膨脹土地基處理方法淺析

【關(guān)鍵詞】脹縮土；地基處理方法 

　　膨脹土具有吸水膨脹和失水收縮的變形特性，當(dāng)利用這種土作為建筑物地基時(shí)，隨著季節(jié)性氣候的變化，膨脹土產(chǎn)生膨脹―收縮―再膨脹的周期性變化從而使建筑物反復(fù)不斷產(chǎn)生不均勻升降，發(fā)生變形破壞，給工程造成巨大損失。膨脹土的不良工程特性導(dǎo)致的工程問(wèn)題或地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生及其在世界各國(guó)的廣泛分布，使得膨脹土問(wèn)題成為當(dāng)今巖土工程界和工程地質(zhì)領(lǐng)域的重大工程問(wèn)題之一。20世紀(jì)50年代初，我國(guó)在修建成渝鐵路工程中，首次遇到成都粘土膨脹危害問(wèn)題，從而拉開(kāi)了我國(guó)膨脹土研究的序幕。20世紀(jì)80年代，我國(guó)制定了膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范，這標(biāo)志著我國(guó)處理膨脹土技術(shù)達(dá)到了一定的水平，也使得處理膨脹土有章可尋。膨脹土地基處理方法的目的是克服膨脹土對(duì)濕、熱的敏感性，保證膨脹土的強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)這一目的，人們采用了各種處理方法。 

　　一、 膨脹土的工程特性及對(duì)工程的危害 

　　1、 膨脹土的工程特性 

　　1.1脹縮性 

　　膨脹土吸水體積膨脹，使其上的建筑物隆起，如果膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；失水體積收縮，造成土體開(kāi)裂，并使其上的建筑物下沉。土中蒙脫石含量越多，膨脹量和膨脹力越大。土的初始含水量越低，膨脹量與膨脹力也越大。擊實(shí)土比原狀土大，密度越高，膨脹性也越大。 

　　1.2崩解性 

　　膨脹土浸水后體積膨脹，發(fā)生崩解。強(qiáng)膨脹土浸水后幾分鐘即完全崩解。弱膨脹土崩解緩慢且不完全。 

　　1.3多裂隙性 

　　膨脹土中的裂隙，主要可分垂直裂隙，水平裂隙和斜交裂隙三種類(lèi)型。這些裂隙將土層分割成具有一定幾何形狀的塊體，破壞了土體的完整性。容易造成邊坡的塌滑。 

　　1.4超固結(jié)性 

　　膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比小，密實(shí)度大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。 

　　1.5風(fēng)化特性 

　　膨脹土受氣候因素影響很敏感，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞作用�；�坑開(kāi)挖后，在風(fēng)化營(yíng)力作用下，土體很快會(huì)產(chǎn)碎裂、剝落，結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。受大氣風(fēng)化作用影響深度各地不完全一樣，云南、四川、廣西地區(qū)約在地表下3～5m；其它地區(qū)2m左右。 

　　1.6強(qiáng)度衰減性 

　　膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有極高的峰值，而殘余強(qiáng)度又極低的特性。由于膨脹土的超固結(jié)性，初期強(qiáng)度極高，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖很困難。然而由于脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用時(shí)間增加，抗剪強(qiáng)度大幅度衰減。在風(fēng)化帶以?xún)?nèi)，濕脹干縮效應(yīng)顯著，經(jīng)過(guò)多次濕脹干縮循環(huán)以后，特別是粘聚力c大幅度下降，而內(nèi)摩擦角φ變化不大。一般反復(fù)循環(huán)2～3次以后區(qū)域穩(wěn)定。 

　　2、 膨脹土的工程特性對(duì)工程的危害 

　　膨脹土的脹縮特性對(duì)工程建筑，特別是低荷載建筑物具有很大的破壞性。只要地基中水分變化發(fā)生變化，就能引起膨脹土地基產(chǎn)生膨脹變形，從而導(dǎo)致建筑物變形甚至破壞。膨脹土地基的破壞主要源于明顯的而且反復(fù)的脹縮變化特性，因此，膨脹土的性質(zhì)和發(fā)育情況是決定膨脹土危害程度的基礎(chǔ)條件。 

　　2.1對(duì)建筑物的影響 

　　膨脹土地基上易于遭受損壞的大都為埋置深度較淺的低層建筑物，一般三層以下的民房。房屋損壞具有季節(jié)性和成群性?xún)纱筇攸c(diǎn)。房屋墻面角端的裂縫常表現(xiàn)為山墻上的對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的倒八字形縫；外縱墻下部出現(xiàn)水平縫，墻體外側(cè)并有水平錯(cuò)動(dòng)。由于土的脹縮交替，還會(huì)使墻體出現(xiàn)交叉裂縫。 

　　2.2對(duì)道路交通工程的影響 

　　膨脹土地區(qū)的道路，由于路幅內(nèi)土基含水量的不均勻變化，引起不均勻脹縮，產(chǎn)生幅度很大的橫向波浪形變形。雨季路面滲水，路基受水浸軟化，在行車(chē)荷載下形成泥漿，并沿路面裂縫、伸縮縫濺漿冒泥。 

