工程地質(zhì)第4章-2

（2）膨脹土

一般是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物（以蒙脫石和伊利石為主）所組成的粘性土，在環(huán)境和濕度變化時，可產(chǎn)生強(qiáng)烈的脹縮變形。具有吸水膨脹、失水收縮的特性。已有的建筑經(jīng)驗證明，當(dāng)土中水份聚集時，土體膨脹，可能對與其接觸的建筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈的膨脹上抬壓力而導(dǎo)致建筑物的破壞；土中水分減少時，土體收縮并可使土體產(chǎn)生程度不同的裂隙，導(dǎo)致其自身強(qiáng)度的降低或消失。土呈黃、紅褐、灰白色，粘粒含量高，天然含水量接近塑限。膨脹土通常表現(xiàn)為壓縮性低、強(qiáng)度高，因此易被誤認(rèn)為是良好的天然地基。膨脹土膨脹土地區(qū)的鉆探

1.特征：（1）顆粒粒度：以粘土礦物為主，占35~50％以上，其次為粉砂。（2）礦物成分：以蒙脫石、伊利石為主。（3）具膨脹結(jié)構(gòu)：（4）強(qiáng)烈脹縮性：膨脹土的工程性質(zhì)1.脹縮性

膨脹土吸水后體積膨脹，使其上建筑物隆起，如膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；失水體積收縮，造成土體開裂，并使其上建筑物下沉。土中有效蒙脫石含量越多，脹縮潛勢越大，膨脹力越大。土的初始含水量越低，膨脹量與膨脹力越大。擊實土的膨脹性遠(yuǎn)比原狀土為大，密實度越高，膨脹量與膨脹力越大，在膨脹土路基設(shè)計中應(yīng)特別注意。2.崩解性

膨脹土浸水后體積膨脹，在無側(cè)限條件下則發(fā)生吸水濕化。不同類型的膨脹土其崩解性不一樣，強(qiáng)膨脹土浸入水中后，幾分鐘內(nèi)很快就完全崩解；弱膨脹土浸入水中后，則需經(jīng)過較長時間才逐步崩解，且有的崩解不完全。此外，膨脹土的崩解特性還與試樣的起始濕度有關(guān)，一般干燥土試樣崩解迅速且較完全，潮濕土試樣崩解緩慢且不完全。3.多裂隙性膨脹土中的裂隙，主要可分原生裂隙與次生裂隙兩種類型。這些裂隙將土體層層分割成具有一定幾何形態(tài)的塊體，如棱塊狀、短柱狀等，破壞了土體的完整性。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰綠色粘土薄膜、條帶或斑塊，其礦物成分主要為蒙脫石，有很強(qiáng)的親水性，具有軟化土體強(qiáng)度的顯著特性。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關(guān)，且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面所控制。

4.超固結(jié)性

由于歷史上受到過比現(xiàn)在上覆自重壓力更大的壓力。膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比較小，干密度較大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。超固結(jié)膨脹土路基開挖后，將產(chǎn)生土體超固結(jié)應(yīng)力釋放，邊坡與路基面出現(xiàn)卸荷膨脹，使邊坡容易破壞。5.風(fēng)化特性

膨脹土受氣候因素影響，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞作用。路基開挖后，土體在風(fēng)化營力作用下，很快會產(chǎn)生碎裂、剝落和泥化等現(xiàn)象，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。6.強(qiáng)度衰減性

膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動強(qiáng)度，由于膨脹土的超固結(jié)性，其初期強(qiáng)度極高，一般現(xiàn)場開挖都很困難。然而，由于其中蒙脫石礦物的強(qiáng)親水性以及多裂隙結(jié)構(gòu)，隨著土受脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用的時間增加，抗剪強(qiáng)度將大幅度衰減。衰減過程有急劇的，但也有的比較緩慢。因而，有的膨脹土邊坡開挖后，很快就出現(xiàn)滑動破壞；有的則要幾年，幾十年后才發(fā)生滑動。3.膨脹土的脹縮性指標(biāo)1.自由膨脹率:烘干土粒全部浸水膨脹后增加的體積與原體積之比。FS≥40％為膨脹土。2.膨脹率：烘干土在一定壓力（psw）下，不允許側(cè)向膨脹的條件下浸水膨脹測定的，膨脹變形僅反映在高度上的變化。Csw＞4％，psw≥0.025Mpa為膨脹土。3.線縮率：飽水土樣收縮后高度減小量（h0－h(huán)）與原高度（h0）之比。Esl≥50％為膨脹土。4.主要工程地質(zhì)問題⑴膨脹：邊坡及洞室鼓脹。邊坡滑塌（吸水后粘聚力為0，內(nèi)摩擦角只有幾度，形成易滑邊坡）⑵強(qiáng)度降低:地基下沉和側(cè)鼓，并產(chǎn)生不均勻沉降基床翻漿泥⑶收縮:邊坡開裂、地基沉降量大。膨脹土邊坡坍塌膨脹土地面隆起

