膨脹土的特性研究及工程治理探討

1、膨脹土的特性研究及工程治理探討摘要：本文作者闡述了膨脹土概念及其特性，提出了膨脹土的治理 建議，供大家參考借鑒。關(guān)鍵詞：膨脹土；特性；研究；工程治理；探討中圖分類號(hào)：tu984文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1膨脹土概念及其特性膨脹土是在自然地質(zhì)過程中形成的一種多裂隙并具有顯著脹縮性的 地質(zhì)體，是一種吸水膨脹軟化、失水收縮開裂的特種粘性土，并能反復(fù)脹 縮變形的高塑性粘土；同時(shí)具有超固結(jié)性和多裂隙性，其礦物成分以強(qiáng)親 水的蒙脫石和伊利石為主。膨脹土是顆粒高分散、成分以粘土礦物為主、 對(duì)環(huán)境的濕熱變化敏感的高塑性粘土。其主要特征是：粒度組成中粘粒 «2u m）含量大于30%；粘土礦物成分中，伊利

2、石-蒙脫石等強(qiáng)親水性礦 物占主導(dǎo)地位；土體濕度增高時(shí)，體積膨脹并形成膨脹壓力；土休干燥 時(shí)，體積收縮并形成收縮裂縫；膨脹、收縮變形可隨環(huán)境變化往復(fù)發(fā)生, 導(dǎo)致土的強(qiáng)度衰減；屬液限大于40%的高塑性土；屬固結(jié)性粘上。膨脹土存在著脹縮性、崩解性、多裂隙性、易風(fēng)化性等特征，按現(xiàn)行 公路t程的技術(shù)規(guī)范，膨脹土不能直接用于路基填筑，若廢棄必將導(dǎo)致大 量借土及棄土用地的大幅增加，帶來工程造價(jià)增加及環(huán)保方面的許多問 題。為了確保高速公路的修筑質(zhì)量，解決膨脹土地帶路基及邊坡的常見病 害，必須尋找有效的辦法對(duì)膨脹土進(jìn)行處治利用，并建立起有關(guān)設(shè)計(jì)及施 工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。膨脹土的脹縮特性和自身的粘土礦物成分、離子

3、交換吸附化學(xué)作用及 含水量等因素息息相關(guān)。其次，強(qiáng)膨脹性土含有較多的粘粒及親水性較強(qiáng) 的蒙脫石或伊利石等粘土礦物成分，在物理化學(xué)活性方面表現(xiàn)為具有較強(qiáng) 的離子交換吸附作用，其交換陽離子成分主要以na+,此水化能力較強(qiáng)， 具有親水性和膨脹性。當(dāng)陽離子交換量與鹽基總量較高時(shí)，其親水性和膨 脹性愈強(qiáng)，塑性愈高而強(qiáng)度愈低。再次，隨著含水量的增加，土體體積顯 著增大，表現(xiàn)出較強(qiáng)的膨脹性。反之，如果土中含水量減少，土體積也必 然隨z縮小，即出現(xiàn)收縮現(xiàn)象并產(chǎn)生收縮應(yīng)力。另外，當(dāng)膨脹土處于丁燥 狀態(tài)下，具有高的膨脹潛勢(shì)，反之則低。膨脹土變形原因與機(jī)理主要取決于組成膨脹土的物質(zhì)成分及其在土 屮的空間結(jié)構(gòu)特征。物

4、質(zhì)成分和微結(jié)構(gòu)特征兩者同是膨脹土產(chǎn)生脹縮現(xiàn)象 的基礎(chǔ)（內(nèi)因）。外因則取決于膨脹土所處的環(huán)境和擊實(shí)條件，如含水量和 丁密度以及所受附加荷載等。膨脹土與水相互作用發(fā)生體積膨脹現(xiàn)象，實(shí) 際上是在組成膨脹土的粘土礦物顆粒與水的接觸面上，由于復(fù)雜的物理化 學(xué)作用轉(zhuǎn)變?yōu)榱W(xué)作用的結(jié)果，最后由于水膜的楔入作用將顆粒推開，增 大粒間距離使土的體積膨脹。即膨脹土之所以吸水膨脹，是由于膨脹粘土 與水相互作用產(chǎn)生的物化力學(xué)效應(yīng)的結(jié)果。2膨脹土的治理建議目前處理膨脹土的方法主要是化學(xué)改性，摻石灰是穩(wěn)定膨脹土最有效的方法。土中含水量變化是導(dǎo)致膨脹土性質(zhì)變化的主要原因，因此，進(jìn)行 膨脹土性質(zhì)改良的同時(shí)需對(duì)路堤全斷面采取封