　　2.3對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響 

　　膨脹土地區(qū)的邊坡坡面最易受大氣風(fēng)化營(yíng)力的作用。在干旱季節(jié)蒸發(fā)強(qiáng)烈，坡面剝落。雨季坡面沖蝕，沖蝕溝深一般為0.1～0.5m，最大可達(dá)1. 0m，坡面變得支離破碎。土體吸水飽和，在重力與滲透壓力作用下，沿坡面向下產(chǎn)生塑流狀溜塌。當(dāng)雨季雨量集中時(shí)還會(huì)形成泥流，堵塞涵洞，淹埋路面，甚至引發(fā)出破壞性很大的滑坡。膨脹土地區(qū)的滑坡，一般呈淺層的牽引式滑坡，滑體厚度一般為1～3. 0m左右。 

　　滑坡與邊坡的高度和坡度無(wú)明顯關(guān)系，但坡度超過(guò)140時(shí)，坡體就有蠕動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)驗(yàn)表明建在坡度大于50場(chǎng)地上的房屋，沉降量大，損壞也較嚴(yán)重。 

　　二、 膨脹土地基處理方法 

　　1、換填法 

　　換填法是將膨脹士全部或部分挖掉，換填非膨脹新性土、在黏性土、砂礫土、碎石或灰土，以消除或減小地基脹縮變形的一種方法。其本質(zhì)是回避膨脹土的不良工程特性，從源頭上改善地基土的脹縮性，是膨脹土地基處理方法中最簡(jiǎn)單、有效的方法。 

　　膨脹土地基的換填厚度由脹縮變形計(jì)算確定，將剩余部分土的脹縮變形量控制在允許范圍內(nèi)。由于各地區(qū)的氣候不同，在一定深度以下膨脹土含水量基本不受外界氣候影響的臨界深度和臨界界含水量有所不同，因此，換填厚度各地不同，給施工帶來(lái)一定困難。在實(shí)際操作中，很難人工將換填土與膨脹土混雜在一起，必須借助于機(jī)械設(shè)備，在某些情況下使得這種方法相對(duì)比較昂貴。 

　　換填法處理膨脹土的優(yōu)點(diǎn)：能夠得到比其他處理方法更大的地基承載力；換土法不需要特殊的施工設(shè)備，并且工期也比較短。 

　　2、土性改良法 

　�。�1）物理改良法 

　　物理改良法是在膨脹士中添加其他非膨脹性固體材料，通過(guò)改變膨脹土原有的土顆粒組成及級(jí)配，從而減弱膨脹士的脹縮性，達(dá)到改善其王程特性的目的，常見(jiàn)的摻合料有風(fēng)積土、砂礫石、粉煤灰與礦渣等。其中可以分為夯實(shí)法、樁基法。 　�。�2）化學(xué)改良法 

　　化學(xué)改性法是利用有機(jī)或無(wú)機(jī)改性劑抑制膨脹土的脹縮性，改善膨脹土的工程性質(zhì)。化學(xué)改性法從理論上講可以根本解決膨脹土的脹縮性，可以起到一勞永逸的效果，是國(guó)內(nèi)外膨脹土工程處理技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。依據(jù)化學(xué)改性劑的物狀可以分為無(wú)機(jī)改性法、有機(jī)改性法兩種。 

　�。�3）生物改良法 

　　植物改性法是對(duì)膨脹土地段的公路邊坡采用種植植物的生物技術(shù)進(jìn)行治理和防護(hù)的方法。根據(jù)不同的材料可以分為植物改性法和土工織物改性法。 

　　物理改良法施工簡(jiǎn)單，但施工時(shí)間、施工保護(hù)措施、適用范圍都有一定的限制；化學(xué)改良法從理論上講可以根本解決膨脹土的脹縮性，是目前應(yīng)用最多的改性方法，但現(xiàn)場(chǎng)施工情況的復(fù)雜性、各種不利因素的影響較多、工程費(fèi)用較高、對(duì)環(huán)境造成污染、對(duì)操作人員身體健康也有傷害等，而且好多方法還只是在試驗(yàn)階段，沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)踐中；生物改良法防護(hù)技術(shù)投資省，工期短，綠化效果好，應(yīng)用前景十分廣闊，但是植被防護(hù)的作用有其局限性，由于植物一般生長(zhǎng)需1～2年時(shí)間，初期階段只能防止表面沖蝕和表面滑塌，在路基本身還不穩(wěn)定或存在集中水流情況下仍可能發(fā)生滑塌和水毀現(xiàn)象，而且應(yīng)用范圍比較小，與別的方法結(jié)合使用效果比較好，所以膨脹土地基改良處理方法還有待于進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。 