5.膨脹土防治

(1)地基防治:防水保濕地基土質(zhì)改良防止水進(jìn)入天溝、側(cè)溝、盲溝地表隔水層防止水流失：水平和垂直隔水層，合理綠化。（距建筑物4m遠(yuǎn)）換填土灌石灰水形成Ca(oH)2吸收周圍水分子形成Caco3膠結(jié)土壤

地表防護(hù)：排水溝坡面加固：植被護(hù)坡（植被、三合土抹面）⑵邊坡防治：骨架護(hù)坡：片石護(hù)坡、拱形護(hù)坡支擋措施：抗滑樁、擋墻（柔性結(jié)構(gòu)為宜，切不可盲目采用剛性結(jié)構(gòu)）⑶

加大基礎(chǔ)埋深:增大基礎(chǔ)側(cè)面摩擦力，或增加附加壓力克服土的膨脹。（4）設(shè)計措施：（a）盡量避開地質(zhì)不良地段，選擇地形條件簡單、土質(zhì)均勻、脹縮性較弱的場地。（b）建筑體型簡單，設(shè)置沉降縫。（c）房屋地坪可采用架空措施，也可采用預(yù)制塊鋪砌，塊體間嵌柔性材料。（5）施工措施：盡量減少地基中的含水量的變化。

膨脹土坡面噴水保濕膨脹土邊坡鋪設(shè)排水溝和塑料防水板膨脹土邊坡鋪設(shè)排水溝和塑料防水板膨脹土邊坡鋪設(shè)塑料防水板膨脹土邊坡鋪設(shè)塑料防水板膨脹土邊坡鋪設(shè)塑料防水板膨脹土加石灰進(jìn)行土質(zhì)改良植草護(hù)坡骨架護(hù)坡膨脹土邊坡漿砌片石護(hù)坡?lián)跬翂够瑯犊够瑯杜蛎浲恋貐^(qū)鉆孔樁施工（3）軟土

軟土泛指天然含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低、滲透性差的軟塑、流塑狀粘性土。它包括淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土、沖填土等。軟土生成于靜水或緩慢流動的流水環(huán)境。多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)。建筑在軟土地基上的建筑物易產(chǎn)生較大沉降或不均勻沉降，且沉降穩(wěn)定所需要的時間很長，所以，在軟土上建造建筑物必須慎重對待。

軟粘土廣泛分布在我國沿海地區(qū)、內(nèi)陸平原及山區(qū)。沿海主要分布在河流的入海口，山區(qū)則在山間谷地、沖溝、河灘、洼地，平原在湖區(qū)較多。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比≥1.5的粘性土。淤泥質(zhì)土：天然孔隙比小于1.5但≥1.0的粘性土。當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含量大于5%時稱為有機(jī)質(zhì)土；大于60%時則稱泥炭。泥炭往往以夾層構(gòu)造存在于一般粘性土層中，對工程十分不利，必須引起足夠重視。軟土的成因類型及性質(zhì)：一、軟土的成因類型

按地質(zhì)成因，我國的軟土有：濱海環(huán)境沉積、海陸過渡環(huán)境沉積（三角洲沉積）、河流環(huán)境沉積、湖泊環(huán)境沉積和沼澤環(huán)境沉積。

1.濱海環(huán)境沉積軟土

在濱海（或海岸）環(huán)境的復(fù)雜水動力狀況條件下，受波浪和潮汐作用，對各種粒徑的砂粒進(jìn)行搬運篩選而形成的沉積物，主要是沉積砂土，包括粗、中、細(xì)、粉砂。2.三角洲沉積軟土

