前言：膨胀土遇水迅速膨胀，失水出现收缩，干湿交替时极强的胀缩性与较差的抗冲刷性能会让该土的稳定性出现极大地降低。强度急剧衰减的膨胀土因此有着“工程癌症”的别名，是造成地质灾害与建筑物沉陷、坍塌的关键因素。

1寒区水利工程膨胀土特性

1.1指标分析

膨胀土广泛分布在全球各地，遍及六大洲，在我国的多个省份中，更多见于南方地区与西部地区，总面积超过十万平方千米。在我国北方寒区，膨胀土的分散特点呈现散状分布，但膨胀土对工程造成破坏的例子却并不少见。如华北油田管线破裂、松花江输水渠大规模冻融滑塌。

膨胀土隶属黏性土，但与一般黏性土不同，膨胀土的破坏力更强，胀缩性更大。决定某种土是膨胀土还是一般黏性土的指标较为复杂，且尚未有完全统一的标准。《岩石勘查》中规定浅层滑坡、裂缝中出现的，遇水变软，风干后呈现硬塑状态、自由膨胀率超过40%的灰绿与灰白色黏土初步判断为膨胀土，超过90%膨胀率的膨胀土被设定为强膨胀土。40%至90%之间的膨胀土被称为中等膨胀土。但该力学指标并不算完全精准，对造成建筑工程损伤的土壤检测后，部分结果显示自由膨胀率小于40%。由此可见，膨胀率低于40%的土壤也有一定可能是膨胀土。判断某种土是否是膨胀土时不可一味依靠膨胀率，还需结合其他特征。如土壤中蒙脱石的晶面间距。

1.2机理分析

对膨胀土的内部组成成分进行分析，可得出绝大部分膨胀土都包含强亲水性的矿物，如蒙脱石、伊利石。遇水快速膨胀，失水干裂收缩的胀缩性是膨胀土最典型的特征。除此之外还有固结性与裂隙性。影响膨胀土胀缩性的因素可分为外界因素与内部因素。外部因素主要表现为气候条件、地貌地形与周边环境。气候条件包括温度、湿度、蒸发量、降雨量等。地貌地形表现为高地地形中破坏力更大，地势高比地势低胀缩更快。周边环境主要指绿色植被的数量。若某植物与建筑物距离很近，且自身根系发达、叶面蒸腾量较大，会加剧膨胀土对地层的影响。内部因素表现为膨胀土的内部矿物组成、含量、干密度、初始含水量、排列方式等。

1.3处理原则

处理膨胀土地基时，为降低对建筑物的影响，应重点分析膨胀性，从地基基础环境与建筑物的上部结构两方面入手，兼顾经济合理与技术先进，确保建筑物的整体性不遭到破坏。在处理前，先判断地形地貌。平坦场地考虑气候因素，以十年为期，分析膨胀土地基在此期间可能发生的最大变形。斜坡场地则在此基础上，考虑水分侵入造成的变形，可通过设置支档结构物或排水系统避免外部水来水造成的变形与损坏。

建筑物群的位置尽量选择安置在同一单元，力求简单。拐弯过多、工程土层跨越不同地貌单元易加剧建筑物出现变形与损伤的可能。必要时可采取设置沉降缝的方式断开建筑群。有一定抵抗力，对地基变形与不均匀等情况适应性较好的建筑只需采取设置地梁、内外墙壁连接的方式加强稳固即可。适应性较差的建筑物则必须加入相对应的结构措施，减轻地基不均匀现象的破坏力[1]。

2膨胀土地区水利工程中的地基处理技术

2.1控制含水量

2.1.1预浸水法

该技术的原理是利用膨胀土遇水不断膨胀的特点，通过提前增加地基中的含水量，使膨胀土维持在部分或全部膨胀的状态，以此降低干旱时的变形量，尽可能保证胀缩后不会对建筑物有太大影响。根据相关数据显示，膨胀土浸水后变形指标会出现大幅度下降，通常随压强的增高而不断降低，100千帕压强下，强度由286的最大峰值降低到268，150千帕压强下，强度由506的最大峰值降低到383，200千帕压强下，强度由594的最大峰值降低到369。虽然指标得到降低，但该技术仅适用于部分基地压力不大的水利工程，如冷却塔、蓄水池的建立。在路基类水利工程中仍会因变形造成地面开裂。施工方法为在相关区域开挖明沟，沟不可过浅，以80厘米深为最佳。在沟底铺设熟石灰与石子，并填满水。为更好地调整膨胀土吸水后的膨胀效果，可在周边加设能自动调节出水速度的竖井。