　　3、壓實(shí)法 

　　在壓實(shí)功能的作用下，膨脹土的干密度增大而含水量減小，導(dǎo)致其內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力增大， 使地基承載力得到提高。但壓實(shí)后膨脹士的脹縮性并沒(méi)有受到抑制，因此壓實(shí)法只適用于弱膨脹性士。壓實(shí)后膨脹土強(qiáng)度的提高，補(bǔ)償了膨脹土的脹縮變形對(duì)強(qiáng)度的影響。壓實(shí)法的適用范圍有限，但施工速度快、費(fèi)用很低。壓實(shí)法處理時(shí)應(yīng)特別注意控制含水量，如果含水量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致水分向下層缺水的土層中轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致膨脹。對(duì)弱膨脹土采用較最優(yōu)含水量稍大而略低于塑限的壓實(shí)含水量并控制好壓實(shí)功能，既可獲得較高的壓實(shí)度與初期強(qiáng)度，又具有較低的脹縮性、較好的抗?jié)B透性及較低的壓縮性。 

　　4、隔水法 

　　膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮特性，因此，如果能夠有效地隔絕場(chǎng)地中的水分轉(zhuǎn)移，就能夠解決膨脹土地基問(wèn)題。水分的來(lái)源有兩類(lèi)：地面滲水和土體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移水�？刂频孛鏉B水的方法很簡(jiǎn)單，設(shè)置足夠的地面排水系統(tǒng)和正確的地下排水設(shè)施即能完成任務(wù)。但要隔絕土體內(nèi)部各部分之間水分的轉(zhuǎn)移則是很困難的。國(guó)外曾采用水平的和垂直的水分截?cái)鄬觼?lái)阻止水分的轉(zhuǎn)移，但效果并不好。 

　　5、保濕法 

　　保濕法是在施工前用人工方法增大地基士的含水量，使膨脹士層全部或部分膨脹， 并維持其高含水量，從而消除或減小地基的膨脹變形量，因此將不會(huì)引起結(jié)構(gòu)物的破壞。其最常用的施工方法是在場(chǎng)地上挖一系列深0.8m 深的明溝，設(shè)置幾排調(diào)整含水量的豎井，溝底鋪250mm 厚的熟石灰再填滿石子，溝內(nèi)充水約1 個(gè)月，直到周?chē)�的士都已濕�?rùn)為至。 

　　但是，保濕法只有對(duì) 基底壓力不大且能保持地基士體現(xiàn)有含水量的少數(shù)結(jié)構(gòu)物可以采用，如蓄水池、冷卻塔等。需要的浸泡時(shí)間通常1～2個(gè)月，應(yīng)用起來(lái)耽誤工期。在氣候差異大的地區(qū)，膨脹土地基在浸水后往往難以保持士中的高含水量而使土體積不發(fā)生變化，使得常在干早季節(jié)產(chǎn)生更大的收縮變形，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的破壞，因此，在膨脹土地區(qū)建造房屋基礎(chǔ)時(shí)， 保濕法能否作為一種有效的地基處理技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外均持懷疑態(tài)度。 

　　三、 展望 

　　綜上所述，對(duì)膨脹土地基改性處理方法的研究已經(jīng)取得了較為豐富的成果，為今后的研究工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是每種方法都達(dá)不到盡善盡美的效果，有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 

　　膨脹土地基處理方法的選擇應(yīng)該統(tǒng)籌兼顧，充分考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）從根本上改變膨脹土的性質(zhì)；（2）操作方便、經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)單；（3）改性材料比較易購(gòu)買(mǎi)；（4）可以美化環(huán)境，不危害施工人員的身體健康；（5）在實(shí)踐中可以大量的推廣使用。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]湯連生.建筑地基處理（第三版）[M].2009年8月 

　　[2]李廣信.高等土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社 

　　[3]楊旭輝.膨脹土地基處理措施的分析與比較[J]. 建筑工程，2009（10） 

　　[4]高麗君，丁述理等.我國(guó)膨脹土地基改性處理方法的研究進(jìn)展[J].西部探礦工程，2006 （7） 

　　[5]閻俊生.膨脹土地基處理方法的研究[J]. 河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（10） 

　　[6]錢(qián)耀光，劉煒.膨脹土地基處理技術(shù)綜述[J].山西建筑，2008（13） 

　　[7]姜延華，段鴻海.膨脹土地基的特性分析及處理要點(diǎn)[J].西部探礦工程，2005 （9） 

　　[8]鄭俊杰.地基處理技術(shù)[M]. 華中科技大學(xué)出版社 

　　[9]龍曉楠.地基處理手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社 

　　[10]易順民，梁池生.廣東省地質(zhì)災(zāi)害及防治[M].科學(xué)出版社 

　　[11]李鐵峰.災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M].北京大學(xué)出版社 

　　[12]劉浩，譚征，賈大力. 膨脹土地基處理措施的探討[J]. 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報(bào)， 2003，（03） 

　　[13]唐銀梅，秦敏. 淺談土工織物在膨脹土路基施工中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)水運(yùn)（下半月）， 2008，（08） 

　　[14]石義海，殷和平. 軟弱膨脹土地基處理對(duì)策分析[J]. 建井技術(shù)， 2008，（01） 

　　[15]羅明高，黃健云，黃秋南. 砂石墊層法在地基處理中的應(yīng)用[J]. 山西建筑， 2007，（08） . 

　　[16]陳善雄. 膨脹土工程特性與處治技術(shù)研究[D]. 華中科技大學(xué)， 2006