膨胀土地基的处理

1、文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.第3章膨胀土地基的处理3.1膨胀土的判别方法与标准准确判别膨胀土及评价膨胀势大小是膨胀土地基处理首要解决的问题。若将膨胀土漏判或将强膨胀土判为弱膨胀土， 会给工程埋下隐患；若将普通土误判为 膨胀土或将弱膨胀土为强膨胀土，会造成经济的巨大浪费。已有的工程教训证明， 许多膨胀土的工程危害是由工程人员对膨胀土误判造成。目前，国内外关于膨胀土判别分级的指标有几十种之多，我国不同行业之间的判定方法与标准亦不相同。 国内工程设计常用的判别标准主要有以下 3类。第4类为本设计建议使用的判别 标准。1原国家建委标准3该规范以自由膨胀率为判据，特殊情

2、况下可以根据蒙脱石含量来确定自由膨 胀率大于40%，或蒙脱石含量大于7%时，可判定为膨胀土。其后的建筑地基 基础设计规范也有相近内容的规定。膨胀上的分级标准见表 3-1表3-1膨胀土级别标准(原国家建委)自由膨胀率(%)蒙脱石含量(%)膨胀土级别自由膨胀率(%)蒙脱石含量(%)膨胀土级别10025强膨胀土40 607 14弱膨胀土60 10014 25中膨胀土2.铁道部行业标准4规则中，膨胀土的判别分为初判和详判。初判适用于踏勘与初测阶段，详判 适用于定测与施工图设计阶段。初判依据为土的现场宏观地质特征、自由膨胀率、 液限。土的现场宏观地质特征符合膨胀土特征，且自由膨胀率Fs40%液限Wl 4

3、0%寸，判定为膨胀土。膨胀土的现场宏观地质特征详见规则 。详判时，使用自由膨胀率、蒙脱石含量与阳离子交换量3项指标。当符合其 中2项指标时，判别为膨胀土。注:CECioo表示100g干土的阳离子交换量，单位为(mmol)NH4+。3.交通部标准5规范中，要求自由膨胀率大于 40%和液限大于40%的黏土质，可初判为膨 胀土，但这并不是惟一的，最终决定因素是“胀缩总率及膨胀的循环变形特征， 以及与其他指标相结合的综合判别方法”。其膨胀土工程地质分类见表3-3o表3-3 膨胀土工程地质分类(交通部)分类野外地质特征主要黏土矿物成分0.002mm黏粒含量(%)自由膨胀率(%)膨胀总量(%)强膨胀土灰白

4、、灰绿色，黏土蒙脱石50904中膨胀土细腻，滑感特强，网状裂隙极发育，有蜡面，伊利石35 5065 9024弱膨胀土易风华成细粒状、鳞片蒙脱石3540 650.7 2.0状伊利石以综、红、灰色为主， 黏土中含少量粉砂，滑蒙脱石感较强，裂隙较发育，伊利石易风化成碎粒状，含钙质结核高岭石黄褐色为主，黏土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风华成碎粒状，含较多钙质结核或铁锰质结核注:胀缩总率为土在 50kPa压力下的膨胀率与收缩率之和。4.建议使用的公路膨胀土判别与分级标准上述原国家建委、铁道部膨胀土判别与分级标准均要求定量测定膨胀性黏土 矿物，如蒙脱石的含量。这种微观矿物含量的测定一般只有研究单位的

5、专门试验 室才能完成，且花费时间较长，给工程设计与施工带来很多困难。事实上，设计 与施工单位很少采用。交通部规范膨胀土评价标准中的胀缩总率指标来自考 虑地基承载力的房屋建筑部门。它完全不符合公路工程低荷载或零荷载的工程状 况，且确定该指标所需要的一些参数又很难获取。我国交通部第二公路勘察设计研究院（以下简称“中交二院”）通过大量研究 工作，提出以标准吸湿含水率与塑性指数 2个分类指标作为膨胀土的判别与分级 标准。所谓标准吸湿含水率指，在标准条件下（温度25C 2，相对湿度60% 3%）, 膨胀土试样从天然含水量脱湿至平衡后的含水量。标准吸湿含水量与蒙脱石含量、 阳离子交换量及比表面积之间具有良

