膨胀土地基处理技术探究

摘要：针对膨胀土地基特点, 探讨了膨胀土地基的处理原则，并研究和总结了几种常规的膨胀土地基处理技术，以指导实践。

关键词：膨胀土地基；处理原则；方法

Abstract: Aiming at the characteristics of expansive soil foundation, discusses the managing principle of expansive soil foundation, and research and summarizes several conventional swelling soil subgrade treatment techniques, to guide the practice.

Key words: expansive soil; principles; methods

中图分类号：TU475+.5文献标识码：A 文章编号：

一、膨胀土的典型特征分析

膨胀土是一种结构性不稳定的高塑性黏土, 也是典型的非饱和土, 它在世界范围内分布极广。土的试验指标中粘粒含量大于30%, 塑限不大于13%, 液限不小于38%, 胀缩总率不小于5%, 达到以上临界值时的土可判定为膨胀土。随着我国全面建设小康社会步伐的加快, 兴起了基础设施建设的新高潮, 很多铁路、公路、航空港、水利工程、城镇化以及跨流域调水工程等在膨胀土地区营运和修建, 对膨胀土地基研究已成为目前岩土工程的重要研究方向之一。

二、膨胀土地基的处理原则

膨胀土地基的处理措施原则，应从上部结构与地基基础两方面着手，设计中除着重抓住控制膨胀土胀缩性这一主要矛盾，选择合理的地基处理方法外, 还应考虑上部结构的措施加强构筑物的整体性与抗变形能力。

首先，应考虑场地地形对工程的影响，根据地形地貌条件可将场地分为平坦与斜坡场地两类。针对前者，膨胀土地基按变形控制设计，考虑气候条件，估计季节循环中地基在很长时间，如１０ 年以上可能发生的最大变形量及变形特征；后者除按变形控制设计外，还需验算地基的稳定性，防止外部水分侵入与水平变形给边坡带来的严重危害，结合排水系统、坡面防护和设置支挡结构物综合防治。

其次，按照建筑物（构筑物） 对地基不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求进行分类并区别对待， 同一建筑物尽量不跨越不同的地貌单元、不同土层和不同的工程地质分区之上，力求规划简单，而局部突出或拐弯过多, 必要时宜设置沉降缝断开。对地基不均匀变形适应性较强的建筑物如排架结构、高耸构筑物等， 排架结构只需注意在基础梁底与地面间预留１００ 一１５０ｍｍ的膨胀间隙或回填松软材料、填充围护堵砌于基础梁之上即可，高耸构筑物一般可不作特殊处理。

最后，根据场地膨胀土的特性与胀缩等级、当地材料、工况类型与施工条件，并结合膨胀土埋深、厚度、大气影响和上部荷载等因素，从回避或减缓膨胀土的不良特性、保持膨胀土工程特性的相对稳定性、改良膨胀土的本身性质以克服其湿热敏感性，以及改变基础形式与埋深以提高地基的适应性四种可行途径，选用有针对性的单一或综合方法处理膨胀土地基。

三、膨胀土地基处理方法和路径

（１）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、帐幕保湿法和全封闭法。

（２）垫层法

垫层法与换土法施工过程基本相同, 主要应用于较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, 铺设砂垫层、碎石垫层抑制膨胀土的升降变形引起的危害, 其作用主要是减小地基胀缩变形和调节膨胀土地基沉降量, 具有补偿功能。此外, 砂土层还可防止地下水毛细作用上升使地基不受膨胀作用的影响。

（３）换土法

换土法是将膨胀土全部或部分挖掉, 换填非膨胀黏性土、砂土、砂砾土或灰土, 消除或减小地基胀缩变形, 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。换土法施工工艺简单, 采用人工或机械挖除基底下一定深度的膨胀土, 分层铺设非膨胀土, 分层碾压,其换土效果与填料的含水量和干重度、土料土块尺寸、铺土厚度与碾压的质量等因素密切相关, 如换土质量符合各项技术指标要求, 并采取一些如排水辅助措施, 能从根本上消除膨胀土的危害。

（４） 压实控制法

压实控制法的实质是用机械方法将膨胀土压实到所需要的状态,充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律, 尽量增大击实膨胀土的强度指标。国内外在确定膨胀土的压实标准时, 综合考虑到膨胀土的初始强度、长期强度以及强度衰减、胀缩变形、施工工艺等因素的变化特征, 认为只有选择控制合理的含水量和干密度指标, 击实膨胀土才可能兼顾到较高的强度和低的胀缩性。最新的研究成果表明, 采用压实含水量较最佳含水量稍大而略低于塑限、干密度较最大干密度略低的控制原则, 只要压实度控制得好, 弱膨胀土既可获得较高的压实度与初期强度, 又具有较低的胀缩性以及较好的抗渗透性和较低的压缩性。因此, 压实含水量与碾压或夯实的科学控制是压实控制法处理弱膨胀土的关键。

（５）土质改良法

土地改良法分为物理改良法、化学改良法以及综合改良法。其中，物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料, 通过改变膨胀土原有的土颗粒组成级配, 从而减弱膨胀土的胀缩能力, 达到改善其工程特性的；化学改良法包括使用：１.石灰，石灰能有效抑制膨胀土的胀缩趋势, 又具有经济与实施方便的优点, 在工程界应用十分普遍；２.水泥土，是用土料、水泥和水经过拌和的混合物, 应用于膨胀土地区的衬砌尤其广泛。水泥土与石灰土的不同之处在于,前者的早期效应比后者明显, 且水泥可产生更大的凝聚作用, 引起的凝聚反应使黏土层之间的胶结力增大, 从而使土处于更加稳定的状态, 其强度和耐久性比石灰土提高幅度更大, 但就膨胀而言, 石灰是更好的稳定掺合剂, 水泥用于加固膨胀土的掺入量一般为4%― 6%；３.NCS 固化剂，施工实践表明, NCS 固化剂具有较强的吸水性和显著提高土体强度的作用, 以及固化土具有较好的水稳定性和冻融稳定性, 在天然含水量较高的地区, 采用6%― 10%的NCS固化剂处理膨胀土,其收缩性小于石灰土, 与采用石灰土处理土基及用石灰土作底基层相比, 提高了路基、路面的整体强度, 且在工程的管理、运输使用和配制混合料等方面都比常用的消石灰或生石灰方法简便, 可以明显提高工程质量和加快施工进度, 并易于控制密实度及均匀性, 对施工操作人员与周围环境污染影响甚微, 值得推广应用；４. 压力喷注灌浆，压力喷注灌浆加固膨胀土是通过灌浆压力作用, 充分利用膨胀土中存在的大量裂隙, 将化学改良剂或胶凝材料配制成一定浓度的浆液注入土体的裂隙和孔隙中, 使浆液与土发生一系列的物理化学反应, 达到土体改性、加固、抑制膨胀性的目的。

总之，在实际工程应用中, 究竟采用何种单一方法或组合方法, 还应根据本地区的实际情况而定, 总的原则依然是安全、经济、可行、方便。