膨胀土治理技术浅析

膨胀土治理技术浅析

覃海芬刘思奇班焯

覃海芬刘思奇班焯

桂林电子科技大学广西桂林541004

摘要：我国膨胀土分布广泛，且覆盖面积大，膨胀土具有不良的胀缩性质，具有很大的危害性，位于膨胀土范围的工程需要采取一定的措施进行处理，达到施工要求后才能继续。处理方法一般常采用化学改良法，近几年也出现了不少新型固体改良剂，未有广泛应用。文中介绍常用的几种化学法的改良，并分析新型固体改良剂的改良机理以及效果。

关键词：膨胀土；膨胀土危害；膨胀土改良

引言

膨胀土在我国主要分布于广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地区。膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种黏性土[1]，“土的胀缩性”是导致膨胀土地区工程地质问题和危害的根本原因，其产生的变形破坏作用往往具有长期性、周期性、潜在危险性等特点，对于工程的进行及后期维修十分不便。在膨胀土地区兴建公路、铁路、水利、建筑、机场以及码头等项目日益增多，每年因膨胀土造成的相关经济损失达百亿美元以上，膨胀土改良方法应该被引起重视研究，并积极推广，本文简单对膨胀土的工程危害、改良目标以及已有改良技术进行归纳。

1膨胀土对工程的危害及改良目标

膨胀土道路工程的路基边坡会因裂缝渗水出现剥落、冲蚀、溜塌、滑坡、沉陷等破坏，通过隔断坡内土体与大气降水的接触，减少干湿变化，从而减少坡面坊塌破坏。膨胀土路基会因湿胀干缩变形导致路面开裂，使柔性路面凹凸不平和翻浆冒泥[2]，我们需改善路基填筑用土的性能，提高路基路床的强度和稳定性，保证路基质量。

膨胀土频繁往复的胀缩力产生地基变形造成房屋损坏，埋置深度较浅的低层建筑物易于遭受损坏，土的胀缩交替，还会使墙体出现交叉裂缝，需通过改良技术减小土体变形，增强地基稳定性，提高承载能力。位于膨胀土的地下工程围护易引起坍塌、变形，开挖等工程活动会加剧膨胀土边坡水体入侵、裂隙发展和风化作用等，极易引发松动、塌落的边坡失稳现象[3]，需通过加固以及膨胀土的处理来提高土体强度和稳定性，减小膨胀土的胀缩量。位于膨胀土的边坡，在降雨之后会容易引起浅层牵引式滑坡、坍滑、溜塌现象，通过对膨胀土进行处理以及采取一些边坡的防护与加固技术，从而保证膨胀土边坡的长期稳定。

2常用的化学改良处理技术

2.1石灰处理法

潮湿膨胀土内加入生石灰通过产生离子交换胶结、硬化、结晶作用，使膨胀土获得水稳定性，进一步提高了膨胀土的强度和水稳定性.采用石灰进行处理时，大多试验以及工程实例表明，常用的石灰掺灰量为3%～8%，经改良后膨胀土系数降低20%～50%，抗剪强度提高30%～60%。

2.2水泥处理法

采用水泥进行处理时，水泥掺入湿润膨胀土后，发生离子交换及团粒化作用、硬凝反应及碳酸反应，膨胀土形成了水化水泥骨架，约束了土颗粒之间及土颗粒与水之间的相互作用，抗压强度增大。常用掺灰量为5%～8%，经水泥改良后膨胀土系数降低20%～50%，抗剪强度可提高30%～60%。

2.3粉煤灰处理法

粉煤灰是一种工业废料，富含粘土矿物，掺入膨胀土混合后，湿润环境下产生离子交换作用、硬凝反应可有效提高膨胀土的强度并抑制膨胀土体积的变形，从而能降低膨胀土的胀缩效应，并提高强度。粉煤灰的常用掺灰量为6%～15%，经粉煤灰改良后膨胀土系数降低30%～50%，抗剪强度可提高30%～50%。

实际施工实践证明，同时使用两种不同掺和剂能起到优势互补的作用，相对只掺单一改良剂起到更好的效果。

注：掺灰量是指添加剂质量与干土质量之比。

3新型膨胀土治理技术

3.1煤矸石改良膨胀土

煤矸石作是伴随煤炭产生的排放量较大的固体废弃，化学成分与石灰相似，掺入膨胀土，抗剪强度明显增大，从杨晓蕴等人[4]的抗剪强度试验可得最佳掺量为8%。煤矸石处理法减少资源浪费，且膨胀土有效降低使用煤矸石时对周围环境产生的负面化学影响。

