膨脹土被稱為工程中的“癌癥”，學(xué)界和工程界對這一世界性技術(shù)難題的研究已有80年左右歷史，也取得了豐碩的成果。

近日，膨脹土方面的技術(shù)研究再傳佳訊，由中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司主持建立的高速鐵路路基變形控制成套技術(shù)，實現(xiàn)了高速鐵路路基毫米級變形控制，全面應(yīng)用于10余條高速鐵路建設(shè)。

那么，膨脹土是如何形成的?為什么把它稱作工程“癌癥”，如何有效降低其給道路工程帶來的隱患?科技日報記者日前就此采訪了相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜摇?/p>

脹縮變形特性引起巨大危害

專家介紹，膨脹土是一類遇水膨脹變形、失水收縮開裂的黏性土，民間將其形象描述為“晴天一把刀，雨天一團糟”，它在環(huán)境干濕交替的作用下，體積會明顯脹縮，強度會急劇衰減，性質(zhì)極不穩(wěn)定，素有工程“癌癥”之稱。

那么，膨脹土是如何形成的?長江科學(xué)院土工研究所副所長程永輝說，膨脹土主要是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，其脹縮特性主要受黏土礦物成分及含量控制;黏土礦物包括蒙脫石、伊利石和高嶺石三大類，而蒙脫石、伊利石含量較高是引起脹縮變形的主要原因。

據(jù)程永輝介紹，膨脹土的分布具有明顯的氣候分帶性和地理分帶性。以地球緯度劃分，膨脹土主要分布在赤道兩側(cè)從低緯度到中等緯度的氣候區(qū)，并限于熱帶和溫帶氣候區(qū)域的半干旱地區(qū)。從地理分布上看，在歐亞、非洲和美洲大陸更為集中。而我國是世界上膨脹土(巖)分布范圍最廣、面積最大的國家，總分布面積超過10萬平方公里，幾乎涵蓋了除南海以外的所有陸地，以廣西、云南、湖北、河南等省分布最為廣泛。

參與組建世界首家“工程醫(yī)院”的鄭州大學(xué)教授方宏遠介紹，膨脹土對工程的危害主要表現(xiàn)在兩方面，包括脹縮變形造成的危害和滑坡危害。

膨脹土受降雨、蒸發(fā)等自然環(huán)境影響而產(chǎn)生脹縮變形，會引起工程結(jié)構(gòu)物的開裂、不均勻變形等危害，如房屋開裂、公路路面結(jié)構(gòu)不平整或開裂、鐵路路基變形、渠道滲漏等。

滑坡危害包括兩種類型：一種屬于淺層滑坡，由于自然環(huán)境的長期影響和膨脹土的脹縮作用，導(dǎo)致膨脹土邊坡淺層局部失穩(wěn)，進而表現(xiàn)為滑坡持續(xù)發(fā)生并逐步惡化，造成公路路基坍塌、上拱和下沉、結(jié)構(gòu)變形開裂等危害;另一種屬于深部整體滑坡，主要取決于膨脹土邊坡內(nèi)部原生裂隙的分布、規(guī)模和擴展程度，此類滑坡往往規(guī)模較大，破壞性更強，可能會給鐵路、房屋建筑、水利工程等帶來災(zāi)難性破壞。

從本質(zhì)規(guī)律出發(fā)解決難題

方宏遠說，對于膨脹土這種特殊的土層，工程界以往采用常規(guī)的設(shè)計和施工方法，包括增加安全儲備，如邊坡放緩或增加密度等，由于未掌握其變形和滑坡的本質(zhì)規(guī)律，導(dǎo)致加固處理后仍然事故頻發(fā)。

據(jù)了解，早期在施工過程中，由于膨脹土不能當(dāng)作填料，挖出來的膨脹土需要在工地周邊安排很大面積的地方堆放。不僅會破壞地形地貌，而且由于膨脹土難以被壓實，暴雨沖刷后容易產(chǎn)生水土流失甚至是泥石流，對道路安全和耕地等造成威脅。另外，為了對膨脹土原來的位置進行填補，施工方還要到幾公里或者十幾公里之外的地區(qū)挖非膨脹土來填，不僅會使工程造價大大提高，還會對生態(tài)環(huán)境造成一定破壞。

中國工程院院士王復(fù)明指出，解決膨脹土難題還要從其本質(zhì)規(guī)律出發(fā)，才能獲得真正有效實用的技術(shù)手段。他說，針對膨脹土脹縮變形造成的工程危害，重點是控制其脹縮變形的產(chǎn)生。脹縮變形產(chǎn)生的條件是約束不足和水分改變，因此工程界有兩種思路和對策。一種是壓重處理，通過上部覆蓋一定厚度的無脹縮性土層，約束脹縮變形的產(chǎn)生;另一種是采用防滲手段，控制水分變化。由于水分完全控制非常困難，因此壓重處理是最為常用的手段。

針對膨脹土滑坡危害，重點是改變滑坡產(chǎn)生的條件。對于淺層滑坡，主要是降低淺層脹縮作用，通常采用壓重處理，壓重層包括非膨脹土、改性膨脹土(改性后無膨脹性)、加筋膨脹土(約束膨脹作用)等，如南水北調(diào)中線工程渠道邊坡全線采用了換填水泥改性膨脹土;對于深部整體滑坡，由于膨脹土裂隙導(dǎo)致的先天不足和長期劣化問題，需要增加抵抗滑坡的外力，通常采用錨固技術(shù)彌補深部裂隙分布不均的缺陷;當(dāng)滑坡規(guī)模過大且存在單一長大裂隙面時，錨固力量往往不足，可采用抗滑樁進行支擋或抗滑樁聯(lián)合錨固技術(shù)進行加固，南水北調(diào)中線工程渠道邊坡施工和運行期間，就大量采用了這種技術(shù)。