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膨張性粘土（膨張性土壌とも呼ばれる）は、水分量の変化に直接関係して大きな体積変化（膨張と収縮）を起こしやすい粘土質土壌である。[ 1 ]膨張性鉱物を多く含む土壌は、乾燥した季節や年に深い亀裂を生じることがあり、このような土壌はバーティソルと呼ばれる。モンモリロナイト、カオリナイト、およびモンモリロナイトを含むベントナイトなどのイライトグループ鉱物を含むスメクタイト粘土鉱物を含む土壌は、最も劇的な膨張・収縮能力を持つ。
この種の土壌の鉱物組成が保水能力の原因です。すべての粘土は鉱物シートが層状にパッケージ化されて構成されており、1:1 または 2:1 に分類できます。これらの比率は、四面体シートと八面体シートの比率を表します。2:1 粘土では、八面体シートが 2 つの四面体シートの間に挟まれていますが、1:1 粘土ではシートがペアになっています。膨張性粘土は 2:1 の比率で膨張する結晶格子を持っていますが、2:1 の非膨張性粘土も存在します。[ 2 ]
膨張性粘土の存在を確認するために、地盤工学技術者は収縮膨張の可能性を評価する実験室試験技術を実施することがあります。アッターベルグ限界は、塑性指数（PI）と液性限界（LL）を測定して土壌の挙動を判断し、PIが35を超えると膨張の可能性が高く、LLが50を超えると著しい膨張特性があることを示唆します。[ 3 ]
自由膨潤試験では、乾燥土壌の水中での体積と灯油中の体積を比較することで自由膨潤指数（FSI）を測定します。鉱物学的分析は、モンモリロナイトなどの特定の粘土鉱物を特定できるX線回折（XRD）試験であり、土壌の収縮膨潤特性を示します。[ 4 ]
膨張性土壌の現地調査も実施される場合があり、これには、ギルガイ地形（交互に盛り上がった部分と窪んだ部分）や深い収縮亀裂などの表面特性を特定するための目視検査が含まれます。別の現地調査は、湿らせた土を糸状に丸める簡単な手作業によるテストです。糸が崩れずに直径3mmまで丸められる場合、その土壌には測定可能な量の粘土が含まれている可能性が高く、膨張性があることを示しています。[ 5 ]
膨張性粘土が影響を受ける地域に建設された構造物に及ぼす影響を管理することは、地盤工学および構造工学において重要な検討事項である。建設業界では、環境、コスト、スケジュール上の制約に応じて、さまざまな手法が用いられている。
構造ソリューションとは、建設の基礎工事段階で統合・実施される設計のことです。構造設計要素は、膨張性土壌による上方または隣接方向からの圧力を物理的な手段によって軽減します。
膨張性土壌の影響に対処するために、1つまたは複数の工法が用いられる場合がある。これには、深層基礎を掘削する設計や、影響を受ける土壌の深さを超えて杭基礎を設置する設計、および下部に横梁を設けた鉄筋コンクリートスラブオン・グレード工法などが含まれる。
基礎の下に空隙型枠を用いて作られた空隙は、膨張した土砂が入り込むための空間となり、この圧力による基礎への衝撃を遮断します。空隙型枠には、分解性（紙、段ボール）と非分解性（折りたたみ式プラスチック、EPSフォーム）など、さまざまな素材と形状があり、構造用コンクリートスラブ、橋脚、梁の下で使用できるように設計されています。
化学安定剤は、土壌の特性を変化させて、膨張性土壌の条件に対してより安定した基盤を作るための特殊な化合物です。これらは、生物学的、物理的、化学的な添加物によって土壌の化学組成と物理的特性を変化させることで機能します。[ 7 ]
膨張性粘土の一般的な化学的処理方法としては、石灰、ポルトランドセメント、フライアッシュ、ポリマー系添加剤などが挙げられる。
水分管理とは、環境中の水源を迂回させ、構造物の下や周囲の水分バランスを一定に保つための予防措置を通じて、膨張性土壌の膨張可能性を管理することです。
対策としては、排水システムや地表水管理のための整地、水中ポンプの使用、不透水性の垂直防湿壁、植生、水分調節機能のある地被植物、および／または構造物周辺の緩衝地帯を取り入れた造園設計などが挙げられる。