工程地質第4章-2

（2）膨脹土

一般是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物（以蒙脫石和伊利石為主）所組成的粘性土，在環境和濕度變化時，可產生強烈的脹縮變形。具有吸水膨脹、失水收縮的特性。已有的建筑經驗證明，當土中水份聚集時，土體膨脹，可能對與其接觸的建筑物產生強烈的膨脹上抬壓力而導致建筑物的破壞；土中水分減少時，土體收縮并可使土體產生程度不同的裂隙，導致其自身強度的降低或消失。土呈黃、紅褐、灰白色，粘粒含量高，天然含水量接近塑限。膨脹土通常表現為壓縮性低、強度高，因此易被誤認為是良好的天然地基。膨脹土膨脹土地區的鉆探

1.特征：（1）顆粒粒度：以粘土礦物為主，占35~50％以上，其次為粉砂。（2）礦物成分：以蒙脫石、伊利石為主。（3）具膨脹結構：（4）強烈脹縮性：膨脹土的工程性質1.脹縮性

膨脹土吸水后體積膨脹，使其上建筑物隆起，如膨脹受阻即產生膨脹力；失水體積收縮，造成土體開裂，并使其上建筑物下沉。土中有效蒙脫石含量越多，脹縮潛勢越大，膨脹力越大。土的初始含水量越低，膨脹量與膨脹力越大。擊實土的膨脹性遠比原狀土為大，密實度越高，膨脹量與膨脹力越大，在膨脹土路基設計中應特別注意。2.崩解性

膨脹土浸水后體積膨脹，在無側限條件下則發生吸水濕化。不同類型的膨脹土其崩解性不一樣，強膨脹土浸入水中后，幾分鐘內很快就完全崩解；弱膨脹土浸入水中后，則需經過較長時間才逐步崩解，且有的崩解不完全。此外，膨脹土的崩解特性還與試樣的起始濕度有關，一般干燥土試樣崩解迅速且較完全，潮濕土試樣崩解緩慢且不完全。3.多裂隙性膨脹土中的裂隙，主要可分原生裂隙與次生裂隙兩種類型。這些裂隙將土體層層分割成具有一定幾何形態的塊體，如棱塊狀、短柱狀等，破壞了土體的完整性。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰綠色粘土薄膜、條帶或斑塊，其礦物成分主要為蒙脫石，有很強的親水性，具有軟化土體強度的顯著特性。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關，且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結構面所控制。

4.超固結性

由于歷史上受到過比現在上覆自重壓力更大的壓力。膨脹土大多具有超固結性，天然孔隙比較小，干密度較大，初始結構強度較高。超固結膨脹土路基開挖后，將產生土體超固結應力釋放，邊坡與路基面出現卸荷膨脹，使邊坡容易破壞。5.風化特性

膨脹土受氣候因素影響，極易產生風化破壞作用。路基開挖后，土體在風化營力作用下，很快會產生碎裂、剝落和泥化等現象，使土體結構破壞，強度降低。6.強度衰減性

膨脹土的抗剪強度為典型的變動強度，由于膨脹土的超固結性，其初期強度極高，一般現場開挖都很困難。然而，由于其中蒙脫石礦物的強親水性以及多裂隙結構，隨著土受脹縮效應和風化作用的時間增加，抗剪強度將大幅度衰減。衰減過程有急劇的，但也有的比較緩慢。因而，有的膨脹土邊坡開挖后，很快就出現滑動破壞；有的則要幾年，幾十年后才發生滑動。3.膨脹土的脹縮性指標1.自由膨脹率:烘干土粒全部浸水膨脹后增加的體積與原體積之比。FS≥40％為膨脹土。2.膨脹率：烘干土在一定壓力（psw）下，不允許側向膨脹的條件下浸水膨脹測定的，膨脹變形僅反映在高度上的變化。Csw＞4％，psw≥0.025Mpa為膨脹土。3.線縮率：飽水土樣收縮后高度減小量（h0－h）與原高度（h0）之比。Esl≥50％為膨脹土。4.主要工程地質問題⑴膨脹：邊坡及洞室鼓脹。邊坡滑塌（吸水后粘聚力為0，內摩擦角只有幾度，形成易滑邊坡）⑵強度降低:地基下沉和側鼓，并產生不均勻沉降基床翻漿泥⑶收縮:邊坡開裂、地基沉降量大。膨脹土邊坡坍塌膨脹土地面隆起

5.膨脹土防治

(1)地基防治:防水保濕地基土質改良防止水進入天溝、側溝、盲溝地表隔水層防止水流失：水平和垂直隔水層，合理綠化。（距建筑物4m遠）換填土灌石灰水形成Ca(oH)2吸收周圍水分子形成Caco3膠結土壤