三角洲沉積屬于海陸過渡的環(huán)境的沉積。它是河流流入海洋時，在河口附近的陸上和淺水環(huán)境中形成的碎屑沉積物。三角洲的形成發(fā)育是河流作用與海水作用長期相互作用結(jié)果。3.河流環(huán)境沉積軟土河流搬運作用形成的沉積即沖積物。河漫灘沖積物是在洪水泛濫期所沉積的細(xì)顆粒沉積物，其典型的粒度成分為：砂粒5%~10%；粉粒20%~40%；粘粒35%~60%，有機(jī)質(zhì)含量1%~10%，呈特殊的洪水層理。4.湖泊和沼澤環(huán)境沉積軟土

湖泊是陸地上封閉的大型水體，湖泊的水動力條件和沉積作用與潮汐作用弱的海洋相似，湖泊中也有波浪作用和湖流作用，由湖岸到湖心，沉積物一般由粗到細(xì)依次變化，在可流入湖處形成與河流入海處一樣的三角洲沉積。沼澤沉積為粘土、泥炭、腐殖土，有時成互層。通常含很多有機(jī)質(zhì)，并且分選性很差。二、我國軟土有下列特征：1、其顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機(jī)質(zhì)含量高時有腥臭味；2、顆粒成分主要為粘粒及粉粒，粘粒含量高達(dá)60％－70％；3、礦物成分除粉粒中的石英、長石、云母外，粘土礦物主要是伊利石，高嶺石次之，此外常有一定量的有機(jī)質(zhì)。4、具有典型的海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其孔隙比大，含水量高，透水性小，壓縮性大，是軟土強(qiáng)度低的重要原因。5、具有層理構(gòu)造，軟土、薄層粉砂、泥炭層等相互交替沉積，或呈透鏡體相間沉積，形成性質(zhì)復(fù)雜的土體。三、軟土的工程性質(zhì)1、孔隙比大，含水量高。2、透水性差，壓縮性高。3、強(qiáng)度低；4、具有觸變性（軟土受到振動，顆粒連接破壞，土體強(qiáng)度降低，呈流動狀態(tài)）；5、具有流變性（在長期荷載作用下，變形可延續(xù)很長時間，最終引起破壞。）軟土軟土軟土地區(qū)的房屋倒塌軟土地區(qū)的房屋開裂

四.軟土的防治

⑴

排水砂井：Φ=0.4~2.0m，灌入中、粗砂。

⑵

砂墊層；

⑶堆截預(yù)壓；

⑷

生石灰樁吸水散熱→樁周溫度升高，使軟土脫水

⑸

強(qiáng)夯：錘重10~20t，升高10~40m，自由下落，靠沖擊力使軟土迅速排水，加固深度達(dá)

11~12m

⑹

旋噴樁：水泥砂漿化學(xué)漿液

⑺

換填土；

⑻拋石擠淤和爆破排淤；

⑼

沉井、墩或樁等深基礎(chǔ)。地基處理方法1、砂井排水固結(jié)法

在軟土地基中，鉆成一定直徑的孔眼，灌以粗砂或中砂，利用上部荷載作用，加速軟土的排水固結(jié)，這種方法稱為砂井排水法。砂井頂部用砂墊層連通，構(gòu)成排水系統(tǒng)，在路堤荷載的作用下加速排水固結(jié)，從而提高強(qiáng)度，保證路堤的穩(wěn)定性。（1）適用范圍

軟土層較厚、路堤較高時，常采用砂井排水法，加速固結(jié)沉降。（2）設(shè)計及施工要點

砂井地基的設(shè)計，首先應(yīng)考慮砂井的直徑、間距、布置形式和固結(jié)速率之間的關(guān)系。通常砂井直徑、間距和長度的選擇，應(yīng)滿足在預(yù)壓過程中，在不太長的時間內(nèi)，地基能達(dá)80%以上的固結(jié)度。砂井排水法系在軟弱地基中用鋼管成孔，孔中灌砂并振實后，形成豎向排水的砂井，砂井頂部設(shè)置水平排水的砂墊層，再堆載預(yù)壓的地基處理方法。

