改性土在渠道膨脹土處理中的應用

李學森

摘要：本文通過對膨脹土改性問題進行分析，并提出一些措施，期望能更好的促進改性土在渠道膨脹土處理中的應用。

關鍵詞：膨脹土；滑坡；成因；處理

中圖分類號：TU443文獻標識碼： A

引言

膨脹土是屬于高塑性粘土一類的，而其的承載力是比較高的，具備吸水膨脹、失水收縮以及反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發育等方面的優勢，足以確定其性質是極不穩定的，那么在實際工程就會引發巨大的危害。要完善膨脹土的工程特性，專業人員就需進行大量的研究:以生石灰改良方面，研究考了其用生石灰改良膨脹巖的工程性質。以含水量方面，研究了干濕循環對膨脹土渠堤破壞的影響、弱膨脹土的壓實特性、脹縮性狀、力學特性、膨脹力的分析方法、膨脹土的動態水穩特性加之不飽和膨脹土與水的相互作用等方面。其研究在土體膨脹性獨一影響因素領域里獲取了良好的成就，但對于多種改善措施同時施用的實際工程，還是有著一定的局限性。文章對于實際工程需要，進行了不同改完善措施同時施用時土體膨脹率變化規律的試驗研究，確定其不同完善措施參數的最佳組合，為實際工程提供了依據。

一、膨脹土改性的工作機理

水泥改性土，是指將一定比例的水泥摻入膨脹土土料之中以改善膨脹土的性質或結構，使膨脹土喪失膨脹潛能，并在一定程度上提高土體強度或承載力

（一）作用原理

因膨脹土具有遇水膨脹、失水干縮的特性，采用穩定土拌和機、路拌機等摻伴設備，在膨脹土料中對水泥適量摻入，充分拌合二者并發生化學及物理反應，使得膨脹土的力學性質改變，使其水穩定性和強度大大提高，更好的控制膨脹性。碾壓后形成換填層，一方面可隔離膨脹土與大氣基礎的直接作用，另一方面基面的膨脹潛能得到吸收，原膨脹土基礎自身因含水量變化而產生的脹縮應力得到降低，膨脹土邊坡產生滑坡得到很好的防止。

（二）南水北調

渠道膨脹土處理方案設計渠道膨脹土開挖后，清理建基面，采用先渠底后渠坡，分層鋪設，進占法施工。施工過程中，應及時對填筑面及邊坡進行灑水養護，防止水泥改性土沙化。在填筑過程中從拌合到碾壓終了的延時時間4h，為做到處理層與邊坡更好的結合，填料前，邊坡面需開挖成小臺階狀，臺階高為每一層鋪土的厚度。

二、膨脹土渠堤的基本處理方法

目前，針對南水北調渠堤的處理方法，主要有濕度控制，換土和對膨脹土的改性處理三種方法：

（一）濕度控制法

根據對膨脹土處理的形式濕度控制法可以分為預濕法和保濕法，工作原理就是通過膨脹土含水量的變化的控制，使其水分的穩定性得到保證，進而達到收縮變形或預防膨脹土膨脹的目的。預濕法指的是通過浸泡地基土或對非膨脹土進行加蓋，膨潤土的濕度平衡得到實現，保濕法主要是外界大氣的隔斷對膨脹土的影響，例如可以使用土工布或者粘土對膨脹土渠堤進行封蓋，加強膨脹土避免與外界大氣直接接觸。

（二）換土法

在南水北調渠堤下挖除掉膨脹土的換土法，換上能夠滿足施工要求的其他土質，一種非常簡單有效的方法如砂礫土等非膨脹土，但是由于南水北調的施工量比較大，對于需要該方法并不適合大規模換土的區域。

（三）膨脹土的改性處理

必須對膨脹土的脹縮特性進行改良，使膨脹土中的伊利石，石灰與蒙托石通過微觀結構的變化，達到改變土的力學性質，最終降低膨脹土的親水性，使得自身穩定性得到提高，以達到南水北調渠堤填料的基本要求，對膨脹土的改性處理主要是指膨脹土通過與水泥，石灰等材料的物理化學反應，改進膨脹土的特性，從而達到使得膨脹土的強度得到提高，降低其膨脹的潛勢或水穩定性的保持等目標。摻灰量5%處治后的土樣，CBR值渠基施工技術規范的滿足對渠堤填料的強度要求。而摻水泥處理和摻砂處理后的吸水率較高，仍以石灰改良為最佳基本的效果。但從實際施工過程來看，利用摻砂膨脹土的工程性質進行改量是更加的經濟。