地表防護：排水溝坡面加固：植被護坡（植被、三合土抹面）⑵邊坡防治：骨架護坡：片石護坡、拱形護坡支擋措施：抗滑樁、擋墻（柔性結構為宜，切不可盲目采用剛性結構）⑶

加大基礎埋深:增大基礎側面摩擦力，或增加附加壓力克服土的膨脹。（4）設計措施：（a）盡量避開地質不良地段，選擇地形條件簡單、土質均勻、脹縮性較弱的場地。（b）建筑體型簡單，設置沉降縫。（c）房屋地坪可采用架空措施，也可采用預制塊鋪砌，塊體間嵌柔性材料。（5）施工措施：盡量減少地基中的含水量的變化。

膨脹土坡面噴水保濕膨脹土邊坡鋪設排水溝和塑料防水板膨脹土邊坡鋪設排水溝和塑料防水板膨脹土邊坡鋪設塑料防水板膨脹土邊坡鋪設塑料防水板膨脹土邊坡鋪設塑料防水板膨脹土加石灰進行土質改良植草護坡骨架護坡膨脹土邊坡漿砌片石護坡擋土墻抗滑樁抗滑樁膨脹土地區鉆孔樁施工（3）軟土

軟土泛指天然含水量高、壓縮性高、強度低、滲透性差的軟塑、流塑狀粘性土。它包括淤泥、淤泥質土、淤泥質粘性土、淤泥質粉土、沖填土等。軟土生成于靜水或緩慢流動的流水環境。多數還具有高靈敏度的結構。建筑在軟土地基上的建筑物易產生較大沉降或不均勻沉降，且沉降穩定所需要的時間很長，所以，在軟土上建造建筑物必須慎重對待。

軟粘土廣泛分布在我國沿海地區、內陸平原及山區。沿海主要分布在河流的入海口，山區則在山間谷地、沖溝、河灘、洼地，平原在湖區較多。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比≥1.5的粘性土。淤泥質土：天然孔隙比小于1.5但≥1.0的粘性土。當土中有機質含量大于5%時稱為有機質土；大于60%時則稱泥炭。泥炭往往以夾層構造存在于一般粘性土層中，對工程十分不利，必須引起足夠重視。軟土的成因類型及性質：一、軟土的成因類型

按地質成因，我國的軟土有：濱海環境沉積、海陸過渡環境沉積（三角洲沉積）、河流環境沉積、湖泊環境沉積和沼澤環境沉積。

1.濱海環境沉積軟土

在濱海（或海岸）環境的復雜水動力狀況條件下，受波浪和潮汐作用，對各種粒徑的砂粒進行搬運篩選而形成的沉積物，主要是沉積砂土，包括粗、中、細、粉砂。2.三角洲沉積軟土

三角洲沉積屬于海陸過渡的環境的沉積。它是河流流入海洋時，在河口附近的陸上和淺水環境中形成的碎屑沉積物。三角洲的形成發育是河流作用與海水作用長期相互作用結果。3.河流環境沉積軟土河流搬運作用形成的沉積即沖積物。河漫灘沖積物是在洪水泛濫期所沉積的細顆粒沉積物，其典型的粒度成分為：砂粒5%~10%；粉粒20%~40%；粘粒35%~60%，有機質含量1%~10%，呈特殊的洪水層理。4.湖泊和沼澤環境沉積軟土

湖泊是陸地上封閉的大型水體，湖泊的水動力條件和沉積作用與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，沉積物一般由粗到細依次變化，在可流入湖處形成與河流入海處一樣的三角洲沉積。沼澤沉積為粘土、泥炭、腐殖土，有時成互層。通常含很多有機質，并且分選性很差。二、我國軟土有下列特征：1、其顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機質含量高時有腥臭味；2、顆粒成分主要為粘粒及粉粒，粘粒含量高達60％－70％；3、礦物成分除粉粒中的石英、長石、云母外，粘土礦物主要是伊利石，高嶺石次之，此外常有一定量的有機質。4、具有典型的海綿狀或蜂窩狀結構，其孔隙比大，含水量高，透水性小，壓縮性大，是軟土強度低的重要原因。5、具有層理構造，軟土、薄層粉砂、泥炭層等相互交替沉積，或呈透鏡體相間沉積，形成性質復雜的土體。三、軟土的工程性質1、孔隙比大，含水量高。2、透水性差，壓縮性高。3、強度低；4、具有觸變性（軟土受到振動，顆粒連接破壞，土體強度降低，呈流動狀態）；5、具有流變性（在長期荷載作用下，變形可延續很長時間，最終引起破壞。）軟土軟土軟土地區的房屋倒塌軟土地區的房屋開裂

