膨胀土改良技术的研究进展

膨胀土改良技术的研究进展

李东鑫,上官云龙

吉林建筑大学 交通科学与工程学院 吉林长春 130000

摘要：膨胀土是一种重要的土壤类型，在土木工程、建筑工程、水文地质等领域得到广泛应用。膨胀土的改良技术研究对于科学评价和合理利用膨胀土具有重要的意义。本文从化学稳定剂、机械改良、控制水分含量、添加混合材料和土体冻结几个方面分析膨胀土改良技术的研究进展。

关键词：膨胀土；改良技术

引言

膨胀土主要成分是粘土矿物，通常包括膨润土、伊利石、高岭土等，同时还可能含有一定量的石英、长石等非粘土矿物。它具有一定的水分敏感性和膨胀性，在吸湿后体积会急剧膨胀，失去水分后则会急剧收缩。这种土壤常见于干旱地区、荒漠地带和半干旱地区。

膨胀土对于建筑工程的影响主要体现在建筑物的稳定性、地基的承载力和沉降量、地基的变形性能等方面。在水利工程中，膨胀土的水分敏感性也会对堤防、水坝等工程的稳定性产生影响[1]。因此，对于膨胀土改良技术的研究和应用非常重要，为工程建设提供技术支持和保障[2]。

1化学稳定剂

膨胀土的化学稳定剂是指一类用于改善膨胀土的物理性质和化学性质、增加膨胀土的强度和稳定性、减少膨胀土的膨胀性和收缩性的化学物质。常见的膨胀土化学稳定剂包括以下几种：a）石灰[3]：可以与膨胀土中的氧化铝、氧化铁等成分反应，形成较稳定的硬质结晶体，从而减少膨胀土的膨胀性和收缩性，提高膨胀土的稳定性和承载力。b）氯化钙：可以通过吸收水分和增加土壤的离子浓度来减少膨胀土的膨胀性和收缩性。c）水玻璃：可以形成硅酸钠钙等难溶物，填塞土壤孔隙，增加膨胀土的稳定性和强度。d）氨基磷酸盐：可以与膨胀土中的铁、铝等离子形成络合物，从而减少膨胀土的膨胀性和收缩性。e）硅酸盐胶凝材料：可以通过胶凝反应生成硅酸钙等胶凝产物，填塞土壤孔隙，增加膨胀土的强度和稳定性。

选择化学稳定剂时需要考虑其对环境的影响和安全性，以及与膨胀土的相容性和稳定性等因素。同时，化学稳定剂的使用也应根据实际情况和工程要求进行具体设计和调整。

2机械改良

膨胀土机械改良是指利用机械手段对膨胀土进行改良的方法，包括以下几种：a）压实法：通过加强土体的密实度和减少孔隙度，增加土体的承载能力和稳定性。常见的方法包括静压法、动压法、振动法等。b）掺杂法：将适量的砂土、粉煤灰等材料掺入膨胀土中，改变其结构和性质，提高其稳定性和承载力。c）交换法：利用阴离子交换树脂等材料与膨胀土中的阴离子结合，减少其吸附水分和膨胀性，提高其稳定性和承载力。d）混合法：将膨胀土与砂土、粉煤灰等材料混合，形成复合土体，提高其强度和稳定性。e）桩基法：通过钻孔、挖孔等方式，将钢筋混凝土桩或灌注桩等加固材料深入膨胀土中，形成桩基，提高膨胀土的承载力和稳定性。

根据具体的膨胀土特性和工程要求，选择合适的机械改良方法进行改良。同时，应注意加强对膨胀土改良效果的监测和评估，确保改良后的土体满足工程要求。

3控制水分含量

膨胀土是一种容易吸收水分并膨胀的土体，控制膨胀土的水分含量是非常重要的。a）确定合适的含水率：膨胀土的最大干密度和最小干密度之间的含水率称为最适含水率，该含水率下土壤体积变化最小，承载力最大，应控制在该含水率附近。b）加强排水：在膨胀土上设置排水沟、排水管等排水设施，加强膨胀土的排水性能，控制膨胀土的含水量。c）降低水位：通过降低地下水位或引导地表径流，减少膨胀土的吸水量，从而控制膨胀土的含水量。d）覆盖保水层：在膨胀土表面设置覆盖保水层，减少膨胀土直接接触空气和雨水的机会，从而控制膨胀土的含水量。e）加固边坡：对膨胀土的边坡进行加固，增加其稳定性，避免受到外部水分的影响。