6、好的线性相关性，反应了膨胀土的本质特性。塑性指数很好地反映了粒度组成、分散特性及阳离子与黏土矿物之间的相互作用。 采用标准吸湿含水率与塑性指数对土的膨胀势分级的指标见表3-4。标准吸湿含水率测定的具体方法见参考文献7或文献15中膨胀土的判别与分类新方法 一 文。表3-4土的膨胀势分级指标（中交二院）膨胀势分级非膨胀土弱膨胀土中等膨胀土强膨胀土标准吸湿含水率Ws2.52.5 ws4.84.8 w ws6.86.8 w wsws ( % )lp1515 Ip3030 w Ip4545 w Ip塑性指标lp（ %）Fs8。大于 1m 填方路堤的基底换填或掺灰改性设计时， 主要考虑因素是膨胀土地 基的

7、承载力；小于 lm 填方路堤的基地换填或掺灰改性设计时，主要考虑因素是 基底的膨胀变形量或膨胀力； 挖方与零填方路段地基换填或掺灰改性设计时， 考 虑的主要因素是路床的变形与强度要求标准， 及换填深度对下伏膨胀上膨胀性的 抑制作用。2.石灰改性膨胀土的机理石灰对膨胀土的改性机理表现为 5 种作用：阳离子交换 (cationic exchange)； 凝聚(agglomeration)；细凝反映(flocculation)；碳酸岩化(carbonation)；胶结或凝 硬作用 (cementationor pozzolanic reaction)。膨胀土组成以蒙脱石、 伊利石、 高岭石等勃土矿物

8、为主。 黏粒表面吸附有大 量的金属阳离子，当掺人石灰后，由于土中产生过量的Ca2+离子，同时Ca(OH)2分子电离的0H-离子形成强碱环境，使得CX+置换了膨胀土黏粒表面的某些阳离 子，女口 K+, Na+，Fe2+等(Mg2+除外)，由此改变了黏粒表面的带电状态，结果使 膨胀土颗粒很快地凝聚起来而提高了土的初期强度。细凝过程与阳离子交换过程同时发生。由于孔隙中电解质浓度的增加，Ca2+离子被吸附在豁土的表面，蒙脱石晶层间的水向外溢出，土体体积减少。掺灰改性土的石灰碳酸岩化反应生成的CaC03 在掺灰土中多形成长短不等的棒状物、 针状物及网状物， 它们将豁土颗粒联结或包裹起来， 集聚成粉粒或更

9、 大的团粒。这些大颗粒的粒径多集中于 0.05 0.005mm之间。石灰的碳酸岩化是 促使赫粒集聚、消除胀缩性、提高强度，并保持长久稳定的根本原因。掺灰改性 土的典型化学式方程表达如下：CaCO3：除了本身具有较高强度外，它与铝酸钙作用也可起到加固土的作用。 由于这个反应过程缓慢， 对于改善土的工程性质初期作用不大， 但随时间的延长 改善作用会越来越明显。 胶结或凝硬反映相当复杂， 也需要很长时间。 胶结或凝 硬反映使土中相当一部分SiO2形成SiO2水溶性胶体粒子，氧化铝也可形成一些 胶体粒子。 这些生成物聚凝后也会改善膨胀土的工程性质， 主要作用是提高石灰 土的后期强度及耐久性。该过程类似

10、于水泥的水化反应过程，CaO与水发生反映 放出的热，在初期加快了凝硬反映。同时，实验表明，石灰土浸水后强度还会提 高，某种意义上可将其视为水硬性材料。3.3.2 设计计算公路膨胀上地基浅层换填与掺灰改性设计分为3 类：C大于等于lm高度路堤的基底换填与掺灰改性设计；C挖方路段，包括小于lm高度填方、零填方路段的换填与掺灰改性设计；C公路桥涵地基与基础设计。公路桥涵地基与基础设计参考规范8。1路堤基底换填与掺灰改性设计浸水后膨胀土的强度与变形指标急剧降低，承载力一般在80 150kPa 范围内。因此，对于填方路堤高度大于 3.0m 的膨胀土软基应进行工程处理。目前，公路行业标准在规范 9 中对桥

11、涵地基的设计给出了使用地基允许 承载力的具体方法与标准。 但对路堤设计的基底承载力或基底允许承载力没有明 确规定。在规范 10 中，要求“在软土地基上修筑路堤，应进行稳定验算与 沉降计算”，来检验软土地基的强度与变形是否满足要求。建筑部门通过多年的工作经验， 已经积累了大量有关地基承载力或地基允许 承载力的资料或经验确定值，借鉴使用这些资料或经验确定值非常简单、方便， 对初步确定填筑路堤基底的强度与变形具有非常重要的意义。 一般来讲， 将建筑 部门的地基允许承载力用于公路路堤基底偏于保守或不经济。膨胀土软基承载力确定与使用膨胀土软基承载力可通过荷载试验法、 计算法、 经验法确定。 荷载试验宜采

