劉宗慶

(福建東辰綜合勘察院，福建 廈門 361009)

泥質(zhì)巖是指含有大量粘土礦物，且粒徑小于0.0039毫米的沉積巖，又稱粘土質(zhì)巖，筆者從事我省某工程，從已建的工程實(shí)例來看，該第三系發(fā)育的泥巖和砂質(zhì)泥巖具有不同程度浸水膨脹、失水收縮的工程特性，在工程建設(shè)中，有一定的危害作用。

1 影響泥巖膨脹性的主要因素

1.1 粘土礦物含量及其物理化學(xué)活性泥巖中的粘土礦物，具有一定的親水性，在各種粘土礦物中，以蒙脫石的親水性最強(qiáng)，伊利石次之，高嶺石最弱。泥巖中蒙脫石含量直接控制了泥巖膨脹性強(qiáng)弱。據(jù)研究，當(dāng)蒙脫石含量大于15%時，在適宜的條件下有可能對工程引發(fā)不同程度的膨脹變形破壞問題。

1.2 后期成巖膠結(jié)作用及其強(qiáng)度

泥巖在成巖過程中，經(jīng)歷了固結(jié)、膠結(jié)、脫水以及重結(jié)晶等作用。因此，對于泥質(zhì)膨脹巖而言，蒙脫石礦物含量并非決定其膨脹性大小的唯一因素；在后期成巖過程中，膠結(jié)作用強(qiáng)度以及膠結(jié)物成分也是影響和控制巖石膨脹性強(qiáng)弱的重要因素。對強(qiáng)膠結(jié)泥巖，即使含有親水的粘土礦物，遇水后也不膨脹或膨脹量極其微弱。

1.3 干燥活化效應(yīng)

大量工程實(shí)踐和試驗研究結(jié)果表明：巖土膨脹勢的強(qiáng)烈表現(xiàn)是在天然巖土干燥失水后發(fā)生的，而且隨失水程度的增加，膨脹、崩解特性會顯著增大，特別是反復(fù)干、濕作用會使其膨脹力和膨脹變形成倍地增加，這就是干燥活化效應(yīng)。這種現(xiàn)象表明，膨脹巖的膨脹性指標(biāo)不是一個定值，而是隨環(huán)境不斷變化的。

2 泥巖膨脹勢的判定標(biāo)準(zhǔn)

泥質(zhì)膨脹巖的膨脹勢，是指泥質(zhì)巖在干燥活化作用下發(fā)生膨脹變形破壞的可能性(或趨勢)。對泥巖膨脹勢的判定和劃分，是了解和研究膨脹巖工程特性的基礎(chǔ)。

目前，對于泥質(zhì)膨脹巖的判別國內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法。通過對比分析反映泥質(zhì)巖膨脹性的基本指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，巖石干燥飽和吸水率指標(biāo)，綜合了泥質(zhì)巖的粘土礦物組成、物理化學(xué)活性、成巖膠結(jié)作用強(qiáng)度等因素對巖石的膨脹性和水穩(wěn)性的整體影響。在本工程中，結(jié)合現(xiàn)場勘探工作采取泥巖巖塊進(jìn)行試驗分析，采取干燥飽和吸水率指標(biāo)作為判定泥巖膨脹勢強(qiáng)弱的第一指標(biāo)，得到泥巖膨脹勢的初判結(jié)果，而后，通過分析巖石化學(xué)成分和粘土礦物成分、測定比表面積、離子交換容量、觀察巖樣浸水崩解特征等輔助指標(biāo)，對初判結(jié)果加以復(fù)核，最終得到泥巖膨脹勢的判定結(jié)果。本工程泥巖膨脹勢的具體劃分標(biāo)準(zhǔn)參見表1。

注：浸水崩解度A表示幾乎無變化；B表示變化程度中等偏??；C表示變化程度中等偏大；D表示完全崩解。

按上述標(biāo)準(zhǔn)和方法對泥巖進(jìn)行膨脹勢的判定，在膨脹巖研究工作的初期很有意義，不僅可以了解和查明勘察區(qū)膨脹巖的分布規(guī)律，而且對下一步的膨脹巖膨脹特性試驗具有指導(dǎo)意義。

3 泥質(zhì)膨脹巖工程地質(zhì)研究

3.1 泥質(zhì)膨脹巖的分布

工程區(qū)的泥質(zhì)膨脹巖，位于向斜NE翼，地層傾角25°～30°。巖性以黃綠、黃褐色泥巖為主，兼有少量淺灰、褐灰色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。其中，泥巖和砂質(zhì)泥巖分布較廣且單層厚度大，現(xiàn)場調(diào)查表明其膨脹性較強(qiáng)。

