工程地质第4章-2

（2）膨胀土

一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（以蒙脱石和伊利石为主）所组成的粘性土，在环境和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形。具有吸水膨胀、失水收缩的特性。已有的建筑经验证明，当土中水份聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀上抬压力而导致建筑物的破坏；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。土呈黄、红褐、灰白色，粘粒含量高，天然含水量接近塑限。膨胀土通常表现为压缩性低、强度高，因此易被误认为是良好的天然地基。膨胀土膨胀土地区的钻探

1.特征：（1）颗粒粒度：以粘土矿物为主，占35~50％以上，其次为粉砂。（2）矿物成分：以蒙脱石、伊利石为主。（3）具膨胀结构：（4）强烈胀缩性：膨胀土的工程性质1.胀缩性

膨胀土吸水后体积膨胀，使其上建筑物隆起，如膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上建筑物下沉。土中有效蒙脱石含量越多，胀缩潜势越大，膨胀力越大。土的初始含水量越低，膨胀量与膨胀力越大。击实土的膨胀性远比原状土为大，密实度越高，膨胀量与膨胀力越大，在膨胀土路基设计中应特别注意。2.崩解性

膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限条件下则发生吸水湿化。不同类型的膨胀土其崩解性不一样，强膨胀土浸入水中后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水中后，则需经过较长时间才逐步崩解，且有的崩解不完全。此外，膨胀土的崩解特性还与试样的起始湿度有关，一般干燥土试样崩解迅速且较完全，潮湿土试样崩解缓慢且不完全。3.多裂隙性膨胀土中的裂隙，主要可分原生裂隙与次生裂隙两种类型。这些裂隙将土体层层分割成具有一定几何形态的块体，如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰绿色粘土薄膜、条带或斑块，其矿物成分主要为蒙脱石，有很强的亲水性，具有软化土体强度的显著特性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面所控制。

4.超固结性

由于历史上受到过比现在上覆自重压力更大的压力。膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸荷膨胀，使边坡容易破坏。5.风化特性

膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化营力作用下，很快会产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏，强度降低。6.强度衰减性

膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，一般现场开挖都很困难。然而，由于其中蒙脱石矿物的强亲水性以及多裂隙结构，随着土受胀缩效应和风化作用的时间增加，抗剪强度将大幅度衰减。衰减过程有急剧的，但也有的比较缓慢。因而，有的膨胀土边坡开挖后，很快就出现滑动破坏；有的则要几年，几十年后才发生滑动。3.膨胀土的胀缩性指标1.自由膨胀率:烘干土粒全部浸水膨胀后增加的体积与原体积之比。FS≥40％为膨胀土。2.膨胀率：烘干土在一定压力（psw）下，不允许侧向膨胀的条件下浸水膨胀测定的，膨胀变形仅反映在高度上的变化。Csw＞4％，psw≥0.025Mpa为膨胀土。3.线缩率：饱水土样收缩后高度减小量（h0－h）与原高度（h0）之比。Esl≥50％为膨胀土。4.主要工程地质问题⑴膨胀：边坡及洞室鼓胀。边坡滑塌（吸水后粘聚力为0，内摩擦角只有几度，形成易滑边坡）⑵强度降低:地基下沉和侧鼓，并产生不均匀沉降基床翻浆泥⑶收缩:边坡开裂、地基沉降量大。膨胀土边坡坍塌膨胀土地面隆起

5.膨胀土防治

(1)地基防治:防水保湿地基土质改良防止水进入天沟、侧沟、盲沟地表隔水层防止水流失：水平和垂直隔水层，合理绿化。（距建筑物4m远）换填土灌石灰水形成Ca(oH)2吸收周围水分子形成Caco3胶结土壤

地表防护：排水沟坡面加固：植被护坡（植被、三合土抹面）⑵边坡防治：骨架护坡：片石护坡、拱形护坡支挡措施：抗滑桩、挡墙（柔性结构为宜，切不可盲目采用刚性结构）⑶

加大基础埋深:增大基础侧面摩擦力，或增加附加压力克服土的膨胀。（4）设计措施：（a）尽量避开地质不良地段，选择地形条件简单、土质均匀、胀缩性较弱的场地。（b）建筑体型简单，设置沉降缝。（c）房屋地坪可采用架空措施，也可采用预制块铺砌，块体间嵌柔性材料。（5）施工措施：尽量减少地基中的含水量的变化。

