膨脹土地基巖土工程勘察的常見問題與解決方案

張琨

摘 要：膨脹土作為一種特殊的土壤類型，存在失水收縮、吸水膨脹的特性，于膨脹土區域建設地基工程存在一定安全質量風險，需得到更加全面和準確的勘察資料支持。基于此，通過分析膨脹土地基巖土工程勘察的常見問題以及解決方案，以某膨脹土地基工程為例具體分析了勘察方案的應用，總結膨脹土地基工程勘察經驗，保證膨脹土地基工程的順利竣工。

關鍵詞：膨脹土;地基工程;巖土工程勘察;勘察方案

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）06-0042-02

0 引言

膨脹土具有失水收縮和吸水膨脹的特征，在膨脹土區域建設建筑物地基時，受到季節變化的影響，膨脹土會出現周期性收縮變化，使得建筑結構形成不均勻沉降，給建筑結構穩定性造成不良影響，甚至引發安全事故。膨脹土地基工程勘察工作和常規土層勘察工作存在一定差異，工程勘察需要以膨脹土特征為出發點，選擇合適的方法進行勘察工作，以滿足勘察需求，保證膨脹土地基工程的順利進行。

1 膨脹土地基巖土工程勘察的常見問題

1.1 深度勘探問題

膨脹土地基巖土工程施工期間，為了保障工程質量，削弱膨脹土地基危害性，理應把控好工程勘察事項，充分結合工程勘察報告，優化地基施工效果，實現此項工程的順利竣工，就此防止在膨脹土地基條件下，引發嚴重的地基坍塌或者邊坡事故。勘察人員在對膨脹土地基現場進行勘察時，很容易受勘察深度把控力度不大因素的影響，致使后期施工人員在膨脹土地基環境下，未能加強安全防護，不但會增加施工風險，而且還會加劇建筑物下沉可能性。考慮到勘察人員對膨脹土地基地質環境予以勘察時，未能明確勘探深度，造成勘察范圍不全面。相關研究發現：要求勘察人員應當至少對膨脹土地基展開15 m深度勘探。如若工程規模龐大，需要適當增加勘探深度，以免因淺層勘探，導致地基下放巖土性質缺失可靠依據。

1.2 地下水觀測問題

膨脹土地基因其分布著大量的膨脹土，其具備吸水性與失水性收縮特定，一旦存在地下水，將降低地基穩固度。此時勘探人員需要確定地下水分布位置，而后根據地下水水位標準，評估當前在巖土工程施工中是否面臨施工風險，必要時可以實現針對地基進行夯實加固處理，以免在膨脹土性質的干擾下，無法保證工程項目的如期竣工，加大返工風險[1]。于地下水觀測過程中，若勘察人員無法明確掌握水文測量技巧，將很難維護地基勘探安全性。通常情況下，在地下水觀測中，勘察人員需要采用鉆孔測量方式了解地下水位分布情況，而后參照地下水觀測結果對其進行回填排水處理，為后期巖土工程施工內容的落實創造最優條件。

1.3 地層劃分問題

膨脹土地基巖土工程勘察工作屬于專業性強的施工準備事項。既要保證勘察人員具備專業技能，又能確保勘察人員經驗豐富。但從目前實際勘察階段可知：部分勘察人員未能在地層劃分上表現出專業素養，違背地基勘察權威性原則。通常在巖土工程中需要各工段勘察人員分工勘察，而后整理各路段勘察數據，此時對于勘察信息的整合顯然具有難度。此時，應當秉承專人專管的原則，建立集中勘察環境，并且要求勘察人員依據統一的勘察記錄要求，對鉆孔實施全面勘察，并且結合勘察數據對巖土工程地基施工進行合理設計，最終確保勘察后工程具備堅實的施工基礎。

2 膨脹土地基巖土工程勘察問題的處理措施

2.1 加強膨脹土識別判定

要想進一步解決膨脹土地基巖土工程勘察問題，應當有效加強膨脹土識別判定，即勘察人員需在勘察中事先確定好當前地基是否屬于膨脹土，而后為施工人員乃至設計人員提交對應的勘察依據，避免直接在膨脹土地基上建設建筑物，影響建筑物的安全性。

首先，勘察人員需要借助自由膨脹率測定儀，了解地基土層分布規律。若測定后發現土層中巖土自由膨脹率率高于40%，可以將其識別為膨脹土[2]。另外，還要了解膨脹土常見區域，如盆地以及階地施工現場，最常見膨脹土，而且還要記錄裂隙變化情況，是否與氣候因素具備密切關聯等，這些內容的掌握都有利于勘察人員快速識別膨脹土;

其次，勘察人員在判定當前地基土質為膨脹土后，還要對勘探深度進行有效確認，至少需在12 m深度土層以上進行勘探，而且還要預判膨脹趨勢。由于膨脹土本身性能與危害性具備相關性。因此，需在勘察階段依據自由膨脹率對膨脹趨勢強弱程度加以判定。依據膨脹土膨脹趨勢判定規范，在40%～65%之間自由膨脹率的膨脹土，往往呈現弱勢膨脹趨勢。隨著自由膨脹率的提升，膨脹趨勢隨之升高，要求相關人員應適當調整地基土質的重視度;

最后，勘察人員還要做好周邊環境調研工作，測量好地形坡度以及地基分級變形量。通常對于5°以下地形坡度的地基，可認定為平坦地基，若地形差在1 m以上則判定此區域為陡峭地基。同時，對于15 mm至35 mm以內地基分級變形量的膨脹土，其漲縮等級認定為Ⅰ級。隨著數值的增加，對應的漲縮等級隨之升高。勘察人員可以根據勘探結果對地基穩定性進行預判，并在巖土工程施工前，對穩定性偏差的地基進行加固處理。鑒于此，膨脹土的識別是提升地基穩定性的重要措施，借此妥善處理地基勘察問題。