2.1.2帷幕保湿法

与浸水法相反，该技术侧重消除进入地基的水分，在膨胀土出现变形前，将影响膨胀土的因素数量降低到最少。防水帷幕通常选用聚乙烯薄膜，并为提高防水效果，铺设时铺两层。除塑料薄膜外，还有砂质帷幕、沥青油帷幕、“砂+塑料”“土+塑料”帷幕等。埋入帷幕的深度需要结合建筑环境与当地的气候特点综合进行判断，但不可小于建筑物的基础最小埋深。搭接时用热合处理拼接部分，并按照2：8的比例回填灰土。灰土同样是起隔水效果，但灰土是为了确保薄膜失效后膨胀土不至于吸水太多，造成地基出现较大破坏[2]。

2.2处理地基

2.2.1表土置换法

表土置换法又名换土法，主要针对胀缩率更高的中、强膨胀土区域。强膨胀土造成的破坏巨大，为避免相关建筑物受损，降低后期维修难度，将该地区的膨胀土挖出，换成普通的土，从源头上避免膨胀变形，保护建筑。常用的换填土包括非膨胀黏土、灰土、砂土等。换土时是全部挖掉还是部分挖掉，挖土厚度与剩余膨胀土的胀缩变形率有直接关系。相关数据显示，深入地下的膨胀土几乎不会因外界环境的变化而出现胀缩。因此该方法更适合地基下膨胀土层不厚的区域。通常情况下针对中膨胀土深挖范围在一米至一米五。强膨胀土深挖范围控制在两米以内。换土时可借助机械也可人工挖除。将土挖出后采取分层铺设法填充新土。每填充一层进行一次碾压，以保证地基稳固。为强化换土效果，还可加入一定的排水辅助措施。如在外部加设边沟平台、搭建柔性支护结构、修建渗沟等。

2.2.2垫层法

垫层法的基本原理是隔离能影响膨胀土的因素，使膨胀土不出现变形，从而达到保护建筑物的效果。在膨胀土上加一层保护膜以此提高膨胀土地基的承载力。由于铺设的补偿垫层绝大多数都是砂垫层，因此该方法广泛适用于各种轻型建筑物，并且具有取材方便、施工简单、经济实惠等优点。影响砂垫层调节效果的因素包括垫层的厚度、宽度、膨胀土胀缩性、压强等。相关公式如下：针对弱膨胀土，针对中膨胀土，，其中表示垫层厚度，表示垫层宽度，表示基础宽度。在挑选粒料前还需测量膨胀土膨胀时的土层压力，若压力小于250千帕，选用粒度更大的粗砂，反之，选用细砂。值得注意的是该方法不适合炙热干旱又可能被水浸泡的建筑物地基处理。

2.2.3橡胶颗粒掺入法

换土法经济压力较大，垫层法需要配合调整上部结构，以确保建筑物能适应变形的地基，对共同空间整体协调性要求较高。在膨胀土中加入橡胶颗粒不仅能减少环境污染，还能提高废弃轮胎利用率。该技术的原理是基于物理特性中的相互摩擦嵌挤作用。膨胀土出现胀缩变形是因为土颗粒之间的内聚力不足，加入橡胶能增加土体之间的内摩擦角，从而降低膨胀土活性，达到降低变形的效果。橡胶颗粒的最佳掺入量需要结合具体情况具体分析，通常是掺入得越多，膨胀力降低越明显，但降低到一定程度后会出现反弹，呈现波浪分布[3]。

结论：综上所述，膨胀土具有极强的破坏力，不仅长期、反复危害地基的安全，而且由于膨胀土特性指标的不明朗，潜在危害极大。稳固的地基是确保各类建筑工程安全的基础，相关人员应控制膨胀土，做好检测与预防，为增强水利工程的质量效果保驾护航。

参考文献：

[1]吴江斌,罗岚,黄昱挺.云南红河综合交通枢纽膨胀土地基复杂岩土工程设计[J].地基处理,2022,4(S1):159-166.

[2]王丽.振冲砂石桩法在膨胀土地基处理中的应用——以安康机场迁建项目为例[J].安徽建筑,2020,27(09):117-118+129..

[3]孟雄飞,田龙龙.基于多层建筑中的膨胀土地基处理技术实践探究[J].科技创新导报,2020,17(14):37-38.