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膨胀土处理技术

2021-01-06 05:11 作者:币游国际官网 点击:

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  膨胀土是一类结构性不稳定的高塑性粘土,也是典型的非饱和土,它在世界范围内分布极广,迄33e78988e69d7今发现存在膨胀土的国家达40多个。我国是膨胀土分布最广的国家之一,先后有20多个省、市和自治区发现有膨胀土,总面积在10×104km2以上,成因以残积或坡积为主。

  膨胀土的典型特征是具有裂隙性、膨胀性和超固结性,对气候变化特别敏感。它们对其强度都有强烈的衰减影响,使得膨胀土的工程性能极差,病害十分严重。

  膨胀土的灾害防治处理,按工程对象划分,可划分成建筑物地基的变形、边坡稳定性、堤坝建筑和硐室稳定性问题。引起膨胀土灾害的内因主要为亲水性矿物和以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主的化学成分、粘粒含量、孔隙比、含水量及其微结构和结构强度;外因是气候条件,如降雨及蒸发、作用压力、地形地貌及绿化、日照和室温。其中膨胀土的水分转移与含水量变化是诱发其危害的关键因素,对其地基处理主要控制其胀缩性。

  膨胀土地基的处理,应从上部结构与地基基础两方面着手,设计中除着重抓住控制膨胀土胀缩性这一主要矛盾,选择合理的地基处理方法外,还需考虑上部结构的措施,加强构筑物的整体性与抗变形能力。基于上述考虑,膨胀土地基处理的基本原则如下:

  1)在膨胀土地基设计及处理时,首先应考虑场地地形的复杂程度及其对工程的影响,根据地形地貌条件可将场地分为平坦场地与斜坡场地两种。针对前者,膨胀土地基按变形控制设计,并考虑气候条件;后者除按变形控制设计外,还需验算地基的稳定性,防止外部水分侵入与水平变形给边坡带来的严重危害,结合排水系统、坡面防护和设置支挡结构物综合防治。

  2)按照建筑物对地基不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求进行分类并区别对待,膨胀土地基处理应根据不同类型采取相应措施,使可能发生的变形量控制到容许变形值范围内。同一建筑物不宜跨越不同的地貌单元、土层和工程地质分区,力求规划简单,不要局部突出或拐弯过多。必要时,应设置沉降缝断开。

  3)根据场地膨胀土的特性与胀缩等级、当地材料、工程类型与施工条件,并结合膨胀土埋深、厚度、大气影响、上部荷载等因素,回避或减缓膨胀土的不良特性、保持膨胀土工程特性的相对稳定性、改良膨胀土的本身性质以克服其湿热敏感性,以及改变基础形式与埋深,以提高地基的适应性,可选用有针对性的单一或综合方法处理膨胀土地基。

  目前国内外有关膨胀土地基处理的方法较多,加固技术也在逐渐发展,下面介绍膨胀土地基的几种常用处理方法。

  湿度控制法是通过控制膨胀土含水量的变化,保持地基中的水分不受蒸发及降雨入渗的影响,从而抑制地基的胀缩变形。目前比较成功的保湿方法有:预浸水法、暗沟保湿法、帷幕保湿法和全封闭法。

  预浸水法是在施工前用人工方法增加土的含水量,使膨胀土层全部或部分膨胀,并维持高含水量,从而消除或减少膨胀变形量。

  预浸水法只有在基底压力不大且能保持地基土现有含水量的少数建筑物施工时可以采用,如蓄水池、冷却塔等。其最常用的施工方法是在场地上挖一系列80cm深的明沟,设置几排调整含水量的竖井,沟底铺25cm厚的熟石灰,再填满石子,使沟内充水约1个月,直到周围的土都已湿润为止。

  暗沟保湿法的原理与预浸水法相近,主要是利用膨胀土的胀缩性与含水量密切相关的原理,让膨胀土地基充分浸水至膨胀稳定含水量,并保证该含水量不发生变化,则地基既不会产生膨胀变形,也不会产生收缩变形,从而保证建筑物不因地基胀缩变形而引起破坏。保湿暗沟适用于有经常水源的3层以下房屋的处理,对无经常水源的房屋、强膨胀土地基和长期干旱地区不得采用。

  暗沟保湿法的具体做法:施工前预先在基槽中浸水,使地基在整个过程中不产生胀缩变形,建筑施工结束后在地基两侧修建干砌砖石暗沟或接头不密封的水泥管保湿暗沟,土沟底用0.5%的坡度,干砌砖暗沟沟底用1∶3水泥砂浆抹平,沟外侧用砂填实,沟顶铺砂25cm,上部回填素土,应分层夯实,定期向暗沟内供水。由于暗沟中的水向地基土渗透,故建筑物使用过程中地基不产生膨胀变形。

  帷幕保湿法是在建筑物两侧设置用不透水材料做成的帷幕,用来截断地基中水分向外转移或地基外的水分进入,保证地基中水分的相对稳定,防止地基土胀缩变形。帷幕形式有砂帷幕、填砂的塑料薄膜帷幕、填土的塑料薄膜帷幕、沥青油毡帷幕以及塑料薄膜灰土帷幕等。

