膨胀土地基岩土工程勘察的常见问题与解决方案

张琨

摘 要：膨胀土作为一种特殊的土壤类型，存在失水收缩、吸水膨胀的特性，于膨胀土区域建设地基工程存在一定安全质量风险，需得到更加全面和准确的勘察资料支持。基于此，通过分析膨胀土地基岩土工程勘察的常见问题以及解决方案，以某膨胀土地基工程为例具体分析了勘察方案的应用，总结膨胀土地基工程勘察经验，保证膨胀土地基工程的顺利竣工。

关键词：膨胀土;地基工程;岩土工程勘察;勘察方案

中图分类号：TU753                                  文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2022）06-0042-02

0 引言

膨胀土具有失水收缩和吸水膨胀的特征，在膨胀土区域建设建筑物地基时，受到季节变化的影响，膨胀土会出现周期性收缩变化，使得建筑结构形成不均匀沉降，给建筑结构稳定性造成不良影响，甚至引发安全事故。膨胀土地基工程勘察工作和常规土层勘察工作存在一定差异，工程勘察需要以膨胀土特征为出发点，选择合适的方法进行勘察工作，以满足勘察需求，保证膨胀土地基工程的顺利进行。

1 膨胀土地基岩土工程勘察的常见问题

1.1 深度勘探问题

膨胀土地基岩土工程施工期间，为了保障工程质量，削弱膨胀土地基危害性，理应把控好工程勘察事项，充分结合工程勘察报告，优化地基施工效果，实现此项工程的顺利竣工，就此防止在膨胀土地基条件下，引发严重的地基坍塌或者边坡事故。勘察人员在对膨胀土地基现场进行勘察时，很容易受勘察深度把控力度不大因素的影响，致使后期施工人员在膨胀土地基环境下，未能加强安全防护，不但会增加施工风险，而且还会加剧建筑物下沉可能性。考虑到勘察人员对膨胀土地基地质环境予以勘察时，未能明确勘探深度，造成勘察范围不全面。相关研究发现：要求勘察人员应当至少对膨胀土地基展开15 m深度勘探。如若工程规模庞大，需要适当增加勘探深度，以免因浅层勘探，导致地基下放岩土性质缺失可靠依据。

1.2 地下水观测问题

膨胀土地基因其分布着大量的膨胀土，其具备吸水性与失水性收缩特定，一旦存在地下水，将降低地基稳固度。此时勘探人员需要确定地下水分布位置，而后根据地下水水位标准，评估当前在岩土工程施工中是否面临施工风险，必要时可以实现针对地基进行夯实加固处理，以免在膨胀土性质的干扰下，无法保证工程项目的如期竣工，加大返工风险[1]。于地下水观测过程中，若勘察人员无法明确掌握水文测量技巧，将很难维护地基勘探安全性。通常情况下，在地下水观测中，勘察人员需要采用钻孔测量方式了解地下水位分布情况，而后参照地下水观测结果对其进行回填排水处理，为后期岩土工程施工内容的落实创造最优条件。

1.3 地层划分问题

膨胀土地基岩土工程勘察工作属于专业性强的施工准备事项。既要保证勘察人员具备专业技能，又能确保勘察人员经验丰富。但从目前实际勘察阶段可知：部分勘察人员未能在地层划分上表现出专业素养，违背地基勘察权威性原则。通常在岩土工程中需要各工段勘察人员分工勘察，而后整理各路段勘察数据，此时对于勘察信息的整合显然具有难度。此时，应当秉承专人专管的原则，建立集中勘察环境，并且要求勘察人员依据统一的勘察记录要求，对钻孔实施全面勘察，并且结合勘察数据对岩土工程地基施工进行合理设计，最终确保勘察后工程具备坚实的施工基础。

2 膨胀土地基岩土工程勘察问题的处理措施

2.1 加强膨胀土识别判定

要想进一步解决膨胀土地基岩土工程勘察问题，应当有效加强膨胀土识别判定，即勘察人员需在勘察中事先确定好当前地基是否属于膨胀土，而后为施工人员乃至设计人员提交对应的勘察依据，避免直接在膨胀土地基上建设建筑物，影响建筑物的安全性。

首先，勘察人员需要借助自由膨胀率测定仪，了解地基土层分布规律。若测定后发现土层中岩土自由膨胀率率高于40%，可以将其识别为膨胀土[2]。另外，还要了解膨胀土常见区域，如盆地以及阶地施工现场，最常见膨胀土，而且还要记录裂隙变化情况，是否与气候因素具备密切关联等，这些内容的掌握都有利于勘察人员快速识别膨胀土;

其次，勘察人员在判定当前地基土质为膨胀土后，还要对勘探深度进行有效确认，至少需在12 m深度土层以上进行勘探，而且还要预判膨胀趋势。由于膨胀土本身性能与危害性具备相关性。因此，需在勘察阶段依据自由膨胀率对膨胀趋势强弱程度加以判定。依据膨胀土膨胀趋势判定规范，在40%～65%之间自由膨胀率的膨胀土，往往呈现弱势膨胀趋势。随着自由膨胀率的提升，膨胀趋势隨之升高，要求相关人员应适当调整地基土质的重视度;

最后，勘察人员还要做好周边环境调研工作，测量好地形坡度以及地基分级变形量。通常对于5°以下地形坡度的地基，可认定为平坦地基，若地形差在1 m以上则判定此区域为陡峭地基。同时，对于15 mm至35 mm以内地基分级变形量的膨胀土，其涨缩等级认定为Ⅰ级。随着数值的增加，对应的涨缩等级随之升高。勘察人员可以根据勘探结果对地基稳定性进行预判，并在岩土工程施工前，对稳定性偏差的地基进行加固处理。鉴于此，膨胀土的识别是提升地基稳定性的重要措施，借此妥善处理地基勘察问题。

