膨胀土

一种高塑性粘土

膨胀土(expansive soil) 亦称“胀缩性土”。浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土。由于土中含有较多的蒙脱石、伊利石等黏土矿物，故亲水性很强。当天然含水率较高时，浸水后的膨胀量与膨胀力均较小，而失水后的收缩量与收缩力则很大；天然孔隙比愈大时，膨胀量与膨胀力愈小，收缩量与收缩力则大些。这类土对建筑物会造成严重危害，但在天然状态下强度一般较高，压缩性低，易被误认为是较好的地基。中国云南、贵州、四川、广西、河北、河南、湖北、陕西、安徽和江苏等地，均有不同范围的分布。对膨胀土地基，应做好地表的防渗与排水措施，也可适当加大基础荷载与基础深度以及提高建筑物的刚度并设沉降缝；或将持力层范围内的膨胀土挖除，用砂或其他非膨胀土回填。

简介

膨胀土是种高塑性黏土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等；地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。一般于建筑物完工后半年到五年出现。

分布

膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。膨胀土是特殊土的一种，常用的地基处理方法有换土、土性改良、灰土桩、水泥桩加固，以及防止地基土含水量变化等工程措施。

膨胀土粘粒成份主要由强亲水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。该土具有吸水膨胀.失水收缩并往复变形的性质，对路基的破坏作用不可低估，并且构成的破坏是不易修复的。为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度，达到安全.舒适行车的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。

主要性质

膨胀土的物理性质及力学性质分析

主要成分由亲水性矿物组成，有较强的胀缩性，一般呈棕、黄、褐色及灰白等色，常呈斑状，多含有钙质或铁锰质结构。土中裂隙较发育，有竖向、斜交和水平三种。距地表1~2米内，常有竖向张开裂隙。裂隙面呈油脂或蜡状光泽，时有擦痕或水渍，以及铁锰氧化物薄膜。膨胀土路堤会出现沉陷、边坡溜塌、路肩坍塌和滑坡等破坏现象。路堑会出现剥落、冲蚀、溜塌、滑坡等破坏。

膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊利石土和高岭土为主。按膨胀性分类可分为：弱膨胀、中膨胀、强膨胀三类。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊利石和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下：

含水量

膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当黏土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅1%~2%的量值，就足以引起有害的膨胀。在安康地区，膨胀土对人们的危害较大，建造在膨胀土上的地板，在雨季来临时，土中含水量增加引起的地板翘起开裂屡见不鲜。

一般来讲，很干的粘土表示有危险。这类粘土能吸收很多的水，其结果是对结构物发生破坏性膨胀。反之，比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进一步膨胀将不会很大。但应注意的是，潮湿的粘土，在水位下降或其它的条件变化时，可能变干，显示的收缩性也不可低估。

干容重

黏土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。在安康地区，人们对这种土的评语是“硬的象石头”。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。

力学性质

通过土工试验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。

Ⅰ.膨胀潜势

膨胀潜势：简单的讲，就是在室内按标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。

Ⅱ. 膨胀力

膨胀力，也就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。

综上所述，膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。

影响因素

内在因素

主要是指矿物成分及微观结构两方面。

矿物成分：膨胀土含大量的活性粘土矿物，如蒙脱石和伊利石，尤其是蒙脱石，比表面积大，在低含水量时对水有巨大的吸力，土中蒙脱石含量的多寡直接决定着土的胀缩性质的大小。

微观结构：这些矿物成分在空间上的联结状态也影响其胀缩性质。经对大量不同地点的膨胀土扫描电镜分析得知，面——面连接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的结构形式，这种结构比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的能力。

外界因素

水分的迁移是控制土胀、缩特性的关键外在因素。因为只有土中存在着可能产生水分迁移的梯度和进行水分迁移的途径，才有可能引起土的膨胀或收缩。尽管某一种粘土具有潜在的较高的膨胀势，但如果它的含水量保持不变，则不会有体积变化发生；相反，含水量的轻微变化，哪怕只是1%~2%的量值，实践证明就足以引起有害的膨胀。因此，判断膨胀土的胀缩性指标都是反映含水量变化时膨胀土的胀缩量及膨胀力大小的。

评价指标

自由膨胀率

将人工制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积，然后倒入盛水的量筒中，经充分吸水膨胀稳定后，再测其体积。增加的体积与原体积的比值称为自由膨胀率。

膨胀率与膨胀力

膨胀率表示原状土在侧限压缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比。

以各级压力下的膨胀率为纵坐标，压力p为横坐标，将试验结果绘制成p-关系曲线，该曲线与横坐标的交点称为试样的膨胀力，膨胀力表示原状土样，在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。膨胀力在选择基础型式及基底压力时，是个很有用的指标。在设计上如果希望减少膨胀变形，应使基底压力接近于膨胀力。

线缩率与收缩系数

膨胀土失水收缩，其收缩性可用线缩率与收缩系数表示。线缩率是指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比。表示为：

根据不同时刻的线缩率及相应含水量，可绘成收缩曲线，利用直线收缩段(AB段)可求得收缩系数λ，其定义为：原状土样在直线收缩阶段内，含水量每减少1%时所对应的线缩率的改变值，即：

胀缩等级

我国《膨胀土地区建筑技术规范》规定以50kPa压力下测定的土的膨胀率，计算地基分级变形量，作为划分胀缩等级的标准，表7-3给出了膨胀土地基的胀缩等级。

表7-3 膨胀土地基的胀缩等级

路基处理

在道路工程设计中，针对膨胀土的物理性质及力学性质，根据地质勘测的详实报告及有关处理膨胀土的经验，设计中采用了综合处理的思想，并进行了针对性的研究，提出如下措施：

（1）填高不足1米的路基，必须换填非膨胀土，并按规定压实。

（2）使用膨胀土作填料时，为增加其稳定性，采用石灰处治，石灰剂量范围10%∽12%，要求掺灰处理后的膨胀土，其胀缩总率接近零为佳。

（3）路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层，必要时须铺一层土工布，从而形成包心填方。

（4）路堑边坡不要一次挖到设计线，沿边坡予留厚度30∽50cm一层，待路堑挖完后，再削去予留部分，并以浆砌花格网护坡封闭。

（5）路堤与路堑分界处，即填挖交界处，两者土内的含水量不一定相同，原有的密实度也不尽相同，压实时应使其压实的均匀.紧密，避免发生不均匀沉陷。因此，填挖交界处2米范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶，翻松，并检查其含水量是否与填土含水量相近，同时采用适宜的压实机具，将其压实到规定的压实度。

（6）施工时应避开雨季作业，加强现场排水。路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久。路堤.路堑边坡按设计修整后，应立即浆砌护墙.护坡，防止雨水直接侵蚀。

（7）膨胀土地区路床的强度及压实标准应严格遵守国家有关规定。