膨胀土坡面喷水保湿膨胀土边坡铺设排水沟和塑料防水板膨胀土边坡铺设排水沟和塑料防水板膨胀土边坡铺设塑料防水板膨胀土边坡铺设塑料防水板膨胀土边坡铺设塑料防水板膨胀土加石灰进行土质改良植草护坡骨架护坡膨胀土边坡浆砌片石护坡挡土墙抗滑桩抗滑桩膨胀土地区钻孔桩施工（3）软土

软土泛指天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性差的软塑、流塑状粘性土。它包括淤泥、淤泥质土、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、冲填土等。软土生成于静水或缓慢流动的流水环境。多数还具有高灵敏度的结构。建筑在软土地基上的建筑物易产生较大沉降或不均匀沉降，且沉降稳定所需要的时间很长，所以，在软土上建造建筑物必须慎重对待。

软粘土广泛分布在我国沿海地区、内陆平原及山区。沿海主要分布在河流的入海口，山区则在山间谷地、冲沟、河滩、洼地，平原在湖区较多。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比≥1.5的粘性土。淤泥质土：天然孔隙比小于1.5但≥1.0的粘性土。当土中有机质含量大于5%时称为有机质土；大于60%时则称泥炭。泥炭往往以夹层构造存在于一般粘性土层中，对工程十分不利，必须引起足够重视。软土的成因类型及性质：一、软土的成因类型

按地质成因，我国的软土有：滨海环境沉积、海陆过渡环境沉积（三角洲沉积）、河流环境沉积、湖泊环境沉积和沼泽环境沉积。

1.滨海环境沉积软土

在滨海（或海岸）环境的复杂水动力状况条件下，受波浪和潮汐作用，对各种粒径的砂粒进行搬运筛选而形成的沉积物，主要是沉积砂土，包括粗、中、细、粉砂。2.三角洲沉积软土

三角洲沉积属于海陆过渡的环境的沉积。它是河流流入海洋时，在河口附近的陆上和浅水环境中形成的碎屑沉积物。三角洲的形成发育是河流作用与海水作用长期相互作用结果。3.河流环境沉积软土河流搬运作用形成的沉积即冲积物。河漫滩冲积物是在洪水泛滥期所沉积的细颗粒沉积物，其典型的粒度成分为：砂粒5%~10%；粉粒20%~40%；粘粒35%~60%，有机质含量1%~10%，呈特殊的洪水层理。4.湖泊和沼泽环境沉积软土

湖泊是陆地上封闭的大型水体，湖泊的水动力条件和沉积作用与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，沉积物一般由粗到细依次变化，在可流入湖处形成与河流入海处一样的三角洲沉积。沼泽沉积为粘土、泥炭、腐殖土，有时成互层。通常含很多有机质，并且分选性很差。二、我国软土有下列特征：1、其颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时有腥臭味；2、颗粒成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量高达60％－70％；3、矿物成分除粉粒中的石英、长石、云母外，粘土矿物主要是伊利石，高岭石次之，此外常有一定量的有机质。4、具有典型的海绵状或蜂窝状结构，其孔隙比大，含水量高，透水性小，压缩性大，是软土强度低的重要原因。5、具有层理构造，软土、薄层粉砂、泥炭层等相互交替沉积，或呈透镜体相间沉积，形成性质复杂的土体。三、软土的工程性质1、孔隙比大，含水量高。2、透水性差，压缩性高。3、强度低；4、具有触变性（软土受到振动，颗粒连接破坏，土体强度降低，呈流动状态）；5、具有流变性（在长期荷载作用下，变形可延续很长时间，最终引起破坏。）软土软土软土地区的房屋倒塌软土地区的房屋开裂

四.软土的防治

⑴

排水砂井：Φ=0.4~2.0m，灌入中、粗砂。

⑵

砂垫层；

⑶堆截预压；

⑷

生石灰桩吸水散热→桩周温度升高，使软土脱水

⑸

强夯：锤重10~20t，升高10~40m，自由下落，靠冲击力使软土迅速排水，加固深度达

11~12m

⑹

旋喷桩：水泥砂浆化学浆液

⑺

换填土；

⑻抛石挤淤和爆破排淤；

⑼

沉井、墩或桩等深基础。地基处理方法1、砂井排水固结法

在软土地基中，钻成一定直径的孔眼，灌以粗砂或中砂，利用上部荷载作用，加速软土的排水固结，这种方法称为砂井排水法。砂井顶部用砂垫层连通，构成排水系统，在路堤荷载的作用下加速排水固结，从而提高强度，保证路堤的稳定性。（1）适用范围