2.2 实施外排水充填操作

针对膨胀土地基勘察问题提出解决路径，要求勘察人员从地下水观测环节做好整改工作。其中地下水观测要点包含以下3个部分，可以根据具体要求，对膨胀土地基展开排水充填操作。第一点是勘察人员需确定好地下水观测时间，一般需在完成钻孔施工任务后停留24 h，此时观测的地下水分布结果准确度更高;第二点是勘察人员应当依据周边地下水开发情况，对其分布规律加以总结。而且在观测位置位于抽水井附近，此时获取的勘察结果较大;第三点是要求勘查误差在±2 cm范围内，防止因误差偏大，造成此次地下水观测结果缺乏可信度。勘察人员可以依据孔口坐标值以及标高值确定地下水位。地下水位观测后相关人员可以使用混凝土垫层进行施工，其中垫层厚度可以控制在150 mm左右，增设20 mm宽的伸缩缝，外加沥青砂材料予以充填，能够合理提升地基稳定性。同时，还可以对水位偏高区域进行排水处理，最大可以设定30 cm宽度的排水沟，从而改善膨胀土地基施工环境。

2.3 实施桩基础施工设计

在勘察中提升勘察有效性，保证地基稳定性达到预期施工要求，还需要实施桩基础施工设计，以桩基础结构消除膨胀土的危害。勘察人员可以联合设计者对膨胀土地基上方分布的建筑物结构进行全面分析，既要凭借桩基础设计，降低膨胀土的膨胀性，又要依据土层特征，完善施工设计规划。一方面，勘察人员可以在膨胀土地基勘察中，对岩土发育程度予以记录，并且新增膨胀土性能监测站点，随时掌握膨胀土变化规律。另一方面，需要测量好地基变形量，一旦超出安全标准，需要利用桩基础增加地基穩定性。此外，勘察人员需始终加强膨胀土地基自由膨胀率与变形量的统一勘察，整理好勘察数据后，由专业人员完善勘察报告，用于支撑岩土工程施工项目。

3 膨胀土地基岩土工程勘察的应用案例

3.1 工程概述

本工程以某市产业园区建设项目为例，该项目规划面积约为25 km，以沉积岩和岩浆岩地层为主。由于该园区主要为黏土以及粉质黏土，黏土中含有大量泥岩和碎块石，石块基本无圆度，形成膨胀土。该园区内膨胀土厚度约为1～30 m，呈现出不均匀分布。

3.2 勘察方案

于该园区内选择20个勘探点进行试验测试，使用干法钻孔保护土体原状，保证取样间距为1 m。实验结果如下表1、2、3所示。

经过对膨胀土体进行物理性能指标、标准贯入试验、动力触探试验、静载荷试验，测得膨胀力值为125 kPa，膨胀力较高，极容易对建筑工程造成影响，施工期间易发生滑坡事故。在该工程施工期间，挡墙发生坍塌，影响30 m范围内的正常施工，主要由于墙后膨胀土遇水后发生膨胀，膨胀力超过挡墙强度，导致坍塌事故。因此施工方案设计务必根据勘察结果展开，充分考虑到膨胀力强度的影响，才能规避坍塌事故。

3.3 处理方案

在工程实践中，可以选择采用石灰、水泥、石膏、磨细矿渣、粉煤灰、NCS固化剂等化学改良膨胀土或者人工换填等方法。石灰是适用于高塑性类土的最普及的稳定剂，是膨胀土地基工程选择膨胀土改性处理是最有效的处理方法，石灰稳定的一般（反应）过程：阳离子的交换，凝聚和结块，碳化作用和凝胶作用。石灰剂量控制在4%～10%。但由于本工程规模大，选择膨胀土改行处理成本超过1亿元，成本高昂，从经济角度选择回填和混合回填的方法，以保证膨胀土深度位于大气影响深度之下即可满足要求[3]。本工程大气影响深度可达到4 m，受到大气严重影响的深度约为1.8 m，因此基础埋深应在1.8 m以下，建议将埋深最小值控制在2 m以上。可选择级配砂石垫层，在建筑结构背后设置砂石滤水层，一方面减轻建筑结构受到膨胀土胀缩的影响，另一方面可以同时发挥出排水功能，降低地下水位。对于防滑坡处理，选择分级低挡墙以及缓边坡的方案，在挖方时采取分段开挖方法，及时支护，并同时对边坡进行监测。建筑结构周围安装地下管网，设置排水沟，不仅达到良好的防渗排水效果，也能封闭建筑挡墙，缓冲膨胀土对建筑地基结构的影响。

4 结论

综上所述，膨胀土具有特殊的矿物成分和结构，造成其工程特性和力学特性特殊，具有明显的胀缩性、强度变化、易滑性等特点，对地基工程产生直接影响，常造成施工期间的滑坡事故和建筑结构破损。因此结合物理性能指标、标准贯入试验、动力触探试验、静载荷试验对工程进行勘察，根据勘察结果了解膨胀土的膨胀性能，提前采取处理方案应对，提高工程安全性和合理性。

参考文献

[1] 刘礼峰.综合勘察技术在岩土工程勘察中的应用策略思考[J].世界有色金属，2021（17）：203-204.

[2] 马祥配.岩土工程勘察中存在的常见技术问题及解决方法[J].中国建筑金属结构，2021（8）：104-105.

[3] 章林通.岩土工程勘察与地基设计中的问题分析及方法研究[J].中国设备工程，2021（12）：268-269.