5、閉、完善的防水保濕措施。具體施工中我們建議采用以下處治方案：2. 1在施工前加強(qiáng)工程路段膨脹土的測(cè)試與試驗(yàn)為給高速公路合理利用中膨脹土提供科學(xué)合理的方法，保證工程質(zhì)量 和降低成本，對(duì)所選料場(chǎng)中的膨脹土及其石灰改性中膨脹土按有關(guān)規(guī)程進(jìn) 行一系列試驗(yàn)。膨脹土試驗(yàn)一般包括以下項(xiàng)目：2. 1. 1 cbr試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行柔性和水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)路面、 路基的設(shè)計(jì)參數(shù)是采用回彈模量指標(biāo)，國(guó)外則多采用cbr指標(biāo)。為便于 國(guó)際學(xué)術(shù)交流和積累資料，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(jtj013-95)及公路 路基施工技術(shù)規(guī)范(jtj033-95)將cbr指標(biāo)作為路基填料選擇的依據(jù)。 主要包括室內(nèi)cbr試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)cbr試驗(yàn)

6、。其中：室內(nèi)cbr試驗(yàn)備樣按干土法進(jìn)行，石灰改性中膨脹土的石灰劑量為 6%,采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)成型，擊實(shí)功為2677. 2kj/m3；根據(jù)已有的試 驗(yàn)成果，試樣含水量控制3種，即取最佳含水量、高于及低于最佳含水量 各一個(gè)點(diǎn)。中膨脹土分別進(jìn)行了浸水和不浸水cbr試驗(yàn)，石灰改性中膨脹 土只進(jìn)行了浸水cbr試驗(yàn)。中膨脹土在最佳含水量土3%范圍內(nèi)制備的試樣, 干密度較大，壓實(shí)度都在95%以上。不浸水條件下的cbr值較高，且其值 隨含水量的減小而增大，在含水量為24. 1%時(shí)，不浸水cbr值為31.0%； 而含水量為1&4%時(shí)，其值達(dá)到了 69.3%,含水量相差5.7%,不浸水cbr 值相差一

7、倍以上。但含水量小的試樣浸水后膨脹量較大，cbr值降低的幅 度也較大；含水量為18. 4%的試樣浸水后的cbr值僅為浸水前的1.4%；含水量大的試樣浸水后cbr值降低的幅度相對(duì)小一些，但也不到浸水前的 6%；在最佳含水量±3%范圍內(nèi)的擊實(shí)的試樣浸水后的cbr值都小于2. 0%, 說明中膨脹土的水穩(wěn)定性很差。現(xiàn)場(chǎng)cbr試驗(yàn)。為將室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)試用進(jìn)行對(duì)比，在試驗(yàn)路 段施工過程中對(duì)中膨脹土和石灰改性中膨脹土進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)cbr值的測(cè)定。 在施工過程中，山于土場(chǎng)及天氣等原因，使中膨脹土的含水量控制到最佳 含水量有困難，施工中實(shí)際控制的碾壓含水量普遍較最佳含水量大2. 4% 4.2%o現(xiàn)場(chǎng)