2.2 實施外排水充填操作

針對膨脹土地基勘察問題提出解決路徑，要求勘察人員從地下水觀測環節做好整改工作。其中地下水觀測要點包含以下3個部分，可以根據具體要求，對膨脹土地基展開排水充填操作。第一點是勘察人員需確定好地下水觀測時間，一般需在完成鉆孔施工任務后停留24 h，此時觀測的地下水分布結果準確度更高;第二點是勘察人員應當依據周邊地下水開發情況，對其分布規律加以總結。而且在觀測位置位于抽水井附近，此時獲取的勘察結果較大;第三點是要求勘查誤差在±2 cm范圍內，防止因誤差偏大，造成此次地下水觀測結果缺乏可信度。勘察人員可以依據孔口坐標值以及標高值確定地下水位。地下水位觀測后相關人員可以使用混凝土墊層進行施工，其中墊層厚度可以控制在150 mm左右，增設20 mm寬的伸縮縫，外加瀝青砂材料予以充填，能夠合理提升地基穩定性。同時，還可以對水位偏高區域進行排水處理，最大可以設定30 cm寬度的排水溝，從而改善膨脹土地基施工環境。

2.3 實施樁基礎施工設計

在勘察中提升勘察有效性，保證地基穩定性達到預期施工要求，還需要實施樁基礎施工設計，以樁基礎結構消除膨脹土的危害。勘察人員可以聯合設計者對膨脹土地基上方分布的建筑物結構進行全面分析，既要憑借樁基礎設計，降低膨脹土的膨脹性，又要依據土層特征，完善施工設計規劃。一方面，勘察人員可以在膨脹土地基勘察中，對巖土發育程度予以記錄，并且新增膨脹土性能監測站點，隨時掌握膨脹土變化規律。另一方面，需要測量好地基變形量，一旦超出安全標準，需要利用樁基礎增加地基穩定性。此外，勘察人員需始終加強膨脹土地基自由膨脹率與變形量的統一勘察，整理好勘察數據后，由專業人員完善勘察報告，用于支撐巖土工程施工項目。

3 膨脹土地基巖土工程勘察的應用案例

3.1 工程概述

本工程以某市產業園區建設項目為例，該項目規劃面積約為25 km，以沉積巖和巖漿巖地層為主。由于該園區主要為黏土以及粉質黏土，黏土中含有大量泥巖和碎塊石，石塊基本無圓度，形成膨脹土。該園區內膨脹土厚度約為1～30 m，呈現出不均勻分布。

3.2 勘察方案

于該園區內選擇20個勘探點進行試驗測試，使用干法鉆孔保護土體原狀，保證取樣間距為1 m。實驗結果如下表1、2、3所示。

經過對膨脹土體進行物理性能指標、標準貫入試驗、動力觸探試驗、靜載荷試驗，測得膨脹力值為125 kPa，膨脹力較高，極容易對建筑工程造成影響，施工期間易發生滑坡事故。在該工程施工期間，擋墻發生坍塌，影響30 m范圍內的正常施工，主要由于墻后膨脹土遇水后發生膨脹，膨脹力超過擋墻強度，導致坍塌事故。因此施工方案設計務必根據勘察結果展開，充分考慮到膨脹力強度的影響，才能規避坍塌事故。

3.3 處理方案

在工程實踐中，可以選擇采用石灰、水泥、石膏、磨細礦渣、粉煤灰、NCS固化劑等化學改良膨脹土或者人工換填等方法。石灰是適用于高塑性類土的最普及的穩定劑，是膨脹土地基工程選擇膨脹土改性處理是最有效的處理方法，石灰穩定的一般（反應）過程：陽離子的交換，凝聚和結塊，碳化作用和凝膠作用。石灰劑量控制在4%～10%。但由于本工程規模大，選擇膨脹土改行處理成本超過1億元，成本高昂，從經濟角度選擇回填和混合回填的方法，以保證膨脹土深度位于大氣影響深度之下即可滿足要求[3]。本工程大氣影響深度可達到4 m，受到大氣嚴重影響的深度約為1.8 m，因此基礎埋深應在1.8 m以下，建議將埋深最小值控制在2 m以上。可選擇級配砂石墊層，在建筑結構背后設置砂石濾水層，一方面減輕建筑結構受到膨脹土脹縮的影響，另一方面可以同時發揮出排水功能，降低地下水位。對于防滑坡處理，選擇分級低擋墻以及緩邊坡的方案，在挖方時采取分段開挖方法，及時支護，并同時對邊坡進行監測。建筑結構周圍安裝地下管網，設置排水溝，不僅達到良好的防滲排水效果，也能封閉建筑擋墻，緩沖膨脹土對建筑地基結構的影響。

4 結論

綜上所述，膨脹土具有特殊的礦物成分和結構，造成其工程特性和力學特性特殊，具有明顯的脹縮性、強度變化、易滑性等特點，對地基工程產生直接影響，常造成施工期間的滑坡事故和建筑結構破損。因此結合物理性能指標、標準貫入試驗、動力觸探試驗、靜載荷試驗對工程進行勘察，根據勘察結果了解膨脹土的膨脹性能，提前采取處理方案應對，提高工程安全性和合理性。

參考文獻

[1] 劉禮峰.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用策略思考[J].世界有色金屬，2021（17）：203-204.

[2] 馬祥配.巖土工程勘察中存在的常見技術問題及解決方法[J].中國建筑金屬結構，2021（8）：104-105.

[3] 章林通.巖土工程勘察與地基設計中的問題分析及方法研究[J].中國設備工程，2021（12）：268-269.