膨脹土的判別及其危害防治

膨脹土的判別及其危害防治【摘要】：文章闡述了膨脹土的判斷方法及幾種防治處理措施【關(guān)鍵詞】：膨脹土危害判別防治膨脹土的危害膨脹土是指土中粘土礦物成分主要由親水性粘土礦物組成，具有明顯的吸水膨脹和失水收縮性能的高塑性粘土。而且，這種土強(qiáng)度較高，壓縮性很小，并有較強(qiáng)的膨縮特點。在其上的構(gòu)筑物隨季節(jié)氣候的變化而反復(fù)產(chǎn)生不均勻的升降，而產(chǎn)生大量裂縫。另外膨脹土的超固結(jié)特性不僅使路塹邊坡坡腳產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，而且還會帶來強(qiáng)度的應(yīng)變軟化，造成邊坡坍滑。膨脹土的特殊性質(zhì)2.1膨脹干縮性膨脹土中含有較多強(qiáng)親水性粘土礦物質(zhì)，如蒙脫石、伊利石等。當(dāng)土體浸水時，土顆粒表面的結(jié)合水膜增厚，使顆粒間距拉大，從而引起土體膨脹；當(dāng)土體失水時，結(jié)合水膜減薄，顆粒間距縮小，從而引起土體縮小。隨著土體含水量的增減，膨脹力也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。多裂隙性反復(fù)的干縮濕脹，致使土中的裂隙十分發(fā)育。裂隙不僅破壞土體的連續(xù)性和完整性，而且也為地表水的浸入形成了通道。而水的浸入又加速了土體的軟化及裂隙生成。超固結(jié)性在地質(zhì)歷史上，膨脹土地層曾受過比現(xiàn)在更大的前期固結(jié)壓力，使土體處于超固結(jié)狀態(tài)。力學(xué)性質(zhì)膨脹潛勢簡單的講，就是在室內(nèi)按AASHO標(biāo)準(zhǔn)壓密實驗，把試樣在最佳含水量時壓密到最大容重后，使有側(cè)限的試樣在一定的附加荷載下，浸水后測定的膨脹百分率。膨脹率可以用來預(yù)測結(jié)構(gòu)物的最大潛在的膨脹量。膨脹量的大小主要取決于環(huán)境條件，如潤濕程度.潤濕的持續(xù)時間和水分的轉(zhuǎn)移方式等。因此，在工程施工中，改造膨脹土周圍的環(huán)境條件，是解決膨脹土工程問題的一個出發(fā)點。膨脹力膨脹力，也就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以后，再加荷載直到回復(fù)到其初始體積為止所需的壓力。對某種給定的粘土來說，其膨脹壓力是常數(shù)，它僅隨干容重而變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。對于未擾動的粘土來講，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重時土的膨脹壓力可以直接用來論述膨脹特性。膨脹土的特征地貌多出現(xiàn)在二級及二級以上河谷階地、壟崗、山梁、斜坡，山前丘陵和盆地邊緣，地形坡度平緩，無明顯自然陡坎。顏色多呈棕、黃、褐色間夾灰白、灰綠色條帶或薄膜；灰白、灰綠色多呈透鏡體或夾層出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)自然條件下，土的結(jié)構(gòu)致密，多呈硬塑或堅硬狀態(tài)；裂隙較發(fā)育，有豎向、斜交和水平三種；隙面光滑，有時可見擦痕，裂隙中常充填灰綠灰白色粘土；土被浸濕后裂隙回縮變窄或閉合；暴露在空氣中，易干縮龜裂。土質(zhì)粘土質(zhì)重、細(xì)膩、具滑感，常含有鈣質(zhì)或鐵錳質(zhì)結(jié)核或豆石，局部鈣富集成層形成鈣盤。自然地質(zhì)現(xiàn)象坡面常見淺層塑性滑坡與溜坍、地裂；新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌。膨脹土的判別初判凡野外宏觀地質(zhì)特征符合上述膨脹土的特征的，且自由膨脹率.240%的土，應(yīng)初判為膨脹土。