12、 用浸水荷载试验。 计算法采用三轴不排水快剪试验确定土的抗剪强度， 再根据国 家现行的岩土工程勘察规范或建筑地基基础设计规范计算地基的承载力。 经验法 可参考规范 10对于一般工程经验确定值。承载力确定后，可根据式 (3 1)初步判断膨胀土软基的强度与变形是否满足 路堤的要求：fk p p h em(31)式中： h 路堤高度， m；em 路堤填土平均重度， kN/m3；Pp 路面压强， kPa；fk 膨胀土软基承载力， kPa。若根据上式初步判断膨胀土软基不满足要求，则需按规范10 中要求，进行稳定验算与沉降计算，来进一步确定其强度与变形是否满足要求。换填材料选择或改性膨胀土掺灰率设计换填材

13、料可选用强度较大、水稳性及透水性好的圆砾、角砾、碎石、砂土、 砂性土，也可选用无侵害性、无环境污染，且工程性质符合要求的矿渣、煤渣等 材料。受取土条件限制时，也可使用无病害黏性土。但使用黏性土时，应作好地 下排水设计，如路基渗沟设计等。膨胀上改性掺灰量通过 CBR 击实试验确定。采用重型标准击实试验时，要 求 85%压实度时， CBR 值大于 8。一般 3%的掺灰率，各种膨胀土均可达到上述 要求。与采用勃性土换填类似， 采用膨胀土掺灰改性措施时， 应作好地下排水设 计，如路基渗沟的设计等。换填或掺灰改性厚度确定采用换填浅层掺灰改性措施时， 宜将浅层的膨胀土软基全部挖出， 直至承载 力满足要求的

14、下卧层。 从施工角度考虑， 一般要求换填或膨胀土掺灰改性深度不 超过3.0m。换填宽度与路堤基底宽度一致。2挖方路段及小于lm高度填方路段的换填与掺灰改性设计换填材料选择或改性膨胀土掺灰率设计换填材料一般选用压实度、强度 （CBR 值）、最大粒径可达到规范 10要求 且稳定性能好的无病害土，包括碎石、砂土、砂性土、豁性土等，也可选用无侵 害性、无环境污染，且工程性质附和要求的矿渣、煤渣等材料。膨胀土掺灰量通过灰土的膨胀性试验与 CBR 击实试验确定，以完全消除膨 胀性，且 CBR 值达到规范要求时的掺灰量为设计标准掺灰量。国内外已有的研究成果表明， 虽然膨胀土的种类存在差异， 但改性膨胀土的

15、最优掺灰率变化不大， 一般介于 3%8%之间。掺灰膨胀土的强度提高先于膨胀 性改善。当掺灰率达到 3%时，改性土的强度发生显著提高； 当掺灰率为 5%时， 膨胀性才会有显著消弱。此外，由于掺灰改性土的工程性质的特殊性，本设计建议：C掺灰膨胀土混合料应在样品养护1 3d后进行击实试验，来确定最大干容 重与最佳含水量。C由于石灰土的强度和变形模量均比一般天然土高很多，在满足强度与变形要求的前提下，掺灰改性土的压实可以低于上路床填土的压实度，即低于 95% 的压实度。一般而言，采用重型击实标准时，灰土的85%压实度即可满足路床的 强度与变形要求。换填或掺灰改性厚度确定规范11 中规定：高速公路及一、

16、二级公路路基填土高度小于路面与路床 的总厚度，基底为膨胀土时，宜挖除地表 0.3 0.6m的膨胀土，并将路床换填非 膨胀土或掺灰处理。换填或掺灰改性厚度可以通过非扰动土有荷载膨胀量试验确定。试验取地表下80cm深处天然含水量非扰动土进行。通过系列有荷载膨胀量试验，可以求得 试样在1%膨胀量变形时的膨胀力，该膨胀力称作膨胀力标准值。可换填或掺灰改性厚度以式（3-2）计算确定。若计算值小于30cm,则取30cm。h Pe Pp . h（ 3 2）式中：h 设计换填土或掺灰改性土的厚度，m；Pe 换填土层或掺灰改性土层底面下膨胀土的膨胀力标准值（试样在1%膨胀量变形时的膨胀力），kPa；Pp 路面结