3.2 泥質(zhì)巖的礦化成分

(1)化學(xué)成分

膨脹巖土中的離子交換吸附作用是粘土礦物的一種重要物理化學(xué)性質(zhì)。一般條件下，低價陽離子較高價陽離子具有更強(qiáng)的交換性能。另外，膨脹巖土的膨脹性能還與硅鋁比有關(guān)。通過7個泥巖樣品所作的化學(xué)分析成果來看，場地泥巖硅鋁比在2～3之間，其粘土礦物中所含的交換陽離子以Na+為主，Ca2+次之，有較強(qiáng)的膨脹性。

(2)礦物成分

泥質(zhì)膨脹巖礦物成分包括碎屑礦物和粘土礦物，其性質(zhì)主要是由粘土礦物成分所決定。粘土礦物中蒙脫石的脹縮性最大，伊利石次之，高嶺石最小。

對7個泥巖樣品所作的化學(xué)分析結(jié)果及X-衍射分析中礦物特征衍射峰的高低，綜合分析得出泥質(zhì)膨脹巖粘土礦物占礦物成分的60%～80%，主要粘土礦物是以伊利石族為主，占粘土礦物成分的40%以上。粘土礦物(X-衍射)檢測記錄表見表2。

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3.3 泥質(zhì)巖的膨脹特性

將現(xiàn)場采取的7組不規(guī)則巖塊在105℃下烘干至恒重，然后在濕化儀上進(jìn)行試驗，通過觀察崩解特征可初步判別膨脹性的大小。泥質(zhì)巖耐崩解試驗成果表見表3。

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在泥質(zhì)巖膨脆性初判結(jié)果的基礎(chǔ)上，在工程場地通過鉆孔取樣進(jìn)行膨脹特性試驗，成果見表4。

通過在泥質(zhì)膨脹巖發(fā)育層位采取巖樣的試驗結(jié)果，按表3標(biāo)準(zhǔn)判定，非膨脹巖約占16·7%，弱膨脹巖約占25.0%，中等膨脹巖樣約占58.3%。

3.4 泥質(zhì)巖的物理性質(zhì)

通過對泥質(zhì)膨脹巖發(fā)育層位采取巖樣試驗結(jié)果的分析，泥質(zhì)膨脹巖具有天然密度較小，天然含水量較低的特點(diǎn)。強(qiáng)全風(fēng)化泥巖自由膨脹率多在60%～85%之間，按膨脹土的判別標(biāo)準(zhǔn)屬弱～中等膨脹潛勢。在天然含水量條件以及有側(cè)限情況下，按土工試驗方法，測得強(qiáng)～全風(fēng)化泥巖的膨脹力為25kPa～43kPa，局部可達(dá)52kPa。中～微風(fēng)化泥巖按巖石試驗方法測得的膨脹力僅為9.8kPa。

4 場地膨脹巖工程對策

綜合上述泥質(zhì)膨脹巖的膨脹特性和力學(xué)性質(zhì)，對本工程而言，抑制泥質(zhì)巖膨脹和強(qiáng)度軟化的產(chǎn)生，是防止泥質(zhì)膨脹巖發(fā)生膨脹破壞的關(guān)鍵所在。設(shè)計階段應(yīng)重點(diǎn)考慮采取防滲措施，隔離工程區(qū)地表、地下水力聯(lián)系，盡量使地基巖土的水環(huán)境不發(fā)生大的變化。同時，為防止建筑物因膨脹巖地基變形而產(chǎn)生的破壞，可考慮在滿足功能要求的前提下，盡量將結(jié)構(gòu)單塊分小。

施工階段應(yīng)及時封閉地基巖土，防止和減少地基巖土遭受風(fēng)干和干濕交替作用：應(yīng)注意施工工藝的使用，降低對地基巖土的擾動，維持地基巖土的整體性。此外，在工程運(yùn)行期間，應(yīng)對泥質(zhì)膨脹巖場地安排實(shí)施長期變形觀測工作。

結(jié)束語

綜上所述，該工程場地通過試驗分析、研究，判定了泥質(zhì)膨脹巖的工程特性，通過采取措施抑制泥質(zhì)巖膨脹和強(qiáng)度軟化的產(chǎn)生處理膨脹巖地基的方案，費(fèi)用較低，效果理想，工程運(yùn)行正常，實(shí)踐證明是成功的。

[1]李杭州，廖紅建，孔令偉，冷先倫.膨脹性泥巖應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的試驗研究[J].巖土力學(xué)，2007，(01).

[2]張穎.泥質(zhì)膨脹巖工程地質(zhì)研究[J].城市勘測，2007，(5).