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1、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
2、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6010014 25中膨胀土2.铁道部行业标准规则中，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 40%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
3、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3-3。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（%）灰白、灰绿色，黏土蒙脱石50904细腻，滑感特强，网状裂隙极发育，有蜡面，伊利石强膨
4、胀土易风华成细粒状、鳞片状以综、红、灰色为主，黏土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，蒙脱石易风化成碎粒状，含钙质结核伊利石355065902 4中膨胀土黄褐色为主，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蒙脱石伊利石3540650.7 2.0弱膨胀土高岭石注: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
5、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
6、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3-4o标准吸湿含水率测定的具体方法见参考文献或文献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 颈s4.84.8Ws6.86.8WsWS ( % )塑性指标lp（ %）lp1515Wp3030p4545p自由膨胀率Fs(%)Fs4040才s詬060才s电0908。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
7、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(ag-glomeration)；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，
8、同时Ca(OH)2分子电离的0H-离子形成强碱环境，使得Ca2+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CaCO3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
9、、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：CaO+H2O = Ca(OH )2Ca(OH )2 +CO2 = CaCO3 + H 2OCaCO3：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 咼，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： 大于等于lm高度路堤的基底换填与掺灰改性设计； 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; 公路桥涵地基与基础设计。公路桥涵地