17、构层压强，kPa；h 压实后换填土层或掺灰改性土层容重，kN/m3。3.4 石灰桩或灰土桩法石灰桩是房屋建筑部门常用的地基处理方法。 它采用机械或人工方法在地基 或堑坡中成孔，然后灌人生石灰或生石灰与粉煤灰、 火山灰、水泥等的掺和料及 少量外加剂，并振密或夯实而形成桩体。石灰桩与经改良的桩周土组成石灰桩复 合地基，以支撑上部建筑物。石灰桩的加固深度可以从几米到十几米。本章的石灰桩法主要用于公路路堤的膨胀土基底加固或膨胀土堑坡的稳定 性加固。用于公路膨胀土地基处理的石灰桩与房屋建筑使用的石灰桩，在工作机理与设计计算上略有差异。用于公路膨胀堑坡稳定的石灰桩更偏重于石灰对膨胀 土的改性作用。因而，稳

18、定膨胀土堑坡的石灰桩较建筑地基处理的石灰桩孔径更 小，桩体更密。3.4.1 原理与适用范围石灰桩既适用于厚度超过 2.0m 的膨胀土软基，也适用于弱与中等膨胀土开 挖堑坡。但两者的加固原理与设计原则存在一定差异。 用于处理膨胀土软基的石 灰桩一般为 210m。1. 石灰桩加固膨胀土软基原理石灰桩对膨胀土软基的加固原理可归纳为： 桩周土的改性与胶结作用、 置换 作用、排水固结作用、桩与桩间土的高温效应、膨胀挤密作用。C桩周土的改性与胶结加固作用桩孔中的生石灰与桩周接触的膨胀土会发生离子交换、化学与凝胶反应等， 从而对桩周膨胀土起到改性与胶结加固作用。 石灰对膨胀土的改性机理具体参看 上节的“石灰

19、改性膨胀土的机理” 。在天津清代道台衙门旧址建筑物下曾发现石灰桩对土的胶结作用证据。 该桩 长 3050cm 不等，性状上大下小，如钟形。发现时，桩中心仍然呈软膏状，但桩 周约 2cm 的土却形成了一层坚硬的外壳，近于陶土的色调。生石灰对膨胀土的 改性作用范围更宽。C置换作用石灰桩较桩间土具有更大的强度（抗压强度约500kPa）,其作为竖向增强体与 桩间土形成复合地基。 石灰桩在复合地基中发挥着桩体作用。 当承受荷载时， 刚 度较大的桩承担较大的应力,约分担了 30%的荷载（在正常置换比下 ）。根据国内 实测数据,石灰桩复合地基的桩土应力比一般为 2.55.0。石灰桩这种置换作用在膨胀土地基具

20、有独特功用。 当桩间浅层膨胀土吸水膨 胀时,桩分担的荷载将部分退还转移给周围的膨胀土, 从而抑制浅层膨胀土的胀 缩变形。C排水固结作用试验表明，石灰桩体的渗透系数一般为 10-5 10-3cm/s,相当于细砂的渗透 系数。由于石灰桩间距较小 （一般为 23 倍桩体直径 ）,水平路径很短,具有很 好的排水固结作用。 从建筑物沉降观测记录表明, 建筑竣工使用时, 其沉降已基 本稳定，沉降速率在 0.04mm/d 左右。当桩体掺和料采用煤渣、 矿渣、钢渣等粗颗粒料时，排水固结作用更加明显。C桩与桩间土的高温效应软基膨胀土含水量较高。 1kg 生石灰的消解反应要吸收 0.32kg 的水，同时放 出11

21、64kJ的热量。加掺和料的石灰桩，桩内温度可高达 200 300C,桩间土的 温度最高可达到40 50C,从而使膨胀土产生一定的汽化脱水， 膨胀土中含水量 下降，土粒靠拢挤密，强度提高。C膨胀挤密作用石灰桩的生石灰吸水膨胀， 使桩间膨胀软土受到强大的挤压力， 这对地下水 位以下软土的挤密起主导作用。 测试结果表明， 自然状态下， 生石灰熟化后的体 积可增加到原来的 1.53.5倍，质量好的一等钙石灰的体胀约为 33.5倍。2. 石灰桩稳定膨胀土堑坡原理石灰桩对膨胀土堑坡的稳定原理可归纳为： 桩周膨胀土的改性作用， 边坡的 分隔加固作用、排水作用。C桩周膨胀土的改性作用石灰对膨胀土的改性机理具体

