龚豪杰
武汉丰达地质工程有限公司襄阳分公司 湖北 襄阳 441000
摘要：为了确定湖北襄阳地区膨胀土的工程性质及解决膨胀土地基处理的设计方案，对湖北襄阳地区的膨胀土的工程地质条件、膨胀土的胀缩机理进行分析，结合襄阳地区膨胀土的处理经验，提出相应的地基处理措施和建筑设计、施工相关的措施，研究成果可为类似工程处理膨胀土地基时提供一定参考和借鉴。
关键词 湖北襄阳；膨胀土；工程特性；地基处理
0 引言
膨胀土一般是土中指黏粒成份主要由亲水性矿物组成（主要为蒙脱石和伊利石），同时具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土[1-2]。其力学性质很不稳定，对工程危害较大。襄阳地区膨胀土主要分布于襄阳以北汉江河谷及唐北河一带，其成因多以洪积为主，一般为弱膨胀土，其矿物成分一般为伊利石[3]。本文结合湖北襄阳地区膨胀土地基基础设计实践经验，在分析地区膨胀土的工程分布工程特性基础上，对其胀缩机理进行研究，并有针对性地提出膨胀土地基处理措施。
1 气象条件
研究区域地处亚热带季风区，气候温和多雨，冬季（12月～次年2月）寒冷少雨，春季（3～5月）多阴雨，雨量不大；初夏（6～7月上旬）雨量集中，易发生洪水；盛夏（7～8月）高温炎热，伏旱频繁，时有特大暴雨发生；秋季（9～11月）气候凉爽。多年平均降雨量约为910mm。一般情况下，冬季雨量约占年总量的10%，春秋季雨量约占年总量的40%，夏季雨量约占年总量的50%。
2 工程地质条件
2.1 地形地貌
襄阳地区地貌以汉江为界，两侧差异较大。汉江以东为南襄盆地（南阳盆地）西南部的汉江冲积平原区，地形平坦开阔，与丘陵相接地段地形略有起伏，多呈垄岗状，侵蚀风化严重，冲沟发育。汉江以西呈垄岗间丘陵地貌，其中岘山－隆中、庙滩镇、谷城县城附近主要为汉江阶地，其余地段属丘陵地带，地势总体呈起伏状。
2.2 区域地层岩性及地质构造
垄岗表层为第四系中、上更新统网纹黏土，粉质黏土，黏土，局部夹有钙质结核，下部为砂砾石层或黏性土充填的砾石层，黏性土层具弱－中膨胀性，一般以硬塑－半干硬为主。坳谷表层局部分布有软塑－可塑的松软土，厚度一般为3～6m。下伏地层以汉江为界，汉江以东以白垩系泥质砂岩、泥岩为主，汉江以西主要为志留系粉砂岩、页岩。襄阳地区属南襄盆地南缘，覆盖层较厚，沿线地质构造多以隐伏构造为主，地面出露较少，对工程影响较小。
2 区域膨胀土工程特性
襄阳地区膨胀土以Q2、Q3黏性土地层为主，为区域最具代表性的标志性地层之一，广泛分布于垄岗及河流阶地上，呈棕黄、棕红、棕褐色、砖红色、褐黄色，外表呈网纹、蠕虫状，垄岗以硬塑－坚硬为主，坳谷多为可塑。第四系覆盖层一般厚10～20m，往南襄盆地方向厚度趋增，在襄阳附近达到最大（钻孔80m尚未揭示完全）。对研究地区的膨胀土工点取样化验结果显示：膨胀土的自由膨胀率一般大于40%，蒙脱石含量为25%左右，阳离子交换量一般为240～355mmol/kg，膨胀潜势级别以中等膨胀性为主；个别地段膨胀土的自由膨胀率达到80%左右，蒙脱石含量40%左右，阳离子交换量大于360mmol/kg，属强膨胀土。综合分析表明，研究区取样中－弱膨胀土约占46%，取样中膨胀土约占53%，取样强膨胀土不到1%。
3 膨胀土胀缩机理
根据其成因，膨胀土地基变形可分为饱水膨胀变形和失水收缩变形，总称膨胀土的胀缩变形。
根据《膨胀土地区建筑技术规范》，膨胀土变形计算可分为3种情况（即Se、Ss、Ses）[4]，对于天然状态下的某种特定膨胀土，其最高含水量对应其最大体积，其最小含水量对应其最大收缩量。从最小体积至最大体积的往复变形中，其最大变形量为一定值C，即max（Se）=max（Ss）=max（Ses）=C。