  帷幕埋深由建筑场地条件和当地大气影响急剧层深度来确定,根据地基土层水分变化情况,在房屋四周分别采取不同帷幕深度,以截断侧向土层水分的转移,帷幕配合1.5m宽散水进行地基处理,效果明显,尤其当膨胀土地基上部覆盖层为卵石、砂质土等透水层时,采用该法防止侧向渗水进入地基,效果良好。帷幕保湿法既可用于新建房屋,也可用于已损坏房屋的处理,前者通常情况下是在建房的同时建造帷幕。

  建造帷幕时,帷幕深度应不小于基础的最小埋深;不透水材料可用油毡,但一般应选用较厚的聚乙烯薄膜,一般宜用两层,铺设时台阶部分不应少于10cm,并采用热合处理;隔水宜采用2∶8或3∶7灰土回填,在塑料薄膜失效时,灰土仍可起防水作用,散水宽度一般不小于1.5m,但必须覆盖帷幕,做法严格遵守规范规定。

  全封闭法一般在膨胀土路堤中应用,也称为包盖法或包边路堤,主要在膨胀土广泛分布的地区,出于经济上的考虑和受填料条件所限,不得不采用弱膨胀土和中膨胀土填筑路堤时,可直接用接近最佳含水量的中、弱膨胀土填筑路堤堤心部位,用普通粘土或改性土作为路堤两边边坡与基底及顶面的封层,从而形成包心填方,让膨胀土永久地封存在非膨胀土之中,避免膨胀土与外界大气直接接触,保持膨胀土湿度,使其失去胀缩性,从而成为良好的路基填料。在通常情况下,全封闭法仅适用于非浸水路堤。

  为了能确保封闭效果,有效地限制堤内膨胀土湿度变化,封层应有相当的厚度。在用膨胀土填筑路基时,每一层铺设厚度宜控制在30cm以内,先用普通粘土填包边层,之后再填筑膨胀土夹心层,包边层和夹心层可同时碾压,压实后必须形成人字形路拱,并平整坡面。封顶层可用普通粘土填筑,厚度一般不应小于1.5m,表面用碾压机碾压平整。边坡包边宽度不小于2.0m,并按设计要求做好梯形路拱,每一段路堤按标准施工完毕后,人工刷好边坡,并拍打密实、平整,施工应选在非雨水季节。

  土质改良法顾名思义就是在膨胀土中掺入其他材料,使其物理、力学特性得到改善,克服其不良的湿热敏感性,从而能满足工程的使用性能。目前对土质改良法子类归属尚不规范,不同部门、不同行业与工程手册等还没有统一。从膨胀土的土质改良法实质出发,按其加固机理不同而区比较合适。为此,将膨胀土的土质改良法划分为物理改良法、化学改良法与综合改良法。

  物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料,通过改变膨胀土原有的土颗粒组成及级配,从而减弱膨胀土的胀缩能力,达到改善其工程性质的目的。厂家的掺和料有风积土、砂砾石、粉煤灰与矿渣等。

  物理改良法并没有改变膨胀土的本性,主要适用于弱膨胀土的改良。采用该法处理膨胀土,需掺和较高的添加材料,实际选用时,需慎重考虑。

  化学改良法是利用在膨胀土中加入某种其他物质,并添加材料使加入物质与膨胀土中的粘土颗粒发生某种化学反应或物质交换过程,以达到降低膨胀土膨胀潜势、增加强度和提高水稳定性的目的。该种处理方法的最大优点在于能从本质上改善膨胀土的不良工程性质,理论上可以根本消除膨胀土的胀缩性,是国内外膨胀土工程处理技术中的热点领域,应用广泛。

  当前,应用化学加固膨胀土的添加材料种类较多,按形态既有固体添加剂、也有液体添加剂,按其化学成分划分还有无机添加剂和有机添加剂等。

  综合改良法是利用物理改良与化学改良加固机理,既改变膨胀土的物质组成结构,又改变其物理力学性质,集化学改良土水稳定性较好和较大的凝聚力及物理改良材料有较高内摩擦角和无胀缩性的优点,达到强化膨胀土的土质改良效果。由于该法充分利用了一些固体废弃物与价格低廉的材料,如粉煤灰、矿渣与砂砾石等,有利于环保,且改良质量良好,得到了工程界的普遍重视。当前在膨胀土工程建设中应用较多的有二灰土、石灰砂砾料与矿渣复合料等。

  需要说明的是,在膨胀土的各种土质改良法中,均普遍存在着如何能达到添加剂均匀有效地改良膨胀土的施工问题,以及如何科学合理地确定质量控制指标与快速准确地进行掺入料计量问题。因此,除需继续研究各种改良新方法外,加强其施工工艺的研究也十分必要。

  此外,还可采用换填法、压实控制法、桩基等方法进行膨胀土的处理,其设计和施工方法可参考相关规范。

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