22、参看上节的“石灰改性膨胀土的机理” ，用于 稳定膨胀土石灰桩具有桩径小、 桩体密的特点。 这样， 生石灰对桩周的膨胀土改 性作用面积大大增加。以生石灰离子在膨胀土中渗透与影响距离 15cm 计算，则 桩径15cm、桩距60cm、正三角形排列的石灰桩，其换土与膨胀土改性总面积可 达 51%。桩周膨胀土的改性作用与桩本身的换土作用， 较好地增强了膨胀土堑坡浅层 土体的整体强度，改善了整体的胀缩性。O边坡表层的分隔加固作用由于膨胀土中大量地、不均匀地分布着各种尺寸的结构面 （如裂隙、构造软 弱面、断裂滑面 ），使其路堑边坡破坏并表现出某些随机性质，既可以发生在坡 脚、玻腰或坡顶，也可以发生在任何局部

23、地段。针对这种局部破坏， 有效的防护措施就是分隔支护。 堑坡上的石灰桩以自身 为结点，组成一个类似于三角形网格状结构， 将堑坡的浅层膨胀土分隔加固， 可 以有效地阻止膨胀土的随机局部破坏和边坡的分级逐次破坏。 分隔加固的优点在 于，即使某一个网内的膨胀土发生变形与破坏， 也不会将这种变形与破坏扩散到 其他部位，极大地减少了膨胀土浅层病害的发生规模与次数。C排水作用石灰桩体的渗透系数一般为10-5 10-3cm/s,相当于细砂的渗透系数。这样， 堑坡某一部位土体中的渗水很快可以通过其下游的石灰桩顺利排出， 从而减少了 土中积水引发的膨胀土变形与破坏。3.4.2 设计计算C用于公路膨胀土地基处理的

24、石灰桩设计分为 3种类型：C挖方路段膨胀土堑坡加固的石灰桩设计；C填方路段膨胀土软基的石灰桩加固设计；C公路桥涵地基与基础设计。公路桥涵地基与基础设计参考规范10 0C膨胀土堑坡加固的石灰桩设计计算C石灰桩设计C材料选用新鲜的生石灰，并需过筛，一般要求石灰粒径20mm左右，含粉量不得超过总重量的 20%， Ca0 含量不得低于 70%，夹石含量不大于 5%0C桩径的设计根据施工工艺确定，一般为10 30cm 为了防止桩中心的软化现象，本设计建议取15cm 灰土桩可取较大直径，建议取 30cm。C桩距一般取3.5 5倍的桩径。具体设计时可根据膨胀土的膨胀性强弱及气 候变化剧烈程度， 在此区间选择

25、桩距。 弱膨胀土可选择桩径 5 倍的桩距， 中等膨 胀土可选择 3.5倍的桩距。C桩长根据膨胀土类型及当地大气风化深度确定。原则上讲，桩长应大于膨 胀土强风化层厚而小于强风化层厚与弱风化层厚之和。强风化层厚一般为 0.4 1m弱风化层厚一般为1 1.5m 一般桩长取1.0- 1.5mC建议桩体竖直布置，桩孔在坡面上采用正三角形排列。其他配合措施设计包括边坡表层排水、浆砌块石或混凝土骨架、植草等设计。3石灰桩加固膨胀土软基的设计计算膨胀土软基承载力确定与使用填方路堤膨胀土软基的承载力确定与使用， 参 考“浅层换填与掺灰改性法”有关内容。C石灰桩设计C材料选用新鲜的生石灰，含粉量不得超过总重量的

26、20%, CaO含量不得低 于 70%，夹石含量不大于 5%。试验证明，小粒径生石灰加固效果优于块灰，应 用时将石灰块碎成小粒径， 一般要求石灰粒径 20mm 左右。生石灰中掺人适量粉 煤灰或火山灰等含硅材料时， 粉煤灰或火山灰与生石灰的重力配合比一般为3：7。粉煤灰应采用干灰，含水量 w5%，使用时要求与生石灰拌均匀。C桩径的设计根据施工工艺确定，一般为 15 50cm。若桩的材料只有生石 灰，而无辅助掺料时， 为了防止桩中心的软化现象， 本设计建议桩径取值不超过 30cm。C桩距一般取34倍的桩径距离。一般距桩中心 4倍距离以外的土得不到 加固，桩体石灰对膨胀土的影响作用也减至零。 桩位布