所謂自由膨脹率Fs是由人工制備的烘干土，在水中增加的體積與原體積之比，按下式計算：V-VF= 0sV0式中V 土樣在水中膨脹穩(wěn)定后的體積（ml）；WV 土樣原有體積（ml）。0詳判滿足以下三項指標(biāo)的任意兩項時，應(yīng)判定為膨脹土：4.2.1.1自由膨脹率FS三40%。4.2.1.2蒙脫石含量M三7%。利用二氯化錫容量法測定粘土礦物成分蒙脫石的含量：x100(V—V-T-V/V)-Ax100―0 1 2 3 mx0.44式中：V 加入次甲基藍(lán)量（ml）；0V1——所消耗0.1%二氯化錫量（ml）；V2 定容總體積（ml）； 取清液體積（ml）；3T——滴定度，即每毫升二氯化錫標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于0.2%次甲基藍(lán)的毫升數(shù)，由空白求出；m——式樣質(zhì)量（g）；A——標(biāo)準(zhǔn)次甲基藍(lán)濃度（g/ml）；0.44——吸藍(lán)量對蒙脫石的換算系數(shù)。陽離子交換量CEC>17[mmol（NH+）/100g土]4采用EDTA按鹽速測法，可測定土對溶液中的陽離子交換吸附性能強(qiáng)弱的指標(biāo)。C（HCl）-（V-V）-（1+◎）陽離子交換量CEC[mmol（NH+）/100g土]= 0 x1004m式中：C（HCl）——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（mol/l）；V——滴定式樣時消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（ml）；——空白試驗消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（ml）；0?——風(fēng)干土含水量（以小數(shù)計）；m——風(fēng)干土質(zhì)量（g）。參照《規(guī)范》判定依據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率FS三40%的土，應(yīng)判定為膨脹土：裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土，在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態(tài)；多出露于二級或二級以上，山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。4.4膨脹土的潛勢分類（見表1.）表1.膨脹土的潛勢分類表提出部門鐵路工程地質(zhì)膨脹土勘測規(guī)則膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范指標(biāo)名稱FS(%)M(%)CEC17[mmol(NH4￡/100g±]FS(%)弱膨脹土40WFS<607WMV1717WCECV2640WFS<65中膨脹土60WFS<9017WMV2726<CEC<3665WFS<90強(qiáng)膨脹土FQ90M227CEC三36FQ905膨脹土在施工中的防治勘定通過上述膨脹土的判定方法進(jìn)行界定。處理措施5.2.1重新選線（址）避繞膨脹土區(qū)對于膨脹潛勢為中強(qiáng)級且區(qū)域不大的膨脹土區(qū)，盡量采用重新選線（址），避繞病害區(qū)。土質(zhì)改良和換填膨脹土填料改性除采用通常使用的石灰外，增加石灰與石膏以及NCS固化材料進(jìn)行外摻處理。試驗結(jié)果以石灰、NCS效果好，而石灰與石膏比例適當(dāng)時有一定效果。NCS是一種新型復(fù)合粘性土固化材料的簡稱，由石灰、水泥與合成的“SCA”添加劑改性而成。NCS加入土中除具有石灰對膨脹土的改性作用外，還使土粒和NCS兩者發(fā)生一系列物理、化學(xué)及物理化學(xué)變化。