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摘 要：膨胀土一直以来就是困扰水利工程施工的一项世界性难题。由于地质条件的不同，膨胀土的处理改良方法也各不相同。本文是在大量膨胀土改良相关文献的基础上，概括总结了近年来膨胀土改良的常用方法，对石灰、粉煤灰及阳离子添加剂等改良方法进行了详细的阐述，并指出了当前膨胀土处理方面所存在的问题。
关键词：膨胀土；改良；方法
0引言
膨胀土是土中粘粒成分，主要由亲水性矿物（如蒙脱石、高岭石等）构成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。其性质极不稳定，常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，危害性很大。目前，膨胀土改良方法的研究主要有物理方法改良、化学方法改良、生物技术改良等。
1 物理改良方法
1.1 包边法
包边法填筑膨胀土路堤是在堤身两侧用正常土包边，直接用开挖膨胀土填芯的一种经济环保的路基修筑方法。膨胀土遇水后强度大大降低，但是在干燥时膨胀土有较高的强度，所以只要控制水分不进入膨胀土区域即可保证膨胀土强度的稳定性和安全性，从而保证路基的稳定和安全营运。
1.2 掺纤维法
掺纤维改良膨胀土是往膨胀土中加入人工纤维，其改良机理是由于基体吸水膨胀时，纤维和基体的界面产生切应力，从而限制膨胀土体的进一步膨胀变形，对土体起到约束作用。利用土中添加纤维起加筋作用，能有效抑制膨胀土的膨胀，减少膨胀土的膨胀力和膨胀率，显著提高土体无侧限抗压强度、凝聚力和内摩擦角。纤维对膨胀土收缩性质有明显改良，可显著降低纤维土的收缩性。
1.3 风化砂改良法
将风化砂按照一定的配合比例掺入膨胀土中，经过拌合之后形成改良土样，根据改良理论和实验研究，综述掺砂改良膨胀土的机理主要有：（1）增大了膨胀土中粗颗粒含量，达到减小膨胀量的效果；（2）改变了膨胀土的密实特性，增大空隙率，减小膨胀土的膨胀量；（3）增大了膨胀土颗粒与颗粒之间的摩擦力，利用颗粒与颗粒之间的摩擦力抵消一部分膨胀力，达到降低膨胀量的效果；（4）增大初始含水率，使膨胀土在施工时处于一个高含水率状态，从而达到降低膨胀量的效果。
1.4 其他物理方法改良膨胀土
膨胀土地基的处理也可采用保湿法、压实法等。保湿法即将需处理的土层进行抽湿或加水的方法，将其转变为膨胀性较小状态，之后可将该区域土层予以隔离处理，避免其中水分发生变化产生膨胀。保湿法施工工艺较为复杂，且对施工地区的降水规律要求较高，因此也有一定的局限性。
2 化学改良方法
2.1 石灰改良法
用石灰改良膨胀土是最工程中常用的方法，目前研究这方面的文献也比较多。石灰是一种气硬性无机胶结材料，其改良作用机理如下：离子交换作用，在土中水作用下，生石灰迅速消解，产生 及少量 化学反应。
2.2 粉煤灰改良法
粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在膨胀土内，填充孔隙和毛细孔，改良了膨胀土由于长期干湿循环形成的裂隙结构，增加密实度，提高膨胀土的粘聚力和内摩擦力，增强膨胀土的稳定性和耐久性。此外，在纯水中，粉煤灰的凝结硬化速度缓慢，但水泥浆液中 的存在会激发粉煤灰的活性，粉煤灰表面的 ， 键就会被打破，硅酸根和铝酸根与水泥自身水化产生的氢氧化钙发生反应生成稳定的水化硅酸和水化铝酸钙并包裹粉煤灰表面。
2.3 二灰法改良膨胀土