27、置在平面上可采用梅花形、 正方形或矩形排列。C桩长的长度，即加固层厚度应满足桩底未经加固土层的承载力要求。加固 膨胀土软基的石灰桩长度一般取值 24m。C复合地基承载力计算经石灰桩加固的膨胀土软基为复合地基， 其承载力标准值应通过现场单桩复 合地基或群桩复合地基荷载试验确定。有经验时，也可按下式估算：fspk fspk 1 m n 1（33）式中：fspk 石灰桩复合地基承载力标准值，kPa；Ifspk 加固后桩间土承载力标准值，kPa,可根据加固后土的物理力学指标 （平均含水量、孔隙比等 ）查有关规范确定；m 石灰桩水化膨胀后面积置换率，为桩体的横断面积与该桩体所对 应的复合地基面积之比；n

28、 桩与土的应力比，由试验确定，无实测资料时可取3 5，当桩身强度较高时也可取 58。当石灰桩复合地基以下有软弱下卧层时，按下式验算下卧层的地基承载力：pz pcz f z（34）式中：pz 软卧下卧层顶面处的附加压力设计值，kPa,即路堤、路床、路 面总重力；Pcz 软弱下卧层顶面处的复合地基自重压力标准值，kPa；fz 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值，kPa。江苏省建筑设计院通过相当数量的土工物理参数和静荷载等试验， 总结出以 下可供设计参考的经验数据：C桩身变形模量Es=10 30MPa； Es=（35）Ec（Ec为桩间土变形模量）；C石灰桩加固后的复合地基承载力为原天然地

29、基承载力的2.0 3.3倍；C加固后的含水量下降30%；C受生石灰改性作用影响，土的塑限含水量大幅下降，液限下降30%45%, 土的状态明显改善；C土的天然容重增加20%以上，孔隙比减少15% 40%;土的黏聚力和无侧限抗压强度提高 40%70%。C复合地基变形计算填方路基的最终沉降量由路基填料的工后压缩沉降与基底压缩沉降组成。 膨 胀土软基经石灰桩加固后，在桩长范围内复合地基的压缩模量按下式估算 ：Esp Es1 m n 1（35）式中： Esp 石灰桩复合土层的压缩模量， MPa；IEs 桩间土的压缩模量，MPa,由室内土工试验或现场测试确定。m， n 与复合地基承载力估算公式相同。桩长范

30、围内复合土层的沉降量也可按桩长的0.5%1%估算。正常情况下,桩底下卧层的沉降量为主控沉降量。3.5 有机大分子溶液改良法使用溶液改良土的原理是往土中掺加高价金属盐类物质或有机阳离子化合 物,通过离子交换吸附, 削弱蒙脱石晶内负电斥力和减薄双电层的厚度, 从而抑 制蒙脱石晶内膨胀性和黏土微粒之间膨胀性, 改善土的吸水性。 膨胀土的改良液 均为粒子溶液, 特别适合路堑边坡的土体改良。 高价阳离子无机盐类改良剂一般 使用具有强吸附度的可溶性Fe3+粒子盐和 Al3+粒子盐，如 FeCb，FeCb，Fe2(FeSO4)3，FeSO4，AlCl 3(其中亚铁粒子可自然氧化转为三价粒子 )等。有机阳离子

31、在矿物黏粒表面具有非常大的附着力， 以及引起黏土胶体颗粒凝 聚的聚结能力。用有机阳离子化合物改良膨胀土的性质具有以下优势：1能显著改变土的水敏膨胀属性；2由于膨胀土作用速度快，当它伴随大量的水注人土层时，不会触发深层土 的膨胀；3. 有效作用时间长；4. 在低渗透硬土中容易渗透和扩散；5能提高土体力学强度；6无毒性，对环境影响小。有机阳离子化合物改良膨胀土技术研究首获成功并将其应用于商业的是美 国的CONDOR公司，它发明的磺化油(Sulphonated oil)稳定剂在美国得克萨斯州 建筑物地基、 机场道路、排水渠等工程的膨胀土处理措施中被普遍采用。 根据得 克萨斯州建筑场地膨胀土处理前后的

32、资料， 经处理的中膨胀土， 其膨胀率趋向于 零，内摩擦角增加约 2.5 倍。广西区交通科学研究所使用 DAH 固化混合液加固 膨胀土路堑边坡获得成功，并在广西境内推广使用。3.5.1 原理与适用范围DAH 化学改良液使用时，将其与水可以按 1：2001：500 比例制成水溶液， 该水溶液具有较强的渗透性。因此， DAH 化学改良液多用于膨胀土堑坡稳定处 理，也可用于膨胀土路基基底的改性处理。DAH 化学改良液为混合溶液， 由 DAH 有机阳离子和可溶无机盐按一定比例 配制而成。 DAH 有机阳离子同时具有亲水基团和憎水基团。 DAH 分子进入黏土 矿物晶格后， 亲水基团指向极性水分子， 憎水基

