南阳膨胀土地基处理方法的研究

南阳膨胀土地基处理方法的研究

吴朝

摘要：有“工程癌症”之称的膨胀土以其独有的性质，给工程带来了极大的危害。因此，对于研究膨胀土的工程治理方法显得尤为重要。本文根据南阳地区膨胀土的基本工程性质，提出了处理膨胀土地基的方法。

关键词：膨胀土；地基；处理方法

一、前言

（一）研究背景

膨胀土是一种吸水后体积迅速膨胀，失水后体积又显著收缩的高塑性黏土。由于土体中含有丰富的强亲水性矿物，如蒙脱石和伊利石等，在天然状态下其强度一般较高且压缩性低，易被误认为是较好的地基。但膨胀土在自然环境中性质并不稳定，气候的变化将诱发其反复胀缩变形、漫水强度衰减、干缩裂隙发育等特性。如果对膨胀土的特性缺乏了解，或在设计和施工中没有采取必要的措施，当利用其作为建筑物地基时，就可能会给建筑物造成一定的危害。

当前，关于膨胀土地基问题的研究已经取得了阶段性的成果，有关膨胀土地基问题的研究成果日渐丰富，对其处理方法的看法基本一致，但整体上还不够完善。

（二）研究目的

本文对处理膨胀土地基问题的方法进行整理，以期为此类工程建设提供参考。

二、膨胀土的特性

（一）胀缩性

膨胀性是指土体吸水后体积膨胀，失水后体积收缩的特性，引起这种特性的原因是土体中蒙脱石和伊利石等强亲水性矿物含量较高。膨胀土发生胀缩现象的本质原因是自由水渗入到土体颗粒之间形成结合水或引起水化膜厚度发生变化，这是土颗粒骨架吸附水分子以后的宏观现象。当结合水或水化膜达到一定厚度时，土体颗粒之间会形成一种张力，这种张力增加了颗粒与颗粒之间的距离，导致膨胀土体积增加。

（二）裂隙性

裂隙性是膨胀土的典型工程特征，与强烈胀缩性有关。由于地质构造所产生的原生裂隙在膨胀土胀缩变形的影响下进一步开裂，从而使得表面产生密集的裂隙网格，形成多裂隙结构体。如此一来，不但破坏了土体的完整性，还降低了土体抗侵蚀能力，而且增加了大气与土体的接触面积，促进了水分的蒸发，使得裂缝进一步增加和扩展，同时又增加了雨水和地表水的入渗能力，使土体产生膨胀力既降低了强度，又增加了自重，因此承载能力显著降低。

三、膨胀土地基的处理原则

膨胀土地基的危害主要是由以上两个特性引起的，诱发这两个特性发生和发展的主要因素是土体中的水分变化。故而处理原则的总体倾向就是以防渗和保湿为主，以达到控制土体含水量变化的目的来防止膨胀土展现其两大特性。

基于以上特点，对于处理低层轻型建筑的关键在于两点：

一是评估出地基土体在某一段时间内的最大变形量及变形特征，以采取相应措施，使可能发生的变形量减少到房屋容许变形值范围内。

二是对地面上的房屋，要防止水分渗入地基导致变形所带来的严重危害。而对于高层重型建筑来说，由于其自身重量对地基产生的荷载较大，加之其基础牢固且埋入较深，故而土体所产生的胀缩力对其影响不是很明显。因此，关键在于处理好基坑边坡，防止发生位移或坍塌给施工带来的麻烦和选择合适的回填土巩固周边。

四、膨胀土地基的处理方法

（一）深桩基

如果地下水位较深，则可采用深桩基的措施来处理，即将桩基穿过膨胀土层，插入到稳定的非膨胀土层或是大气影响层以下的稳定土层上作为桩尖的持力层。如果膨胀土层较厚，该方法需复核由于膨胀土的胀缩力而对桩产生的向上拔力。