（四）摻石灰改良膨脹土的機理

石灰改良膨脹土：石灰是一種無機的膠結材料，既能在空氣中硬化，也能在水中硬化。石灰的性質取決于活性CaO和MgO的含量，其含量越高，活性越大，膠結能力越強。石灰改良膨脹土的機理：石灰中的Ca2+與土顆粒表面的陽離子發生交換作用，土顆粒間結合力增強，土體強度提高，改善土體性質，從而使膠體顆粒加速結凝、穩定成型，形成早期強度。改良土中的Ca(OH)2和Mg(OH)2，生成CaCO3和MgCO3兩種堅硬的固體顆粒，具有較高的強度和水穩定性，使土硬化，使得土體形成石灰穩定土，最終體現出石灰土的后期強度。石灰中的CaO與土中的SiO2、AL2O3發生反應，產生較強的黏結作用，使改良灰土的強度提高，并保持長期的穩定，使膨脹土達到水穩定性。膨脹土摻入石灰后，生石灰與水在熟化過程中可以降低土體含水量，促進土體的固結，提高土體的強度。

（五）填料拌和

用挖掘機將拌和料挖出，卸土時要注意讓混合料沿土堆錐頂自然灑落，挖掘機斗可適當提升位置卸土，增加混合料的拌和效果。預先拌和三遍，如外觀還不均勻，應增加翻拌遍數，完成預拌。按預先設定的拌和遍數完成拌和后，檢查拌和深度、顆粒情況、外觀色澤，拌和料達到混合料色澤一致，沒有灰團、灰條，且水分合適均勻；如不滿足要求，應增加拌和遍數，檢驗合格后，用裝載機集堆燜料3到5天。

（六）裂隙面控制下的中深部滑動

第二類破壞形式是具有裂隙帶膨脹土所特有的，由于裂隙面強度遠低于土塊強度，低強度的裂隙面當方向合適時，會在應力作用下逐漸連成一個空間曲面，形成潛在滑動面。因此，裂隙性土邊坡穩定性具有各向異性，且穩定性低于非裂隙性土的邊坡。對于這類滑坡也有一個逐漸發展的過程，該過程是與開挖卸荷，施工中外水的浸潤等因素有關的。這類滑坡核算中土的強度指標，應對裂隙面土與膨脹土塊在分別考慮的基礎上，提出一個綜合值“參與計算”。此外，在膨脹土地區出現沿層間滑動面的滑坡也很常見，但這在非膨脹土地區也會發生，只是膨脹土地區出現更多而已，對這類滑坡在此不作細述。

（七）渠堤填筑的連續性與渠堤養生

在渠堤攤鋪與推平完成后，對渠堤要進行碾壓施工，在碾壓過程中，要必須把握好碾壓膨脹土含水量的最佳時機，如果含水量較小，要灑水對其進行拌和均勻使其達到最佳含水量之后，才能再進行碾壓施工；還應對各道工序施工上的連續性進行保證，做到緊密銜接，在檢驗合格后才可進行下一道施工；如果不能及時在土層壓實后進行施工，則需要對渠堤采取養護措施，比如對渠堤采取覆蓋措施養護等。與此同時，要做好膨脹土渠堤的防風措施。防水和保濕方面的養護工作；還要注意的是，在進行膨脹土渠堤施工時，避免雨天施工，在施工現場還應做好充分的排水設施。

（八）優勢裂隙

土體裂隙發育，土體被分割成塊體是膨脹土滑坡的主要原因，土體中分布的裂隙大大降低了土體的強度。裂隙張開、延伸和擴展貫通對渠道邊坡產生了破壞作用。膨脹土的長大裂隙面多光滑，抗剪強度低，構成了膨脹土土體中的軟弱結構面，破壞了膨脹土的均一性和連續性，并導致膨脹土的抗剪強度存在各向異性特征，是影響膨脹土的邊坡穩定的主要因素，特別是優勢長大裂隙，往往對膨脹土邊坡穩定具有控制作用。根據眾多膨脹土滑坡調查分析發現，膨脹土渠坡滑坡基本上都是受長大的優勢裂隙控制，其滑動形式主要有以下2個特點：首先，在坡頂出現微小裂隙，裂隙的長度、寬度和深度都會隨著土體的含水率循環變化而逐漸擴展；其次，滑坡滑面基本上都是由坡背斜向優勢裂隙和底部的水平向優勢裂隙組成，呈現比較明顯的折線形式滑動。

結束語

經過南水北調中工程中膨脹土段實踐表明,膨脹土改性在處理膨脹土中,既能保證工程質量,又能提高施工效率,是一種處理渠道膨脹土的有效工程措施。

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