土中NCS與水接觸釋出較多的Ca、Al高價陽離子與粘粒的負(fù)電荷中和，使擴(kuò)散層減薄，土粒之間靠近，彼此聚集成土團(tuán)，形成團(tuán)粒化和砂質(zhì)化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土的可壓實性。同時土粒在NCS水化反應(yīng)中生成新的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，新增長的針狀礦物，加強(qiáng)了土體早期和后期強(qiáng)度以及水穩(wěn)定性。工程加固和防護(hù)放緩路塹和路堤邊坡坡度、降低邊坡高度穩(wěn)定邊坡坡腳。采用土釘墻、噴錨掛網(wǎng)、錨索樁、加筋土擋墻、圬工骨架護(hù)坡及路肩、路塹擋墻進(jìn)行加固防護(hù)。對于構(gòu)筑物，在山梁處、建筑平面轉(zhuǎn)折部位和高度（荷載）有顯著差異部分、建筑結(jié)構(gòu)類型（或基礎(chǔ)）不同部位，適當(dāng)設(shè)置沉降縫分隔開，從而減小膨脹的不均勻性。膨脹土地區(qū)的襯砌應(yīng)予加強(qiáng)。其斷面形式宜采用圓形或馬蹄形曲墻，并加設(shè)仰拱；最好采用先柔后剛的復(fù)合襯砌；要隨挖隨襯，盡可能減少圍巖的暴露時間。建筑物四周場地種植草皮及蒸發(fā)量小的樹種、花種或松柏等針葉樹，減少水分蒸發(fā)。較大樹種宜遠(yuǎn)離建筑物8m以外，以避免水的集中。加強(qiáng)排水膨脹土地區(qū)的工程，均應(yīng)做好地面排水工程，使排水暢通，防止表水下滲，浸潤土質(zhì)；同時應(yīng)做好滲溝等工程；另外對建筑物基底還要嚴(yán)格封閉防止蒸發(fā)失水引起膨脹土干裂收縮。6工程實例工程及地質(zhì)概況渝（重慶）懷（懷化）鐵路第八標(biāo)段藺市車站（DK112+400?DK113+700）位于重慶市涪陵區(qū)境內(nèi)，屬長江右岸低山丘陵地貌。站場路基主要是半填半挖和挖方形式，線路右側(cè)邊坡高約3?8m，砂粘土層7?9m厚，下覆基巖為泥巖夾砂巖。藺市車站位于沖洪積扇上，砂粘土蒙脫石含量15%，自由膨脹率FS為45%，具有弱膨脹性，地表多為水田，水塘，表層2m左右含水量較大，呈軟塑狀，下部呈硬塑至半干硬狀，局部地段見軟塑狀透鏡體，基巖面平整，土體自穩(wěn)能力差。工程措施根據(jù)藺市車站路塹邊坡土層較厚，具有若膨脹性的特點，路塹邊坡防護(hù)主要采用樁板墻、樁間墻和特殊設(shè)計路塹擋土墻，其上邊坡采用骨架護(hù)坡和支撐滲溝；路基頂面砂墊層由原來的10cm增至30cm。施工順序修建好塹頂外天溝，并應(yīng)形成完善的排水系統(tǒng)，所截、引、排之水不得沖蝕路基和路基坡腳。先開挖塹頂邊坡，并及時作好邊坡及平臺防護(hù)。隔樁開挖樁板墻之樁，修建錨固樁。樁板墻地段從上向下分層開挖樁前土體，澆筑擋土板。6.3.5路塹擋土墻地段從兩端向中（分段長度不大于10m）快速開挖，快速修建路塹擋土墻和路塹側(cè)溝，并應(yīng)迅速形成完善的排水系統(tǒng)。施工注意事項施工宜安排在旱季進(jìn)行，旱季若遇雨天，必須作好防護(hù)、排水措施，還應(yīng)停止施工開挖，作好臨時支護(hù)措施。要攔截好地表水、地下水,水必須引至路基外，并不得影響路基穩(wěn)定。嚴(yán)禁在路塹開挖和基坑開挖中有積水現(xiàn)象發(fā)生。施工期間嚴(yán)禁在塹頂邊緣及邊坡平臺上大量堆置集中荷載，防止邊坡變形。擋土墻地段必須跳槽開挖，及時砌筑。所有圬工建筑應(yīng)隨開挖隨砌筑，當(dāng)砌筑作業(yè)不能緊跟開挖作業(yè)時，應(yīng)暫留不小于0.5m厚的保護(hù)層不予開挖，并應(yīng)保證開挖邊坡的臨時穩(wěn)定。7結(jié)束語膨脹土是影響道路及其它構(gòu)造物建設(shè)的一種特殊土質(zhì)，在實際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應(yīng)著重從影響其物理.力學(xué)性質(zhì)