33、团指向矿物晶片， 形成单分子吸 附层，将膨胀性黏土矿物晶格中的水释放并驱赶出来，使黏粒矿物（如蒙脱石 ）的吸水特性减弱，从而改变其反复胀缩性质混合溶液中的无机盐可解离出交换性高 价阳离子。这种高价阳离子进人矿物晶层间，置换出低价的钾、钠离子，提高晶 层间的联结作用，从而使膨胀土性质发生根本改变。此外，混合液中的 DHA 分 子与无机盐阳离子， 通过离子交换吸附， 可以减薄双电层的厚度， 从而抑制黏土 微粒矿物之间膨胀性。试验证明 DAH 溶液对膨胀土的改良效果非常显著。膨胀土经过改良后，自 由膨胀率降低 17%24%，塑性指数下降 22%105%，无侧限抗压强度提高 2 3倍左右，直接抗剪强度

34、主要体现为黏聚力值的大幅提高，约提高714 倍左右，改良后膨胀土的水稳性也得到极大改善。DAH 改良液具有较强的渗透性。通过在边坡上打孔的渗透工艺，膨胀土边 坡的改良深度可达0.6 1.5m深左右。根据经验渗透孔为 25mm,深80 100cm, 间距 lm 的梅花状分布小孔。经过 DAH 溶液的渗透改良, 在开挖的膨胀土边坡上形成一个厚约 0.61.5m 的“正常土”保护盖层。该保护盖层水稳性好,抗裂、抗剪强度较高,无胀缩变 形或胀缩变性较小, 不易发生溜塌或隆胀破坏。 由于改良后的膨胀土塑性指数大 幅度减小, 含水量降低, 蒸发失水时形成裂隙大为减少情况, 再经过坡面夯实处 理,有效地阻止

35、了雨水的继续下渗, 维持了其下伏膨胀土中水分含量的稳定, 从 而保护边坡使其不遭受反复性的溜塌破坏。所有人造覆盖物工程护坡措施均存在护坡体与边坡土体的接合处理问题。 由 于材料特质 （如变形模量、渗透系数等 ）的差异性,人工护坡体 （如水泥预制块 ）与 土体（如膨胀土 ）接合部的处理设计难度较大，且施工质量难以保证。因而，护坡 体与边坡土体的接合部极易发生破坏。 改良膨胀土盖层与下伏膨胀土之间的结构 没有遭到破坏，不存在接合处理问题，有利于边坡的稳定。此外，改良盖层与膨 胀土的变形模量一致，因而两者在变形上具有很好的适应性 12 。3.5.2 设计与试验1使用DAH改良液稳定膨胀土路堑边坡的设

36、计包括以下几个方面内容：C确定DAH改良溶液掺配比例的土工试验；其他配合措施 ：确定边坡的开挖坡比，边坡内部支撑渗沟与表面排水系统， 坡面植草防护。C确定DAH溶液掺配比例的土工试验用麻花钻在膨胀土边坡上钻取十个左右的原状土土样， 进行室内渗透改良试 验以确定 DAH 溶液在膨胀土中的掺配比例与喷洒次数。实验内容包括 DAH 溶 液的渗透性、自由膨胀率、膨胀量、液塑限、抗剪强度、水稳性等，以此掺配比 例作为施工控制标准。由于单纯采用自由膨胀率对土的膨胀性质进行判别会产生较大误差， 宜采用 多指标进行综合判别。在广西宾阳南宁高速公路上，重点考察 CBR 值、膨胀 量、液限、塑性指数这4个指标。改

37、良深度要求至少50cm深。2其他配合措施膨胀土边坡的开挖坡比设计可以参考规范10中膨胀土路基部分的相关要求。膨胀土路堑边坡的坡比并不是越缓越好， 边坡坡度越缓， 反而越不利于排 水。因此，需通过稳定验算选取最佳坡比。 支撑渗沟的主要功能是排出渗入边坡 内部的水分，同时对边坡浅层具有加固作用。为了防止冲刷，同时美化环境，骨 架之间框格内需植草皮。 植草种类选用蒸发率较小， 适于本地气候环境成活率高 的品种的植物。植草方式可选择铺草皮或种草。3.6 隔水封闭与渗沟排水法隔水封闭是采用土工防水布、 石灰与钻土混合料等材料对地基或坡面进行隔 水封闭，阻止气候干湿循环对膨胀土中含水量的影响， 达到稳定路

