淺析膨脹土的特性和處理方法

藍勇翔

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

無論是國內工程項目還是海外工程項目，常常會遇到膨脹土的地質結構。其脹縮性直接影響到建筑物和構筑物的使用性和安全性。它不僅會造成房屋開裂，公路和鐵路滑塌，而且還會破壞機場、農田、水利設施等，而且其破壞極不容易修復，嚴重影響人們的生產和生活。因此，在進行工程地質勘查時，要做好準確分析，當遇到膨脹土類地基時，應該在設計階段和施工階段引起重視，并采取相應處理方法，以防止膨脹土地基對建筑的安全造成危害。

1 膨脹土的定義

膨脹土是一種吸水膨脹、失水收縮開裂的特種黏性土。其礦物成分以強親水性礦物蒙脫石和伊利石為主。在自然條件下，多呈硬塑或堅硬狀態，裂隙較發育，常見光滑面和擦痕，裂縫隨氣候變化張開和閉合，并具有反復脹縮的特性；多出露于二級及二級以上的階地，山前丘陵和盆地邊緣，地形坡度平緩，無明顯自然陡坎。主要特征有脹縮性、裂隙性和超固結性。

2 膨脹土的基本特性

從膨脹土的定義可以看出，膨脹土有以下幾個顯著的基本特性：

（1） 膨脹土中的黏土礦物成分主要是由親水性礦物組成的，而蒙脫石則是最典型的強親水性礦物，伊利石(水云母)具有中等親水性，這兩類黏土礦物都具有膨脹的微結構。所以，當土含有蒙脫石、伊利石的有效成分，且在土中達到一定數量時，這一類土對濕度狀態的變化就特別敏感。

（2） 膨脹土同時具有吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性，而且，這種變形是可逆的，即可以吸水膨脹、失水收縮，再吸水再膨脹、再失水再收縮，并脹縮變形顯著。膨脹土的膨脹性可用自由膨脹率指標來反映。自由膨脹率即為烘干土在水中增加的體積與原體積的比。自由膨脹率<40%時為非膨脹土, 40%≤自由膨脹率<65%時為弱膨脹性土；65%≤自由膨脹率<90%時為中膨脹性土；自由膨脹率≥90%時為強膨脹性土。

（3） 膨脹土吸水膨脹后強度減小，并有隨之濕化崩解的現象；而失水收縮后土的強度增大，一般比較干硬，但常伴有裂隙產生。

（4） 膨脹土一般具有高液限、低塑限以及塑性指數較高的特性，從對膨脹土的試驗指標中可以看出，其粘粒含量＞35 %，塑限≤13 %，液限≥38 %。

（5） 另外，不同類型的膨脹土具有不同的結構特征：灰白色黏土，網狀裂隙很發育，土體呈碎塊狀結構，水對其影響特別明顯，為強膨脹土；棕黃色黏土，裂隙發育充填有薄層連續白色黏土，呈層狀結構，水對其影響顯著，一般為中膨脹土；棕黃或者紅色黏土夾姜石，裂隙較發育，部分為灰白色黏土填充，呈厚層狀或塊狀填充，一般為脹土；灰褐色或者褐黃色黏土，裂隙不發育，隨機分布，呈塊狀結構，一般為弱膨脹土。

3 膨脹土類地基處理方法

針對以上膨脹土的基本特性，在印度尼西亞的兩個項目中，項目組在做好詳細地質勘探，并充分了解項目用地的膨脹土的膨脹特性之后，因地適宜的采取了強夯和石灰土換填的處理方法。強夯采用兩遍點夯及一遍滿夯，點夯采用300T.m 的夯擊能，滿夯采用100T.m 的夯擊能。