二灰法指的是利用石灰和粉煤灰共同处理膨胀土。粉煤是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要成分有 、 、 、 、 、 等，它是我国当前排量较大的工业废渣之一，因此将其与石灰共同作用于膨胀土的改良可以有效做到废物利用。其主要的作用机理是利用粉煤灰含有大量的活性 和 ，在石灰环境下水化生成胶凝材料并胶结土颗粒，从而使膨胀土的早期强度提高。
2.4 阳离子添加剂改良膨胀土
根据双电层理论，膨胀土土颗粒表面往往带负电，这些负电荷会吸引极性水分子，水分子在电场力作用下按一定的方向排列，在膨胀土颗粒的周围形成一层结合水膜，由于该结合水膜的增厚会撬开其他土颗粒，从而使颗粒间距离增大，土体发生膨胀。而当介质条件发生改变时或者结合水膜厚度变薄时，颗粒间距会缩小，土体体积收缩。利用这一原理，在膨胀土体中加入有机阳离子添加剂，它们能够有效减少土颗粒表面的负电荷，从而降低吸附水膜的厚度，电势下降，使土颗粒之间距离减小，减少了土体的吸水性和膨胀性。
2.5 水泥改良法
掺入水泥对膨胀土进行改良是目前处理膨胀土的主要方法之一，水泥的掺入改变了膨胀土的结构和化学成分，从而改良了膨胀土的物理力学性质。通过水泥与膨胀土的离子交换及团粒化作用、硬凝反应及碳酸反应，使土体粒间连接力增强，抗压强度增大，可以有效地改良土的膨胀性。研究表明水泥掺量比 8%为最佳掺量，此时改良土的自由膨胀率和塑性指数达到最佳，且具良好的水稳性。
3 生物改良方法
将生物技术引入膨胀土改良问题中，微生物是存在于自然界的一群体形微小、结构简单、肉眼看不见的微小生物。微生物分泌带有粘性的有机物粘液和聚合物的粘结，促使粘质粉土颗粒簇的随机生成。其新陈代谢活动，可改变原始地质环境，使矿物直接在介质中沉淀。沉积物和死亡的细菌将土颗粒胶结或填塞粒间孔隙，对膨胀土起到改良作用。
利用微生物改良膨胀土，目前尚处于理论分析和试验研究阶段。周东等分析微生物改良膨胀土的机理是生物表面活性剂，通过调查发现可利用某些微生物表面活性剂的助滤、疏水作用或改变粘土矿物表面电荷电性的特性，可以削减结合水膜的厚度，提高膨胀土的抗剪强度，提出将生物技术引入膨胀土改良问题中，可根据不同类型的膨胀土筛选出生命力强、能消除或显著减弱土的胀缩性，且能促进自然生态环境良性发展的菌种。杨和平等详细介绍了微生物与粘土的相互作用机理，微生物可以改变粘土矿物颗粒双电层结构、改变土体的渗流状况、微生物分泌的带有粘性的有机物粘液和聚合物的粘结，促使粘质粉土颗粒簇随机生成。马光庭等研究改良膨胀土菌种的分离筛选及其特性，得出菌种最佳的改良环境条件、改良后膨胀土的物理力学性质变化
4结语
膨脹土改良的方法很多，单一的处理方法难免存在局限性，因此采用多种方法综合处理膨胀土，如二灰法，或许能够达到事半功倍的效果，值得探索其他多种方法联合处理的改良效果及稳定性。
参考文献
[1] 边加敏，蒋玲，王保田.石灰改良膨胀土强度试验[J].长安大学学报（自然科学版），2013，33（2）：38-43.
[2] 向文俊，牛宏斌，王保田.宁淮高速公路改良膨胀土压实特性研究[J].河海大学学报，2004，32（4）：434-436.
[3] 惠会清，雷胜友.膨胀土膨胀机理及其改良（抑制）方法的研究综述[J].公路交通科技，2005，22（9）：90-102.
[4] 杨俊，杨志.初始干密度及掺砂比对膨胀土抗剪强度指标影响[J].地下空间工程学报，2015，11（2）：77-83.