38、基或边坡的目 的。渗沟排水是采用高渗透性砂石填料，在路基或堑坡膨胀土中设置排水管道， 将土中渗水排出，避免膨胀土浸水软化，维持路基或边坡的稳定 13。3.6.1 原理与适用范围隔水封闭、渗沟排水一般与其他膨胀土地基处理方法配合使用。 单独使用时 一般仅限于弱膨胀土。1隔水封闭法的原理与适用范围隔水封闭法一般用于填土高度不大的路基， 主要作用是阻止路面结构层或路 堤向地基渗水， 或阻止地基中的毛细水向路基迁移， 以保障地基膨胀土中含水量 的稳定，不致强度变化或变形。地下水位较浅时，必须同时设置排水渗沟。对于 强膨胀土地基，不建议使用该方法。隔水封闭通常使用材料为石灰与私土混合料。 中国国内研制的

39、新型防渗土工 纤维材料“两布一膜”复合型土工布，不仅具有防渗功能，还具有排水、反滤作 用，提高地基承载力的作用，近年来使用较多。“两布一膜”复合型土工布的工作机理 ：该土工布采用针刺无纺土工布或聚 乙烯编织布为基料， PE 为母料，添加增塑剂、抗老化剂及各种辅助材料，经热 熔、涂覆压延而成。 “两布一膜”土工布由上、下各一层土工布，中间夹一层防 渗膜构成。这种复合型土工布兼有膜层防渗和织物横向排水的双向功能， 且有力 学强度高、保温、加固、防滑等作用。复合型土工布铺设在路床表层上，主要起 隔离 （隔水、隔浆、隔碴 ）、排水、反滤作用，也起着分散路床应力与提高路床刚 度的作用，可以阻止其下层膨胀

40、土发生遇水软化、 抗剪强度降低， 从而阻止基床 剪切破坏等病害。隔水封闭也可用于路堑边坡的稳定处理， 但仅限于弱膨胀土边坡， 且必须有 支撑渗沟的配合， 以避免坡体后部降雨渗入引起坡体内部积水。 膨胀土堑坡经常 使用的封闭隔水方法为石灰土捶面。2.渗沟排水的原理与适用范围排水渗沟包括常用的路基基底使用的平面渗沟与堑坡防护使用的支撑渗沟 两种类型。平面渗沟作用在于排掉汇流到路基的地下水； 而支撑渗沟不仅可以排 水，并且具有阻止膨胀土边坡变形破坏的功能。排水渗沟即可作为封闭隔水方法的主要配合措施， 也可作为换填与掺灰改性、 有机大分子溶液改良、石灰桩加固措施的辅助手段使用。膨胀土路基基底使用的平面

41、渗沟主要用于排出从路面结构层、中央分隔带、 路边坡两侧、 堑坡两侧人渗的雨水， 以及汇集流向挖方路基的地下水。 当地下水 位较高，或汇集流向挖方路基的地下水较多时， 须采用其他膨胀土地基措施， 如 换填、掺灰改性、石灰桩等。支撑渗沟兼具有系统排水与“格室”加固的双重功能。一方面，渗沟排水系 统连成一个整体， 能有效疏排边坡内的积水， 降低膨胀土中含水量变化的不利影 响;另一方面，将边坡的整体膨胀势分隔成多个小块加以削弱，危险破坏面剪出 口的应力集中被骨架分隔因应力重分布而减弱， 能有效阻止边坡塑性区的形成与 发展。此外，支撑渗沟系统对小块体的下滑具有部分支挡作用。路基渗沟一般采用高渗透性的砂石材料 ;支撑渗沟系统设计须保证一定的强 度，以支挡部分土体的下滑。3.6.2 设计计算隔水封闭与渗沟设计可分为膨胀土路基基底的隔水封闭与平面渗沟设计， 以 及膨胀土堑坡的支撑渗沟设计。1膨胀土基底的隔水封闭设计膨胀土基底隔水封闭使用材料包括： 黏土与石灰混合的灰土， 与石灰、 水泥 混合的三合土，以及“两布一膜”复合型土工布。灰土的配合比为石灰、黏土体积比 1：6；三合土的配合比为石灰、水泥、 勃土体积比 1：1：10。一般要求灰土或三合土压实度达到 95%，厚 203