某工程泥质膨胀岩问题研究及处理技术

刘宗庆

(福建东辰综合勘察院，福建 厦门 361009)

泥质岩是指含有大量粘土矿物，且粒径小于0.0039毫米的沉积岩，又称粘土质岩，笔者从事我省某工程，从已建的工程实例来看，该第三系发育的泥岩和砂质泥岩具有不同程度浸水膨胀、失水收缩的工程特性，在工程建设中，有一定的危害作用。

1 影响泥岩膨胀性的主要因素

1.1 粘土矿物含量及其物理化学活性泥岩中的粘土矿物，具有一定的亲水性，在各种粘土矿物中，以蒙脱石的亲水性最强，伊利石次之，高岭石最弱。泥岩中蒙脱石含量直接控制了泥岩膨胀性强弱。据研究，当蒙脱石含量大于15%时，在适宜的条件下有可能对工程引发不同程度的膨胀变形破坏问题。

1.2 后期成岩胶结作用及其强度

泥岩在成岩过程中，经历了固结、胶结、脱水以及重结晶等作用。因此，对于泥质膨胀岩而言，蒙脱石矿物含量并非决定其膨胀性大小的唯一因素；在后期成岩过程中，胶结作用强度以及胶结物成分也是影响和控制岩石膨胀性强弱的重要因素。对强胶结泥岩，即使含有亲水的粘土矿物，遇水后也不膨胀或膨胀量极其微弱。

1.3 干燥活化效应

大量工程实践和试验研究结果表明：岩土膨胀势的强烈表现是在天然岩土干燥失水后发生的，而且随失水程度的增加，膨胀、崩解特性会显著增大，特别是反复干、湿作用会使其膨胀力和膨胀变形成倍地增加，这就是干燥活化效应。这种现象表明，膨胀岩的膨胀性指标不是一个定值，而是随环境不断变化的。

2 泥岩膨胀势的判定标准

泥质膨胀岩的膨胀势，是指泥质岩在干燥活化作用下发生膨胀变形破坏的可能性(或趋势)。对泥岩膨胀势的判定和划分，是了解和研究膨胀岩工程特性的基础。

目前，对于泥质膨胀岩的判别国内还没有一个统一的标准和方法。通过对比分析反映泥质岩膨胀性的基本指标可以发现，岩石干燥饱和吸水率指标，综合了泥质岩的粘土矿物组成、物理化学活性、成岩胶结作用强度等因素对岩石的膨胀性和水稳性的整体影响。在本工程中，结合现场勘探工作采取泥岩岩块进行试验分析，采取干燥饱和吸水率指标作为判定泥岩膨胀势强弱的第一指标，得到泥岩膨胀势的初判结果，而后，通过分析岩石化学成分和粘土矿物成分、测定比表面积、离子交换容量、观察岩样浸水崩解特征等辅助指标，对初判结果加以复核，最终得到泥岩膨胀势的判定结果。本工程泥岩膨胀势的具体划分标准参见表1。

注：浸水崩解度A表示几乎无变化；B表示变化程度中等偏小；C表示变化程度中等偏大；D表示完全崩解。

按上述标准和方法对泥岩进行膨胀势的判定，在膨胀岩研究工作的初期很有意义，不仅可以了解和查明勘察区膨胀岩的分布规律，而且对下一步的膨胀岩膨胀特性试验具有指导意义。

3 泥质膨胀岩工程地质研究

3.1 泥质膨胀岩的分布

工程区的泥质膨胀岩，位于向斜NE翼，地层倾角25°～30°。岩性以黄绿、黄褐色泥岩为主，兼有少量浅灰、褐灰色砂质泥岩、泥质粉砂岩。其中，泥岩和砂质泥岩分布较广且单层厚度大，现场调查表明其膨胀性较强。

3.2 泥质岩的矿化成分

(1)化学成分

膨胀岩土中的离子交换吸附作用是粘土矿物的一种重要物理化学性质。一般条件下，低价阳离子较高价阳离子具有更强的交换性能。另外，膨胀岩土的膨胀性能还与硅铝比有关。通过7个泥岩样品所作的化学分析成果来看，场地泥岩硅铝比在2～3之间，其粘土矿物中所含的交换阳离子以Na+为主，Ca2+次之，有较强的膨胀性。

(2)矿物成分

泥质膨胀岩矿物成分包括碎屑矿物和粘土矿物，其性质主要是由粘土矿物成分所决定。粘土矿物中蒙脱石的胀缩性最大，伊利石次之，高岭石最小。

对7个泥岩样品所作的化学分析结果及X-衍射分析中矿物特征衍射峰的高低，综合分析得出泥质膨胀岩粘土矿物占矿物成分的60%～80%，主要粘土矿物是以伊利石族为主，占粘土矿物成分的40%以上。粘土矿物(X-衍射)检测记录表见表2。

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3.3 泥质岩的膨胀特性

将现场采取的7组不规则岩块在105℃下烘干至恒重，然后在湿化仪上进行试验，通过观察崩解特征可初步判别膨胀性的大小。泥质岩耐崩解试验成果表见表3。

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在泥质岩膨脆性初判结果的基础上，在工程场地通过钻孔取样进行膨胀特性试验，成果见表4。

通过在泥质膨胀岩发育层位采取岩样的试验结果，按表3标准判定，非膨胀岩约占16·7%，弱膨胀岩约占25.0%，中等膨胀岩样约占58.3%。

3.4 泥质岩的物理性质

通过对泥质膨胀岩发育层位采取岩样试验结果的分析，泥质膨胀岩具有天然密度较小，天然含水量较低的特点。强全风化泥岩自由膨胀率多在60%～85%之间，按膨胀土的判别标准属弱～中等膨胀潜势。在天然含水量条件以及有侧限情况下，按土工试验方法，测得强～全风化泥岩的膨胀力为25kPa～43kPa，局部可达52kPa。中～微风化泥岩按岩石试验方法测得的膨胀力仅为9.8kPa。

4 场地膨胀岩工程对策

综合上述泥质膨胀岩的膨胀特性和力学性质，对本工程而言，抑制泥质岩膨胀和强度软化的产生，是防止泥质膨胀岩发生膨胀破坏的关键所在。设计阶段应重点考虑采取防渗措施，隔离工程区地表、地下水力联系，尽量使地基岩土的水环境不发生大的变化。同时，为防止建筑物因膨胀岩地基变形而产生的破坏，可考虑在满足功能要求的前提下，尽量将结构单块分小。

施工阶段应及时封闭地基岩土，防止和减少地基岩土遭受风干和干湿交替作用：应注意施工工艺的使用，降低对地基岩土的扰动，维持地基岩土的整体性。此外，在工程运行期间，应对泥质膨胀岩场地安排实施长期变形观测工作。

结束语

综上所述，该工程场地通过试验分析、研究，判定了泥质膨胀岩的工程特性，通过采取措施抑制泥质岩膨胀和强度软化的产生处理膨胀岩地基的方案，费用较低，效果理想，工程运行正常，实践证明是成功的。

[1]李杭州，廖红建，孔令伟，冷先伦.膨胀性泥岩应力-应变关系的试验研究[J].岩土力学，2007，(01).

[2]张颖.泥质膨胀岩工程地质研究[J].城市勘测，2007，(5).