膨脹土路基的綜合治理研究

陳建國 李鳳飛

鄂爾多斯市東方路橋集團(tuán)股份有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000

摘要 膨脹土是一種膨脹性粘土礦物，具有體積明顯脹縮和強(qiáng)度急劇衰減的特性，分布十分廣泛，有特殊的危害作用，特別是對公路等淺層輕型工程建設(shè)，破壞性極強(qiáng)，并且這種破壞能夠多次反復(fù)發(fā)生，具有長期的潛伏性，被稱之為“工程中的癌癥”。本文結(jié)合特定工程案例，對膨脹土路基的治理進(jìn)行了綜合研究，對設(shè)計施工單位有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 膨脹土；路基治理；綜合研究

中圖分類號U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0057-02

0引言

近年來，隨著我國基本建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路建設(shè)開始向中西部地區(qū)快速延伸，公路膨脹土問題大量出現(xiàn)，膨脹土的地質(zhì)災(zāi)害問題頻發(fā)，由此造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，也對生態(tài)環(huán)境造成了日趨嚴(yán)重的破壞。

根據(jù)對我國近四十年的膨脹土研究成果，中科院地質(zhì)所對我國規(guī)劃建設(shè)中的國道主干線及西部八條省級區(qū)域路網(wǎng)沿線地質(zhì)條件進(jìn)行分析預(yù)測，我國西部21 000km高速公路里有近3 300km路段要穿越膨脹土地質(zhì)區(qū)。

由此可見，膨脹土工程地質(zhì)問題已成為公路建設(shè)中最突出的工程問題之一[1]。

1 案例背景

本項目在內(nèi)蒙古境內(nèi)，膨脹土主要分布在丘陵、壟崗地貌單元內(nèi)，以中、弱膨脹土為主，其中Ⅱ-Ⅲ級階地上的膨脹性較強(qiáng)，局部分布于中低山坡腳的坡洪積層，膨脹性較弱。沿線中等膨脹土路的主要分布區(qū)范圍為里程號K108+200~113+100段、K114+640-~K116+700段及K121+400~K123+000，厚度多在2m~3m左右，局部較厚，粘性土為主，具有膨脹性，含少量碎石。膨脹土的力學(xué)性質(zhì)差，邊坡上的膨脹土自穩(wěn)能力差，易產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象。

膨脹土路基采用排水、保濕、綠化并結(jié)合支擋等綜合治理的方案進(jìn)行處治，邊坡遵循“緩坡率、寬平臺、固坡腳”的設(shè)計原則。

2 填方路基治理

填方路基的處理，根據(jù)膨脹土的不同情況采用相對應(yīng)的措施。高度不足1m的路堤，采取換填或改性處理等措施處治；表層為過濕土，一般采取換填或進(jìn)行固化處理等措施處治；填土高度小于路面和路床的總厚度，基底為膨脹土?xí)r，宜挖除地表0.30m~0.60m的膨脹土，并將路床換填為非膨脹土或摻灰處理。若為強(qiáng)膨脹土，挖除深度應(yīng)達(dá)到大氣影響深度[2]。

在換填設(shè)計時，不同地段考慮的因素如表1所示。

換填施工工藝簡單，可采用人工或機(jī)械挖除基底下的膨脹土，挖除深度根據(jù)膨脹土強(qiáng)度確定，然后分層鋪設(shè)，分層碾壓。本項目膨脹土路基，填方基床與挖方路床一般超挖40cm~50cm，基底清表碾壓后，采用厚5％石灰土換填，松鋪厚度在30cm左右，含水量的控制一般選擇大于最佳含水量的2%~4%的范圍，路拌兩遍，采用重型碾壓機(jī)碾壓4遍。填筑寬度應(yīng)延伸至坡腳外，再按一般路堤要求填筑，路基主要外借砂礫石土填筑。

在路基施工前，要按圖紙和監(jiān)理工程師的要求，修筑規(guī)定長度、全幅路基寬度的試驗段，以確定膨脹土路堤施工中的石灰摻量、松鋪厚度、最佳含水量、碾壓機(jī)具以及全部施工工藝，試驗結(jié)果應(yīng)報監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。

膨脹土具有明顯的吸水膨脹和失水收縮的高塑性能，故施工工藝必須和膨脹土的性能相吻合，并符合《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

膨脹土地區(qū)路基應(yīng)分段施工，各道工序在銜接上必須連續(xù)進(jìn)行，不間斷地完成。路基邊坡按圖紙要求修整，路堤或路塹兩側(cè)邊坡的防護(hù)封閉工程必須及時完成，防止雨水直接侵蝕。