软土层较厚、路堤较高时，常采用砂井排水法，加速固结沉降。（2）设计及施工要点

砂井地基的设计，首先应考虑砂井的直径、间距、布置形式和固结速率之间的关系。通常砂井直径、间距和长度的选择，应满足在预压过程中，在不太长的时间内，地基能达80%以上的固结度。砂井排水法系在软弱地基中用钢管成孔，孔中灌砂并振实后，形成竖向排水的砂井，砂井顶部设置水平排水的砂垫层，再堆载预压的地基处理方法。

砂井排水法砂垫层及沙井袋装砂井排水法

袋装砂井是事先把砂装入长条形透水性好的编织袋内，然后用专门的机具设备，打入软土地基内，代替普通大直径砂井的软基处理方法。

1.适用范围与普通砂井的适用范围相同。但是当地基水平位移较大时，袋装砂井更具优越性。

2.设计及施工要点（1）设计理论：理论分析与普通砂井相同。（2）袋装砂井的直径和间距根据所承担的排水量和施工工艺要求确定，一般采用7~12cm的直径，井距1~2m，相当于井径比15~30。2、垫层法垫层法（也称换土垫层法）是将基础底面下一定深度范围内的软弱土层挖去，然后分层回填强度较大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯实或振密的一种地基处理方法。此法适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层地基处理。垫层法的作用表现在以下三个方面，第一，

提高浅基础下地基的承载力；第二，

减少地基的沉降量；第三，

加速软弱土层的排水固结。垫层的设计要在满足强度、变形两个方面的要求下，确定合理的厚度h和垫层宽度b如图1。

砂垫层b

垫层剖面示意图3、强夯法

此法是用特别重的夯锤（10～20t）从高处（10～40m）自由落下，对地基进行强有力夯击，达到深层加固的效果，其影响深度可达10m以上，巨大的冲击能量在地基中产生很大的冲击波和动应力，引起地基土的压缩和振密，从而提高地基土的强度并降低其压缩性，还可改善地基土抵抗振动液化能力。据统计，经强夯法处理的地基，承载力可提高100%～400%，压缩性降低50%～90%。一般用于处理松散的碎石土、杂填土、砂土，低饱和度的粉土、粘土、湿陷性黄土；在高饱和度的细粒土地基上应慎重使用。强夯法的特点：施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。强夯法的适用范围：最初仅用于加固砂土和碎石土地基，对饱和度较高的粘性土，一般情况下处理效果不显著，其中尤其是用以加固淤泥和土地基，处理效果更差，使用时应慎重对待。强夯4、化学加固法化学加固法系指通过高压喷射、机械搅拌等方法，将各种化学浆液注入土中，浆液与土粒胶结硬化后，形成含化学浆液的加固体，从而改善地基土的物理力学性质，达到加固地基的目的。化学浆液一般分化学类和水泥类两大系列。a、生石灰桩生石灰水化过程中强烈吸水，体积膨胀，产生热量，桩周围温度升高，使脱水压密强度增大。此法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水率较高且地基承载力≤120KPa的粘性土等地基。当用于处理泥炭土或具有侵蚀性地下水时，宜通过试验确定其适用性，冬季施工时应注意低温影响。石灰桩施工b、旋转注浆法

将带有特殊喷嘴的注浆管置入软土层的预定深度，以20mPa左右压力高压喷射水泥砂浆或水玻璃和氯化钙混合液，喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合经过一定时间凝固，便在土中形成一定形状的固结体，形成复合地基。高压喷射注浆法具有施工简便、操作安全、成本低、既加固地基又防水止渗等优点，广泛应用于已有建筑和新建建筑的地基处理。适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。地下水流速过大和已涌水的防水工程，应慎重使用。旋喷旋喷旋喷旋喷旋喷施工旋喷施工旋喷施工旋喷施工堆载预压堆载预压堆载预压抛石挤淤抛石挤淤抛石挤淤