砂井排水法砂墊層及沙井袋裝砂井排水法

袋裝砂井是事先把砂裝入長條形透水性好的編織袋內(nèi)，然后用專門的機(jī)具設(shè)備，打入軟土地基內(nèi)，代替普通大直徑砂井的軟基處理方法。

1.適用范圍與普通砂井的適用范圍相同。但是當(dāng)?shù)鼗轿灰戚^大時，袋裝砂井更具優(yōu)越性。

2.設(shè)計及施工要點（1）設(shè)計理論：理論分析與普通砂井相同。（2）袋裝砂井的直徑和間距根據(jù)所承擔(dān)的排水量和施工工藝要求確定，一般采用7~12cm的直徑，井距1~2m，相當(dāng)于井徑比15~30。2、墊層法墊層法（也稱換土墊層法）是將基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后分層回填強(qiáng)度較大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯實或振密的一種地基處理方法。此法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層地基處理。墊層法的作用表現(xiàn)在以下三個方面，第一，

提高淺基礎(chǔ)下地基的承載力；第二，

減少地基的沉降量；第三，

加速軟弱土層的排水固結(jié)。墊層的設(shè)計要在滿足強(qiáng)度、變形兩個方面的要求下，確定合理的厚度h和墊層寬度b如圖1。

砂墊層b

墊層剖面示意圖3、強(qiáng)夯法

此法是用特別重的夯錘（10～20t）從高處（10～40m）自由落下，對地基進(jìn)行強(qiáng)有力夯擊，達(dá)到深層加固的效果，其影響深度可達(dá)10m以上，巨大的沖擊能量在地基中產(chǎn)生很大的沖擊波和動應(yīng)力，引起地基土的壓縮和振密，從而提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性，還可改善地基土抵抗振動液化能力。據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)強(qiáng)夯法處理的地基，承載力可提高100%～400%，壓縮性降低50%～90%。一般用于處理松散的碎石土、雜填土、砂土，低飽和度的粉土、粘土、濕陷性黃土；在高飽和度的細(xì)粒土地基上應(yīng)慎重使用。強(qiáng)夯法的特點：施工簡單、加固效果好、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，因而被世界各國工程界所重視。強(qiáng)夯法的適用范圍：最初僅用于加固砂土和碎石土地基，對飽和度較高的粘性土，一般情況下處理效果不顯著，其中尤其是用以加固淤泥和土地基，處理效果更差，使用時應(yīng)慎重對待。強(qiáng)夯4、化學(xué)加固法化學(xué)加固法系指通過高壓噴射、機(jī)械攪拌等方法，將各種化學(xué)漿液注入土中，漿液與土粒膠結(jié)硬化后，形成含化學(xué)漿液的加固體，從而改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到加固地基的目的?；瘜W(xué)漿液一般分化學(xué)類和水泥類兩大系列。a、生石灰樁生石灰水化過程中強(qiáng)烈吸水，體積膨脹，產(chǎn)生熱量，樁周圍溫度升高，使脫水壓密強(qiáng)度增大。此法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水率較高且地基承載力≤120KPa的粘性土等地基。當(dāng)用于處理泥炭土或具有侵蝕性地下水時，宜通過試驗確定其適用性，冬季施工時應(yīng)注意低溫影響。石灰樁施工b、旋轉(zhuǎn)注漿法

將帶有特殊噴嘴的注漿管置入軟土層的預(yù)定深度，以20mPa左右壓力高壓噴射水泥砂漿或水玻璃和氯化鈣混合液，噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，使?jié){液與從土體上崩落下來的土攪拌混合經(jīng)過一定時間凝固，便在土中形成一定形狀的固結(jié)體，形成復(fù)合地基。高壓噴射注漿法具有施工簡便、操作安全、成本低、既加固地基又防水止?jié)B等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于已有建筑和新建建筑的地基處理。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。地下水流速過大和已涌水的防水工程，應(yīng)慎重使用。旋噴旋噴旋噴旋噴旋噴施工旋噴施工旋噴施工旋噴施工堆載預(yù)壓堆載預(yù)壓堆載預(yù)壓拋石擠淤拋石擠淤拋石擠淤