3.2废秸秆改良膨胀土

废秸秆是水稻、小麦、玉米等禾本科农作物成熟脱粒后的产物，其主要成分为SiO2，还含有CaO、Al2O3，张德恒[5]秸秆灰渣改良膨胀土试验研究表明，秸秆灰渣可有效改良膨胀土的工程特性，建议掺灰量为16%左右。大理石的主要成分为CaO，是很好的胶凝材料，粘聚力大弥补秸秆灰渣的不足，试验表明，废弃秸秆与大理石灰一起掺入膨胀土，改良效果更明显。

3.3风化砂改良膨胀土

风化砂是地表岩层风化过程的中间产物，其特征是颗粒呈棱角状。风化砂的掺入可增加膨胀土中粗颗粒的基本含量，以此改变土壤中的密实性，降低土壤膨胀的性能；风化砂颗粒呈棱角状可提高膨胀土中的颗粒和颗粒之间的摩擦能力，使颗粒中间的摩擦能力降低土壤之间的膨胀系数，进而保证土壤膨胀达到一定效果[6]。

3.4废旧陶瓷改良膨胀土

废旧陶瓷改良膨胀土需要制备由废旧陶瓷、硅酸钠以及磁性离子液体组成的改良剂，通过废旧陶瓷的填充作用、硅酸钠的粘结作用以及磁性离子液体与膨胀土之间的离子交换作用，可较明显地降低膨胀土的自由膨胀率，并提高抗剪强度。

3.5水泥窑灰（CKD）改良膨胀土[7]

水泥窑灰（CKD）作为生产水泥的副产品，排放量大，主要成分与水泥相似，CKD具有火山灰特性，能够改善土的工程特性，可作为道路路基的固化材料，建议掺灰量为10%～18%左右；CKD和水泥一样对降低膨胀土可塑性、改良无侧限抗压强度有较好的效果。

3.6实验内容：废弃砖改良膨胀土

砖粉和粉煤灰的成分相似且具有相似的化学性[8]，故废砖和粉煤灰一样对膨胀土都有改良效果。

我们的实验材料是取自广西南宁某地区平均自由膨胀率在42%左右的弱膨胀土和广西桂林市的多孔砖进行改良试验，在进行砖粉：膨胀土配比分别为1：6、1：8的试验时，自由膨胀率分别为29.83%、37.58%，试验初步结果表明，随着砖粉掺量的增多，自由膨胀率逐渐降低，抗剪强度增大。

4结论

近几年来对膨胀土改良方法的研究更趋向于生产生活过程中产生的大量的固体废弃物，走“绿色环保”路线，探索固体废弃物改良膨胀土是一种可持续发展的出路。实验初步表明废弃砖对膨胀土有粉煤灰相似的改良效果，废弃砖改良膨胀土的方法可以进一步发展，促进建筑绿色环保发展。

参考文献：

[1]郄国增.膨胀土特性分析[J].河北水利学报，2018，（6）：38-39.

[2]李连文，粉煤灰改良膨胀土抗剪强度室内试验研究[J].重庆科技学院学报，2013，15（6）：108-111.

[3]黄仕高，膨胀土边坡综合治理方案综述[J].华东科技（学术版），2018，（1）：325.

[4]杨晓蕴，张雁.煤矸石粉改良膨胀土抗剪强度机理分析[J].煤炭工程，2014，46（9）：123-125.

[5]张德恒.废弃秸秆灰渣改良膨胀土的体积变化特征研究[J].南京工程学院学报：自然科学版，2014，12（2）：41-44.

[6]吴超.膨胀土改良技术在路基施工中的应用[J].中国高新科技，2018，（4）：60-62.

[7]崔素丽，王安国等，水泥窑灰（CKD）改性膨胀土的击实性质试验研究[J].西北大学学报（自然科学版），2016，（2）：256-260.

[8]陈裕佳，杨善顺，徐仁崇.建筑废砖的资源再循环利用[J].砖瓦，2016，（12）：65-67.

本论文属于广西大学生创业训练“膨胀土咨询与治理工作室”项目成果（项目编号：201710595250）

作者简介：覃海芬（1997-），女，桂林电子科技大学本科生，研究方向为土木工程