具体的膨胀土工程要求和实际情况，采取合适的控制水分含量方法。同时，应注意加强对膨胀土含水量的监测和控制，确保土体满足工程要求。

4添加混合材料

膨胀土是一种工程地质问题，经常需要采用各种方法来加固和改良[4-5]。其中，添加混合材料是一种有效的方法之一。a）石灰：石灰是一种常用的混合材料，可通过吸水反应，使膨胀土变为凝结状态。它还可以加强膨胀土的稳定性和承载能力，降低土壤的含水量。b）水泥：水泥是一种常用的混合材料，可与膨胀土反应形成凝固体，增加土壤的强度和稳定性。同时，水泥可以使膨胀土吸水量降低，减少其膨胀性。c）矿物粉：矿物粉是指一些非金属矿物的粉末材料，如硅灰石粉、硅酸盐等。它们可以填充膨胀土孔隙，增加土壤的密实度和稳定性。d）沥青：沥青是一种可塑性较强的混合材料，可在膨胀土表面形成一层保护膜，防止其受水侵蚀和损坏。e）聚合物：聚合物是一种高分子化合物，可通过聚合反应，在膨胀土中形成一种稳定的凝胶体系，增加土壤的强度和稳定性。

根据实际情况选择合适的混合材料，同时注意混合材料的配比和施工方法，确保膨胀土的改良效果。

5 土体冻结

膨胀土可以通过土体冻结改良来提高其工程性能。土体冻结改良的主要原理是利用土壤在冻结过程中产生的体积变化和温度变化来改善土体的物理和力学性质。膨胀土在含水量较高时容易发生膨胀现象，通过冻结可以使土体中的水分减少，降低膨胀土的膨胀性。膨胀土在冻结过程中会形成一定的冻结固结体，这些固结体可以增加土体的稳定性和强度。膨胀土经过冻结改良后，土体中的毛细孔和微孔会被破坏，从而提高土体的渗透性。通过冻结改良可以使膨胀土的体积变化较小，从而提高其抗震、抗裂性能等。

膨胀土通过土体冻结改良可以提高其工程性能，但需要根据实际情况采取合适的冻结方法和措施，以达到最佳改良效果。

结语

膨胀土是一种具有膨胀性和收缩性的土壤，容易引起建筑物、路基、堤坝等基础工程的变形和破坏。因此，对膨胀土进行改良具有重要的意义。膨胀土的改良可以提高其稳定性和承载力，减小其膨胀收缩性，防止基础工程的变形和破坏，从而保证基础工程的安全和长期稳定性。此外，膨胀土的改良还可以提高土地的利用价值，促进工程和经济的发展。因此，膨胀土的改良在土木工程、农业生产和土地利用等方面都有着广泛的应用前景。

参考文献

[1]胡晓军,吴延枝.膨胀土改良技术研究综述[J].合肥学院学报(自然科学版),2014,24(04):80-85.

[2]王保田,张福海,张文慧.改良膨胀土施工技术与改良土的性质研究[J].岩石力学与工程学报,2006(S1):3157-3161.

[3]汪明武,秦帅,李健,徐鹏.合肥石灰改良膨胀土的非饱和强度试验研究[J].岩石力学与工程学报,2014,33(S2):4233-4238.

[4]曹义康,王欢,任俊玺,邱翱博,杨惠茹.粉砂土改良膨胀土的干湿循环特性实验研究[J].河南大学学报(自然科学版),2021,51(03):321-328.

[5]孙乐乐,张文慧,张福海,宋博文.粉煤灰改良膨胀土不良工程特性试验研究[J].河南科学,2019,37(04):588-593.