3 路塹邊坡設(shè)計

本項目工程地質(zhì)條件復(fù)雜，路塹邊坡情況各異，所以對不同類型的膨脹土邊坡采用了不同的穩(wěn)定措施。

對于復(fù)雜邊坡，主要指那些強(qiáng)膨脹土地段，土層為多層土，有軟弱夾層，地形地貌多為斜坡高陡，匯水面積長大，地下水活動頻繁，高度＞15m的，采用的穩(wěn)定措施主要為加強(qiáng)排水，以支擋為主；對于較復(fù)雜邊坡，中等膨脹土地段，多層土，無軟弱夾層，斜坡短緩，匯水面積短小，偶有地下水出露，高度為6m~15m，采用的穩(wěn)定措施為加強(qiáng)排水，坡面防護(hù)輔以支擋；對于簡單邊坡，弱膨脹土，土質(zhì)單一較均質(zhì)，平坦無坡，崗脊正地形，無地表水匯集，高度≤6m，較穩(wěn)定地段，采用的穩(wěn)定措施為加強(qiáng)排水，坡面防護(hù)為主[3]。

根據(jù)以上原則，膨脹性較弱、含少量礫石的膨脹土路塹邊坡的坡面采用窗孔式護(hù)面墻結(jié)合支撐滲溝防護(hù)。上部3m~8m是弱膨脹土質(zhì)、下部是中、強(qiáng)風(fēng)化千枚巖的邊坡路段，下部千枚巖邊坡坡率采用1:0.75~1:1.0，上部土質(zhì)邊坡坡率采用1:1.0~1:1.25，坡面采用錨桿窗孔式護(hù)面墻＋支撐滲溝防護(hù)。

膨脹土厚度較大的深路塹路段，邊坡坡率采用1:1.5，邊坡高度大于4m的路段設(shè)置2m高護(hù)腳矮墻，墻頂以上邊坡每6m設(shè)一道4m寬的平臺，平臺內(nèi)培土植草綠化，平臺內(nèi)側(cè)設(shè)平臺截水溝。坡面先采用實體漿砌片石護(hù)面墻防護(hù)，然后在墻面上采用拱形骨架植草綠化。坡體地下水較豐富的路段，護(hù)面墻下方設(shè)置支撐滲溝，降低坡體地下水。

支撐滲溝是一種重力結(jié)構(gòu)，以支撐作用為主，對不穩(wěn)定的邊坡起支撐作用，一般在坡面淺表層前部成群設(shè)置[1]。支撐滲溝結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法如表2所示。

路塹施工前，先施工截、排水設(shè)施，將水引至路幅以外。邊坡施工過程中，要設(shè)法維持土體原狀含水量。邊坡不得一次挖到設(shè)計線，應(yīng)預(yù)留厚度300mm~500mm，待路塹完成時，再分段削去邊坡預(yù)留部分，并立即進(jìn)行加固和封閉處理。

挖方路段的路床按圖紙規(guī)定進(jìn)行超挖，并對開挖底面進(jìn)行壓實處理達(dá)到規(guī)范要求后，應(yīng)立即用符合要求的材料回填（非膨脹土或改性土）并按規(guī)定壓實，壓實標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合規(guī)定。宜用支擋結(jié)構(gòu)對強(qiáng)膨脹土邊坡進(jìn)行防護(hù)，支擋結(jié)構(gòu)基坑應(yīng)采取措施防止曝曬或浸水，基礎(chǔ)埋深應(yīng)在大氣風(fēng)化作用影響深度以下。

4 路基排水設(shè)計

對于填土高度小于1m的膨脹土低填路段，路基兩側(cè)設(shè)置矩型混凝土排水邊溝，在邊溝下部設(shè)置縱向盲溝，對于填土高度大于1m的膨脹土平緩路段，路基排水同一般路段。位于斜坡路段的填方路基，在斜坡的上部邊溝下方設(shè)置縱向盲溝。

挖方路基排水采用路側(cè)邊溝、平臺截水溝及坡口外截水溝排除路基地表水，采用在邊溝下部設(shè)置縱向盲溝、在坡體內(nèi)設(shè)置支撐滲溝排除坡體內(nèi)部裂隙水。支撐滲溝沿縱向6m~18m設(shè)置一道。為防止坡外水流入坡內(nèi)，在坡頂外5m左右設(shè)置截水溝。

5 結(jié)論

膨脹土及其工程病害問題一直沒有得到妥善解決，是一個世界性的技術(shù)難題，有工程界的“癌癥”之稱。它具有吸水膨脹、失水收縮、滲透性差、多裂隙等工程特性，對膨脹土構(gòu)造物的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大危害，每年因此造成非常巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這就需要我們在基礎(chǔ)理論和工程處置措施方面都進(jìn)行理論實踐的研究，根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)計和施工，避免和減少工程事故的發(fā)生，提高工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭健龍.公路膨脹土工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]劉特洪.工程建設(shè)中的膨脹土問題[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[3]李健，孫英學(xué).高等級公路工程中的膨脹土研究[J].水利水電科技進(jìn)展，1998，2(1).