以上膨胀－收缩过程随水文年自由循环。随着含水率的增长，膨胀率缓慢增大，当含水率达到一定程度后，膨胀率急剧增大；初始含水率越小，膨胀程度越严重。
在外部荷载一定的条件下，膨胀进程受到外部荷载限制，整个膨胀－收缩变形在达到最小含水率时完成最大收缩变形，其膨胀－收缩过程的最大变形量为加荷状态下的膨胀变形量，并以此为振幅往复振荡，但并非完全可逆。
4 膨胀土地基的处理措施
处理膨胀土地基的本质就是减少土粒晶胞的负点特性，只要能较少土粒晶胞之间间距，使土体的空隙减少，就可以大大减少水的影响,从根本上杜绝水膜增厚，减少晶胞间距。膨胀土地基的处理措施主要有以下几种：
（1）改良法。石灰改良法通常在膨胀土中掺入一定量石灰，利用石灰中的解离的钙离子与黏土中的钾离子、钠离子进行交换，增加晶胞的正电价，在一定程度上中和了土粒的负电性，减少土粒晶胞的排斥作用，从而降低了水分子进入的可能性，其胀缩特性可以得到一定缓解。由于石灰与土粒的胶结反应完全需要几个月，时间较长影响工期，加之石灰处理后的膨胀土地基强度较低，目前多采用水泥对膨胀土进行改良。
（2）换填法。将膨胀土清除干净后换填非膨胀性的黏性土、砂石土等，从根本上消除膨胀土的影响。一般多用于膨胀土层较薄的地区，但在实际施工过程中往往很难将换填土与膨胀土完全区分开来，影响了换填效果。
（3）压实法。一般采用机械压实使土体，使其凝聚力和内摩擦角增大、地基承载力提高。但土体的膨胀性并没有得到改善。实际工程中一般多用于弱膨胀土作为路基填料的道路工程，房屋建筑工程一般不采用。此外还有隔水法、保湿法等处理措施，但其效果并不理想，在这里就不逐一介绍了。
5 建筑设计和施工相关措施
对于膨胀土地基的影响，一方面从地基本身进行处理减少其影响，另一方面从房屋基础形式、主体结构、施工组织等方面采取相应的处理措施。
（1）适当增加天然基础的埋置深度不小于当地大气影响急剧深度，当建筑物对变形有特殊要求时，尚应通过地基胀缩变形计算确定。
（2）垫层法。一般多用于膨胀土层较厚的地基，在天然基础下铺设砂石垫层，减少地基胀缩变形和调节不均匀沉降。通常与增加天然基础埋深一并施工。施工简单易行，是一种较为经济适用的方法。
（3）采用桩基础。桩端应锚固于非膨胀土层中，承台梁下应预留空隙或虚铺炉渣，避免膨胀土的影响。此外当膨胀土层较厚时，还应复核膨胀土胀缩对桩基的不利影响。
（4）地基土防水保湿①基槽回填时采用非膨胀性黏性土或三七灰土进行分层压实回填；②合理增加散水宽度。
（5）加强上部结构刚度和整体性。如在砌体结构中设置圈梁和地梁等。
（6）建筑施工措施。一是提前平整场地，减少挖、填场地土壤湿度差异；二是基槽开挖对其进行有效保护，避免暴晒、雨淋、风吹，减少土壤含水率变化；三是合理安排施工时间，避免雨季施工，基础施工完毕后及时填实基槽。同时施工过程中也应避免生产、生活用水等地基的侵害。
6 结束语
膨胀土性质很不稳定，给建筑工程安全带来很大隐患。本文通过对对湖北襄阳地区的膨胀土的工程地质条件、膨胀土的胀缩机理进行分析，结合襄阳地区膨胀土的处理经验，提出相应的地基处理措施和建筑设计、施工相关的措施，研究成果可为类似工程处理膨胀土地基时提供一定参考和借鉴。
参 考 文 献：
[1]陈宝义,殷琨,刘大军.高速公路膨胀土填料的改性及其施工技术[J].公路,2004(12):82-84.
[2]胡明鉴,刘观仕,孔令伟.高速公路膨胀土路堤处治后期土体性状试验验证[J].岩土力学,2004(9):1419-1422.
[3]杨和平,张锐,等.有荷条件下膨胀土的干湿循环胀缩变形及强度变化规律[J].岩土工程学报,2006(11):1936-1941.
[4]住房城乡建设部,国家质量监督检验检疫局. GB50112—2013 膨胀土地区建筑技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2012.