作者简介
田宇（1993-），男，汉族，河南商丘市人，工学硕士，单位：河南大学土木建筑学院土木工程专业，研究方向：结构工程。
（作者单位：河南大学）
关键词：膨胀土；改良；方法
0引言
膨胀土是土中粘粒成分，主要由亲水性矿物（如蒙脱石、高岭石等）构成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。其性质极不稳定，常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，危害性很大。目前，膨胀土改良方法的研究主要有物理方法改良、化学方法改良、生物技术改良等。
1 物理改良方法
1.1 包边法
包边法填筑膨胀土路堤是在堤身两侧用正常土包边，直接用开挖膨胀土填芯的一种经济环保的路基修筑方法。膨胀土遇水后强度大大降低，但是在干燥时膨胀土有较高的强度，所以只要控制水分不进入膨胀土区域即可保证膨胀土强度的稳定性和安全性，从而保证路基的稳定和安全营运。
1.2 掺纤维法
掺纤维改良膨胀土是往膨胀土中加入人工纤维，其改良机理是由于基体吸水膨胀时，纤维和基体的界面产生切应力，从而限制膨胀土体的进一步膨胀变形，对土体起到约束作用。利用土中添加纤维起加筋作用，能有效抑制膨胀土的膨胀，减少膨胀土的膨胀力和膨胀率，显著提高土体无侧限抗压强度、凝聚力和内摩擦角。纤维对膨胀土收缩性质有明显改良，可显著降低纤维土的收缩性。
1.3 风化砂改良法
将风化砂按照一定的配合比例掺入膨胀土中，经过拌合之后形成改良土样，根据改良理论和实验研究，综述掺砂改良膨胀土的机理主要有：（1）增大了膨胀土中粗颗粒含量，达到减小膨胀量的效果；（2）改变了膨胀土的密实特性，增大空隙率，减小膨胀土的膨胀量；（3）增大了膨胀土颗粒与颗粒之间的摩擦力，利用颗粒与颗粒之间的摩擦力抵消一部分膨胀力，达到降低膨胀量的效果；（4）增大初始含水率，使膨胀土在施工时处于一个高含水率状态，从而达到降低膨胀量的效果。
1.4 其他物理方法改良膨胀土
膨胀土地基的处理也可采用保湿法、压实法等。保湿法即将需处理的土层进行抽湿或加水的方法，将其转变为膨胀性较小状态，之后可将该区域土层予以隔离处理，避免其中水分发生变化产生膨胀。保湿法施工工艺较为复杂，且对施工地区的降水规律要求较高，因此也有一定的局限性。
2 化学改良方法
2.1 石灰改良法
用石灰改良膨胀土是最工程中常用的方法，目前研究这方面的文献也比较多。石灰是一种气硬性无机胶结材料，其改良作用机理如下：离子交换作用，在土中水作用下，生石灰迅速消解，产生 及少量 化学反应。
2.2 粉煤灰改良法
粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在膨胀土内，填充孔隙和毛细孔，改良了膨胀土由于长期干湿循环形成的裂隙结构，增加密实度，提高膨胀土的粘聚力和内摩擦力，增强膨胀土的稳定性和耐久性。此外，在纯水中，粉煤灰的凝结硬化速度缓慢，但水泥浆液中 的存在会激发粉煤灰的活性，粉煤灰表面的 ， 键就会被打破，硅酸根和铝酸根与水泥自身水化产生的氢氧化钙发生反应生成稳定的水化硅酸和水化铝酸钙并包裹粉煤灰表面。
2.3 二灰法改良膨胀土