8、測(cè)定的中膨脹不浸水cbr值在10.6%20.9%之間變化，cbr值 與現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)含水量、干密度的關(guān)系不明顯，分析原因應(yīng)是土場(chǎng)土質(zhì)不均勻 及現(xiàn)場(chǎng)拌和均勻性差所致。石灰改性中膨脹土的含水量大部分接近其最佳 含水量，但其cbr值變化范圍較大，但cbr值整體較中膨脹土高。山于石 灰改性中膨脹土拌和只采用了路拌法，拌和均勻性不很理想，從檢測(cè)結(jié)果 可以發(fā)現(xiàn)，石灰改性中膨脹土的cbr值有隨著壓實(shí)度的增大反而減小的 “反?！爆F(xiàn)象出現(xiàn)，這正好從另一方面反映了灰土拌和屮存在的問題。這 表明：石灰改性中膨脹土拌和均勻性對(duì)其cbr值的影響十分顯著，大面積 施工時(shí)應(yīng)采収有效的拌和工藝和方法來保證石灰改性中膨脹土的拌和均

9、勻性。2. 1.2剪切試驗(yàn)。路基填料除滿足cbr指標(biāo)外，考慮路基的穩(wěn)定性時(shí)還要了解填料的抗 剪強(qiáng)度指標(biāo)c, e值能否滿足要求。為此，對(duì)中膨脹土及石灰改性中膨脹 土分別進(jìn)行了室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)。2.1.3現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)。在試驗(yàn)的膨脹土上施加一定量的載荷，測(cè)試膨脹土的承受能力和承受 載荷的程度。2.2對(duì)膨脹土的治理：強(qiáng)性膨脹土不用作路基和基層填料；路床 底1. 5m以下采用屮弱性膨脹土作為路基填料，并采用摻和劑量不小于8% 的石灰處理，進(jìn)行多次拌合和充分碾壓，改變其礦物成分的性質(zhì)，從而增 強(qiáng)其抗剪強(qiáng)度和水穩(wěn)性；為了保護(hù)膨脹土路基不受雨水侵害，也可在底 基層頂面噴灑瀝青膜封層；在路基底部設(shè)置0.

10、51. 0m厚的砂礫墊層， 并用土工網(wǎng)包裹，有效地克服地基表層膨脹土的脹縮作用，提高路基的承 載力。水是影響膨脹土力學(xué)性質(zhì)的主要因素，因此膨脹土路堤除了改善壓 實(shí)土性、摻石灰進(jìn)行改良外，還需采用封閉、完善排水系統(tǒng)等綜合措施進(jìn) 行處理，例如全斷面封閉路基頂層及邊坡表層，邊坡、邊溝均用漿砌塊石 護(hù)坡處理等均能較好地保證膨脹土路堤的整體穩(wěn)定性。2.3填石料的選擇：大粒徑填料應(yīng)盡量采用大型試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行土性 試驗(yàn)，在大粒徑填料試驗(yàn)中，應(yīng)采用合適的方法對(duì)大粒徑填料進(jìn)行替代或 縮小。填石料的變形特性主要與填石料的密實(shí)程度以及填石料的抗壓強(qiáng) 度有關(guān)，強(qiáng)度高、密實(shí)程度良好的填石料變形小、固結(jié)速度快，是一種優(yōu) 良

11、的填料。填石料的力學(xué)特性主要與填石料的密實(shí)程度以及填石料的抗 壓強(qiáng)度有關(guān)，密實(shí)程度良好的填石料強(qiáng)度高，路堤自身穩(wěn)定性好，完全可 以滿足公路路基要求。在大粒徑填料屮，含泥量會(huì)顯著降低其剪切強(qiáng)度, 對(duì)于含泥量超過10%的人粒徑填料，在設(shè)計(jì)施工中應(yīng)降低強(qiáng)度或按土石混 合填料考慮。填石料c值是大粒徑填料間咬合力的體現(xiàn)，對(duì)于高密度的 碾壓填石，其數(shù)值是不容忽視的。2.4対中膨脹土采用包邊法填筑路堤時(shí)，包邊部分除要嚴(yán)格控制混合 料的含水量及壓實(shí)度外，還要嚴(yán)格控制膨脹土的土團(tuán)最大直徑，保證最大 土團(tuán)直徑小于一定的水平（通常是5 cm）,同時(shí)為使石灰與膨脹土充分拌 和均勻，除進(jìn)行場(chǎng)拌外，必須用路拌機(jī)進(jìn)行路拌，即采用場(chǎng)拌結(jié)合路扌半的 方法，達(dá)到均勻拌和、對(duì)中膨脹土有效