四.軟土的防治

⑴

排水砂井：Φ=0.4~2.0m，灌入中、粗砂。

⑵

砂墊層；

⑶堆截預壓；

⑷

生石灰樁吸水散熱→樁周溫度升高，使軟土脫水

⑸

強夯：錘重10~20t，升高10~40m，自由下落，靠沖擊力使軟土迅速排水，加固深度達

11~12m

⑹

旋噴樁：水泥砂漿化學漿液

⑺

換填土；

⑻拋石擠淤和爆破排淤；

⑼

沉井、墩或樁等深基礎。地基處理方法1、砂井排水固結法

在軟土地基中，鉆成一定直徑的孔眼，灌以粗砂或中砂，利用上部荷載作用，加速軟土的排水固結，這種方法稱為砂井排水法。砂井頂部用砂墊層連通，構成排水系統，在路堤荷載的作用下加速排水固結，從而提高強度，保證路堤的穩定性。（1）適用范圍

軟土層較厚、路堤較高時，常采用砂井排水法，加速固結沉降。（2）設計及施工要點

砂井地基的設計，首先應考慮砂井的直徑、間距、布置形式和固結速率之間的關系。通常砂井直徑、間距和長度的選擇，應滿足在預壓過程中，在不太長的時間內，地基能達80%以上的固結度。砂井排水法系在軟弱地基中用鋼管成孔，孔中灌砂并振實后，形成豎向排水的砂井，砂井頂部設置水平排水的砂墊層，再堆載預壓的地基處理方法。

砂井排水法砂墊層及沙井袋裝砂井排水法

袋裝砂井是事先把砂裝入長條形透水性好的編織袋內，然后用專門的機具設備，打入軟土地基內，代替普通大直徑砂井的軟基處理方法。

1.適用范圍與普通砂井的適用范圍相同。但是當地基水平位移較大時，袋裝砂井更具優越性。

2.設計及施工要點（1）設計理論：理論分析與普通砂井相同。（2）袋裝砂井的直徑和間距根據所承擔的排水量和施工工藝要求確定，一般采用7~12cm的直徑，井距1~2m，相當于井徑比15~30。2、墊層法墊層法（也稱換土墊層法）是將基礎底面下一定深度范圍內的軟弱土層挖去，然后分層回填強度較大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯實或振密的一種地基處理方法。此法適用于淤泥、淤泥質土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層地基處理。墊層法的作用表現在以下三個方面，第一，

提高淺基礎下地基的承載力；第二，

減少地基的沉降量；第三，

加速軟弱土層的排水固結。墊層的設計要在滿足強度、變形兩個方面的要求下，確定合理的厚度h和墊層寬度b如圖1。

砂墊層b

墊層剖面示意圖3、強夯法

此法是用特別重的夯錘（10～20t）從高處（10～40m）自由落下，對地基進行強有力夯擊，達到深層加固的效果，其影響深度可達10m以上，巨大的沖擊能量在地基中產生很大的沖擊波和動應力，引起地基土的壓縮和振密，從而提高地基土的強度并降低其壓縮性，還可改善地基土抵抗振動液化能力。據統計，經強夯法處理的地基，承載力可提高100%～400%，壓縮性降低50%～90%。一般用于處理松散的碎石土、雜填土、砂土，低飽和度的粉土、粘土、濕陷性黃土；在高飽和度的細粒土地基上應慎重使用。強夯法的特點：施工簡單、加固效果好、使用經濟等優點，因而被世界各國工程界所重視。強夯法的適用范圍：最初僅用于加固砂土和碎石土地基，對飽和度較高的粘性土，一般情況下處理效果不顯著，其中尤其是用以加固淤泥和土地基，處理效果更差，使用時應慎重對待。強夯4、化學加固法化學加固法系指通過高壓噴射、機械攪拌等方法，將各種化學漿液注入土中，漿液與土粒膠結硬化后，形成含化學漿液的加固體，從而改善地基土的物理力學性質，達到加固地基的目的。化學漿液一般分化學類和水泥類兩大系列。a、生石灰樁生石灰水化過程中強烈吸水，體積膨脹，產生熱量，樁周圍溫度升高，使脫水壓密強度增大。此法適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水率較高且地基承載力≤120KPa的粘性土等地基。當用于處理泥炭土或具有侵蝕性地下水時，宜通過試驗確定其適用性，冬季施工時應注意低溫影響。石灰樁施工b、旋轉注漿法

將帶有特殊噴嘴的注漿管置入軟土層的預定深度，以20mPa左右壓力高壓噴射水泥砂漿或水玻璃和氯化鈣混合液，噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，使漿液與從土體上崩落下來的土攪拌混合經過一定時間凝固，便在土中形成一定形狀的固結體，形成復合地基。高壓噴射注漿法具有施工簡便、操作安全、成本低、既加固地基又防水止滲等優點，廣泛應用于已有建筑和新建建筑的地基處理。適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。地下水流速過大和已涌水的防水工程，應慎重使用。旋噴旋噴旋噴旋噴旋噴施工旋噴施工旋噴施工旋噴施工堆載預壓堆載預壓堆載預壓拋石擠淤拋石擠淤拋石擠淤