（二）加强地表防渗

为防止由于地表大气和人为活动影响，需在建筑物周围做好地表防渗措施。合理设置散水，散水坡可适当加宽(可做成宽2～3m)，下做砂石或炉渣垫层，并设隔水层。室内下水道还应设防漏、防湿措施，使地基土尽量保持原有天然湿度和天然结构。此方法适用于地下水位较深，基础埋深较浅的情况。如若在建筑周边设有绿化区域，则还需要考由虑植物蒸腾作用所引起的土体含水量变化。因此需设置碎石或粗粒砂土作为夹层，以预防或缓冲膨胀土变形。而且采用砂石垫层处理方案，应用于工程实践，也有较好效果。具体作法为将基底以下膨胀土挖除，铺设300～500mm厚的中粗砂，过样可有效减少地基胀缩变形和调整不均匀变形。

（三）适当增加基础埋深

由于地表1m内土中含水量受人为活动和大气影响最大。因此规范规定，膨胀土地基上建筑物基础埋深不应小于1～1.5m。这是因为在此范围之下，土体中的含水量变化较小，由于土壤中微弱的水汽转移，可以使建筑物下面的膨胀土达到饱和状态，从而有力的防止了房屋产生过大不均匀沉降变形。此方法适用于地下水位较高且稳定的地区，将基础埋置在稳定水位以上3m内即可。实践证明，该方法长期有效。

（四）土质置换与改良

膨胀土地基的最简单解决办法就是采用非膨胀土替换膨胀土，以减少地基的胀缩量。但由于大多数膨胀土地区非膨胀土匮乏，且车辆运输等费用较高，故而很少采用这种方法。目前，多采用就地取材的膨胀土改良法，在膨胀土改良的主要方法中，石灰改良等常规物理化学方法已日趋成熟，其机理为通过改变黏土矿物的微结构来改变膨胀土的工程性质。因为在石灰中有大量的Ca、Mg离子，一方面增加了膨胀土孔隙中水溶液的阳离子浓度，使膨胀土渗透压力减小，渗透膨胀量降低，且土中一部分氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙或碳酸镁等难溶于水的物质，在土体中起到胶结作用，增强土体强度；另一方面还能与土体中大量的氧化硅、氧化铝等反应生成硅酸钙、铝酸钙等新化合物，使膨胀土颗粒之间胶结连接所占比例增大，硬化土体并降低膨胀势。而且石灰改良土中的氢氧化钙还会与水作用形成含水晶体将土颗粒胶结成整体。因此，膨胀土中加入一定比例的石灰能增强土体的结构性，从而提高了抗剪强度并降低其膨胀势。除此之外还有在膨胀土中加入水泥等胶凝材料或是粉煤灰等其他物质作为添加剂以及将生物酶作为掺合剂加入到膨胀土中来改良其性能的一些方法。总之，改良膨胀土的方法有很多，而用单一的处理方法难免存在局限性，因此在实际应用中，为了能够达到是事半功倍的效果，多采用多种方法综合处理膨胀土。往往在不同的工程，膨胀土改良的方法也不尽相同，选用何种方法才能最快速最有效地解决工程实际问题也一直是研究者探索的方向。

（五）加强施工管理

在一些建筑工程中，往往许多工程事故或安全隐患都是由于施工管理不到位而引起的。因此在处理膨胀土地基时，施工管理显得尤为重要，稍不注意就可能会造成基坑边坡失稳等问题，这会给施工带来极大不便。故而，在施工前应了解气候变化，避开雨季作业，加强现场排水。基坑开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久。基坑边坡按设计修整后，应立即浆砌护墙、护坡，防止雨水直接侵蚀。

五、结语

实践表明,膨胀土对建筑物的危害很大,但只要在工程勘察、设计、施工和使用各阶段采取切实可行的措施,以安全实用和经济合理为原则,认真分析膨胀土地基的两大特性与土体含水量的关系,并进行妥善处理,同时辅以结构构造方面的措施以加强建筑物的整体性,施工中严格按照设计要求操作,膨胀土地基对建筑物的危害是完全可以消除的。

参考文献：

[1] 膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112-87) [S] .北京：建筑工业出版社, 1995.

[2] 刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京：中国建筑工业出版社, 1997.