射到面层，使面层产生相应的龟裂。若遇阴雨或积雪，路面积水通过这些裂缝灌入土基，土基表面将迅速膨胀、崩解，形成松软层，丧失承载能力，再经过行车碾压，路面就会出现翻浆沉陷，最终导致路面崩溃。
还有一种情况是，由于膨胀土的高粘聚性决定膨胀土在通常情况下以坚硬的块状存在，现有的稳定土搅拌设备几乎无法将其彻底粉碎。在稳定土基层施工过程中，人为掺入的石灰等胶结材料，无法进入土块内部发生充分反应，碾压成型后，这些膨胀土小碎块，遇水后会迅速膨胀崩解，从而使基层表面出现大量的泥浆小坑窝，经过车轮荷载的反复作用，路面将出现车辙、网裂或龟裂，最终导致路面破坏。
四、膨胀土的处治
强性膨胀土不能用作路基和基层填料，中弱性膨胀土用作路基填料时宜采取下列措施处理：
1、在交通量小的低等级公路上，可以根据膨胀土的分布情况，将下层的砂性土与其对半掺和使用，这样可降低土中粘粒和胶粒的相对含量，从而改变其工程性质。
2、对于二级以上的公路，可采用掺和剂量不小于8%的石灰处理，改变其矿物成分的性质，从而增强其水稳性，提高其工程力学性质。
在掺和石灰处理过程中，最好分两步进行：第一步，掺6%的石灰，拌和机充分拌和，整形初压后，适量洒水，使表面膨胀碎块进一步崩解，然后再在表面掺和2%的石灰，并用灰土拌和机将表面打起6-8CM，重新拌和，最后充分碾压，这样可增加表面强度和水稳定性。
3、路基成型后，可在基顶采用土工布封闭处理。
4、为了保护膨胀土路基不受雨水侵害，也可在底基层顶面喷洒沥青膜封层（2Kg/m2)。
5、采用0.5-1.0M之间厚度的砂砾垫层，也可有效消除膨胀土的胀缩作用，提高路基的承载力。
6、加强防水保湿措施，使路面、路基有较好的排水条件，或增设隔水层。

7、提高路面或路基的结构刚度。




2．2膨胀土工程处治

膨胀土的特性是干缩湿胀，所以，在开挖路堑时，要速战速决，对所有开挖的坡面采取“快速有效，保湿防渗”的封面防护措施，既保持土体一定的湿度，又要防止地面水的渗入，控制土体不致发生大幅度的干缩湿胀变化，以确保土体的整体稳定，为进一步修筑防护工程打下基础。