強夯處理膨脹土基是指通過起吊設備把夯錘（一般為10～25 噸） 垂直提高到一定高度自由落下（一般為10～25 米，須根據錘重與夯擊能要求進行計算），其產生的強大沖擊動能和沖擊波反復夯擊地基土層，迫使土體空隙壓縮，在壓縮波能量的作用下，土顆粒互相靠攏，因為氣相的壓縮性比固想和液相的壓縮性大得多，所以氣體部分首先被排出，顆粒進行重新排列，因此非飽和土的夯實過程，就是土中的氣將被擠出的過程。

一定深度范圍內的土層經過強夯之后,基土的強度,抗剪性和抗滑穩定性均顯著提高,同時其壓縮性大大減小,并結合石灰石墊層和碎石墊層,從而從總體上削弱了膨脹土的脹縮性對建筑物或構筑物的影響。經過此方法處理過后的土基，在基礎面5 米左右的范圍內形成一層厚度均勻的硬殼層，從而有效防止地表水的快速滲入，使該層的水分保持相對平衡，進而大大提高土基的工程性質。

圖1 點夯

考慮到雅加達地屬熱帶海洋性氣候，一年之中半年為旱季另半年為雨季，雨季時降雨量極大，所以在強夯后的土基上先墊一層20cm 厚的石灰石，然后再墊碎石層。石灰石的物理特性包括可磨性、堆積密度、吸水率等，做為建筑墊層，主要是利用其吸水性（0.6%～16.6%），吸收墊層下部上行的地下水以及墊層上部下行的地表水，從而形成一層穩固的防水隔離層，削弱了膨脹土中含水量變化時其脹縮力對地坪的沖擊。

圖2 滿夯

因為石灰石易于溶解，膨脹土基礎施工應注意以下幾個要點：（1） 膨脹土基礎施工應避免在雨季施工，并同時加強現場排水，以保證地基和填筑的土方工程不被水浸泡。（2） 膨脹土基礎開挖后，各道工序必須緊密銜接，連續作業，分段完成，基礎填筑后，其邊坡防護等不能間隔時間過久以免邊坡長期暴露，或越冬再做路面，做好膨脹土路基的防水、保濕、防風化工作。（3） 膨脹土基礎施工前，應就地按規定做試驗路段。（4） 如果是膨脹土路基，施工前應提前完成周邊公用管網工程的施工，避免二次開挖。

此外，在建筑物或構筑物的四周也應該做好防水措施，避免地表水從四周滲入土基中，引起隆脹破壞。例如，在房屋的四周做散水并連接至雨水明溝或將雨水引入綠化帶中；在道路兩旁做好排水設施，使地表水和地下水能順暢排走，防止積水浸泡路基；臺階式高邊坡，應在每一級平臺內側設截水溝，以截排上部坡面水，并宜在截水溝與坡腳之間設一定寬度的平臺，以利坡腳穩定。

4 處理效果

強夯處理后地基承載力特征值達到160kPa，承載力能夠滿足地坪需求。通過后期兩年的監測，地坪使用效果好（如下圖所示）。通過經濟對比，強夯處理地基成本僅為地坪樁成本的20%左右，且工期能夠縮短一半。其施工經濟性和便捷性顯而易見。當然其也存在施工噪音大公害，故在人口密集的區域，則需謹慎采用。另外，對于原有建筑，因受到夯錘提起高度的限制及其強大的沖擊破壞力，也不便于采用此法。

5 結語

膨脹土作為一種特殊性質的土，對建筑物的危害極大，關系到建筑物的安全和正常使用。從工程實踐證明，應當結合當地膨脹土的地基特性以及設計和施工的實際要求，采用有效的處理方法。強夯和石灰土換填的處理方法在上汽通用五菱印尼項目得到了很好的應用，經此方法處理后的地坪安全、可靠，同時其還具有施工工藝簡單，施工速度快，節省投資等優點。我國幅員遼闊，是世界上膨脹土分布面積最廣的國家之一，每年因膨脹土地基導致建筑損毀的面積多達10萬平米左右。因此，在建筑勘查、設計和施工過程中應該引起足夠的重視。