风化砂改良膨胀土降低自由膨胀率的研究

风化砂改良膨胀土降低自由膨胀率的研究

刘小南,教传毓,李进凯,于滨

（中国建筑土木建设有限公司北京100000）

摘要：膨胀土是一种高塑性粘土，具有很强的亲水、保水性和很高的可塑性及粘聚性。土体遇水急剧膨胀，失水则严重干缩，其工程力学性质极不稳定，本文结合埃及新首都CBD市政项目路基填土所遇到的膨胀土物理改良，掺配不同比例的风化砂降低自由膨胀率措施。通过物理过程改变颗粒组成，使改良后的土符合路基填筑对自由膨胀率的要求。

关键词：膨胀土；自由膨胀率；掺配比例；风化砂

1、膨胀土用作路基填料的危害

由于膨胀土具有很高液限粘性大，当含水量较大时，一经施工机械搅动，将粘结成塑性很高的黏土团，很难晾干。随着水分的逐渐散失，土块的可塑性降低，由于粘聚性的继续作用，土块的力学强度逐步增大，从而使土块坚硬且分层，难于击碎。膨胀土路基遇雨水浸泡后，土体膨胀，轻者表面出现蓬松层，重则在一定深度范围内形成不稳定层；埃及地区干燥少雨，随着水分的散失，土体将严重干缩不规则开裂，其裂缝宽度较宽，缝深较深，当遇到雨水可通过裂缝直接灌入土体深处，使土体湿软，承载能力大大降低。由于膨胀土具有极强的亲水性，土体愈干燥密实，其亲水性愈强，膨胀量愈大，当膨胀受到约束时，土体中会产生膨胀力，当这种膨胀力超过承受荷载时，会造成路基局部坍塌、隆起或裂缝，严重影响行车安全。膨胀土对道路的破坏往往是重复性、长期潜在性。

2.风化砂改良膨胀土的作用机理

物理作用：风化砂自身颗粒的坚固不收缩特性，呈颗粒状，有棱有角，能与膨胀土胀缩时产生摩阻力，再抵消一部分胀缩力。

二、化学作用：是因为风化砂的主要成分是二氧化硅和氧化铝，而膨胀土的主要成分是蒙脱石、伊利石和高岭石，含有大量的钙质元素，二者之间发生离子交换等化学反应，生成胶凝性的硅酸钙和铝酸钙，产生胶结作用，降低了膨胀土的活性，从而有效地遏制膨胀土的一部分胀缩力。在进行胀缩性试验时，膨胀指标和收缩指标均能随着掺砂比例的增加而减小。

本文利用物理改良加固机理，通过改变膨胀土的颗粒组成方法，风化砂改良材料有较高内摩擦角及无胀缩性的优势，达到强化膨胀土的土质改良效果。该法充分利用房建基坑基础开挖的级配不好的风化砂，做到废弃土利用同时保护环境，且改良质量良好。

3.改良试验

试验用膨胀土取自CBD土场，颜色灰白色，有滑感，黏土质较重，风化砂取自基坑开挖废弃土场，颗粒均匀较细且级配不良。通过掺入以下比例的砂土可得到的自由膨胀率的指标。

从表1中可以看出加入风化砂10%时候相比其他掺量对自由膨胀率的降低效果明显，随着比例增加自由膨胀率持续降低，但趋于缓慢。

总结：

1.风化砂的掺入能有效抑制膨胀土的自由膨胀率增长，风化砂掺入20%以上达到自由膨胀率小于40%的路用标准。

2.风化砂的加入改变膨胀土的颗粒组成和颗粒分布，增加砂组分降低黏粒组分。

3.风化砂的加入增加粗粒降低亲水性，对膨胀土遇水体积增长起到约束作用。掺风化砂改良膨胀土是可行的。

4.由于受设备限制掺砂后膨胀土其他性能未能体现。

参考文献：

1.杨俊.风化砂改良膨胀土机理及边坡稳定性分析【J】江苏大学学报，2014,9,35（5）

3.杨俊.风化砂不同掺入率对膨胀土特性影响的研究【J】工业建筑2013,44（1），55-60.

4.杨俊.利用风化砂改良膨胀土路基的探讨【J】实验室研究与探索2013.4。32（4）