二灰法指的是利用石灰和粉煤灰共同处理膨胀土。粉煤是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要成分有 、 、 、 、 、 等，它是我国当前排量较大的工业废渣之一，因此将其与石灰共同作用于膨胀土的改良可以有效做到废物利用。其主要的作用机理是利用粉煤灰含有大量的活性 和 ，在石灰环境下水化生成胶凝材料并胶结土颗粒，从而使膨胀土的早期强度提高。
2.4 阳离子添加剂改良膨胀土
根据双电层理论，膨胀土土颗粒表面往往带负电，这些负电荷会吸引极性水分子，水分子在电场力作用下按一定的方向排列，在膨胀土颗粒的周围形成一层结合水膜，由于该结合水膜的增厚会撬开其他土颗粒，从而使颗粒间距离增大，土体发生膨胀。而当介质条件发生改变时或者结合水膜厚度变薄时，颗粒间距会缩小，土体体积收缩。利用这一原理，在膨胀土体中加入有机阳离子添加剂，它们能够有效减少土颗粒表面的负电荷，从而降低吸附水膜的厚度，电势下降，使土颗粒之间距离减小，减少了土体的吸水性和膨胀性。
2.5 水泥改良法
掺入水泥对膨胀土进行改良是目前处理膨胀土的主要方法之一，水泥的掺入改变了膨胀土的结构和化学成分，从而改良了膨胀土的物理力学性质。通过水泥与膨胀土的离子交换及团粒化作用、硬凝反应及碳酸反应，使土体粒间连接力增强，抗压强度增大，可以有效地改良土的膨胀性。研究表明水泥掺量比 8%为最佳掺量，此时改良土的自由膨胀率和塑性指数达到最佳，且具良好的水稳性。
3 生物改良方法
将生物技术引入膨胀土改良问题中，微生物是存在于自然界的一群体形微小、结构简单、肉眼看不见的微小生物。微生物分泌带有粘性的有机物粘液和聚合物的粘结，促使粘质粉土颗粒簇的随机生成。其新陈代谢活动，可改变原始地质环境，使矿物直接在介质中沉淀。沉积物和死亡的细菌将土颗粒胶结或填塞粒间孔隙，对膨胀土起到改良作用。
利用微生物改良膨胀土，目前尚处于理论分析和试验研究阶段。周东等分析微生物改良膨胀土的机理是生物表面活性剂，通过调查发现可利用某些微生物表面活性剂的助滤、疏水作用或改变粘土矿物表面电荷电性的特性，可以削减结合水膜的厚度，提高膨胀土的抗剪强度，提出将生物技术引入膨胀土改良问题中，可根据不同类型的膨胀土筛选出生命力强、能消除或显著减弱土的胀缩性，且能促进自然生态环境良性发展的菌种。杨和平等详细介绍了微生物与粘土的相互作用机理，微生物可以改变粘土矿物颗粒双电层结构、改变土体的渗流状况、微生物分泌的带有粘性的有机物粘液和聚合物的粘结，促使粘质粉土颗粒簇随机生成。马光庭等研究改良膨胀土菌种的分离筛选及其特性，得出菌种最佳的改良环境条件、改良后膨胀土的物理力学性质变化
4结语
膨脹土改良的方法很多，单一的处理方法难免存在局限性，因此采用多种方法综合处理膨胀土，如二灰法，或许能够达到事半功倍的效果，值得探索其他多种方法联合处理的改良效果及稳定性。
参考文献
[1] 边加敏，蒋玲，王保田.石灰改良膨胀土强度试验[J].长安大学学报（自然科学版），2013，33（2）：38-43.
[2] 向文俊，牛宏斌，王保田.宁淮高速公路改良膨胀土压实特性研究[J].河海大学学报，2004，32（4）：434-436.
[3] 惠会清，雷胜友.膨胀土膨胀机理及其改良（抑制）方法的研究综述[J].公路交通科技，2005，22（9）：90-102.
[4] 杨俊，杨志.初始干密度及掺砂比对膨胀土抗剪强度指标影响[J].地下空间工程学报，2015，11（2）：77-83.
作者简介
田宇（1993-），男，汉族，河南商丘市人，工学硕士，单位：河南大学土木建筑学院土木工程专业，研究方向：结构工程。
（作者单位：河南大学）