膨脹土及物理處治技術(shù)的應(yīng)用

程志強

【摘 要】膨脹土具有顯著的吸水膨脹軟化和失水急劇收縮硬裂兩種往復(fù)變形特性，由于其具有嚴(yán)重的潛在破壞作用，鐵路工程在設(shè)計施工時往往采用棄土換填，因大量借棄土方造成沿線水土流失、生態(tài)環(huán)境破壞與土地資源浪費，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為此提出膨脹土路堤物理處治的技術(shù)原理及技術(shù)要領(lǐng)供參考選擇。

【關(guān)鍵詞】膨脹土；特性；物理處治技術(shù)原理及技術(shù)要領(lǐng)

1.膨脹土的工程特性

膨脹土是指土中粘土礦物成分主要由親水性粘土礦物（蒙脫石和伊利石）組成，同時具有顯著的吸水膨脹軟化和失水急劇收縮硬裂兩種往復(fù)變形特性的高塑性粘性土。 我國是世界上膨脹土分布最廣的國家之一，出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)?？紤]，在大面積膨脹土分布區(qū)修路時不得不用它做路堤填料，但必須輔以處置措施才能確保路基的使用品質(zhì)。下面具體分析膨脹土的工程特性。

1.1 濕脹干縮性：膨脹土遇水膨脹，失水收縮，與其本身的物質(zhì)組成有關(guān)。土中含有較多親水性粘土礦物，如蒙脫石、伊利石等。當(dāng)土體浸水時，土顆粒表面的結(jié)合水膜增厚，使顆粒間距拉大，從而引起土體膨脹；當(dāng)土體失水時，結(jié)合水膜減薄，顆粒間距縮小，從而引起土體縮小。隨著土體含水量的增減，膨脹力也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。由于土體含水量的變化與氣候有關(guān)，因此土的膨脹變形是重復(fù)進(jìn)行的。這就使得膨脹土上的建筑物開裂破壞。

1.2 多裂隙性：由于往復(fù)的干縮濕脹，致使土中的裂隙十分發(fā)育。裂隙不僅破壞土體的連續(xù)性和完整性，使土體強度降低，為漸進(jìn)破壞提供條件，而且地表水的浸入形成了通道。水的進(jìn)入加速了土體的軟化及裂隙生成，兩者互為因果，相互促進(jìn)，形成惡性循環(huán)，使土體強度大大降低。

1.3 超固結(jié)性：在地質(zhì)歷史上，膨脹土地層曾受過比現(xiàn)在更大的前期固結(jié)壓力，使土體處于超固結(jié)狀態(tài)。超固結(jié)性不僅使路塹邊坡坡腳產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，而且還會帶來強度的應(yīng)變軟化，這對邊坡的短期及長期穩(wěn)定性都極為不利。

2.膨脹土的判定標(biāo)準(zhǔn)和膨脹潛勢

2.1 膨脹土的判定標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 《鐵路工程地質(zhì)膨脹土勘測規(guī)則》規(guī)定對膨脹土的判定分為初判和詳判。

（1）初判

凡野外宏觀地質(zhì)特征符合表4-9-1內(nèi)容，且自由膨脹率Fs≥40%的土，應(yīng)初步判定為膨脹土。

（2）詳判

在下述三項指標(biāo)中，當(dāng)其符合任意兩項指標(biāo)時，應(yīng)判定為膨脹土。

2.1.2 《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GBJ112—87）規(guī)定，具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率大于和等于40%的土，應(yīng)判定為膨脹土。

（1）常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土，在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態(tài)；

（2）多出露于二級或二級以上階地，山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；

（3）常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；

（4）建筑物裂隙隨氣候變化而張開和閉合。

2.2 膨脹土的膨脹潛勢

我國鐵路等部門對膨脹土的膨脹潛勢分類見表4-9-2；鐵路路基工程場地膨脹土可根據(jù)需要按表4-9-3分級。

3.物理處治的技術(shù)原理

通過采取有效的封閉包蓋措施，把握好路堤土含水率的變化范圍，膨脹土作填料完全能滿足強度要求。因此，根據(jù)路基不同層位的工作狀態(tài)和受力特點，將膨脹土填于特定的路堤部位，并采取有效的保濕防滲措施，設(shè)法控制堤中土體濕度在一定范圍內(nèi)變化，能使它保持足夠的強度，成為合格填料來加以利用?？傊行П穹罎B是基本技術(shù)思路，而物理處治技術(shù)的合理應(yīng)用，能有效避免膨脹土地區(qū)筑路引起的大量借土廢方，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益并解決好沿線水土流失及生態(tài)環(huán)境破壞。

在確定采用物理處治方案之前，首先須對擬用的膨脹土填料進(jìn)行分類和選取，開展水理性指標(biāo)測試（包括液、塑限和天然含水率測試）和改進(jìn)CBR試驗；其次計算其天然稠度值，該值主要用來判定其是否滿足填筑條件；最后依據(jù)表4-9-4進(jìn)行等級評定，當(dāng)同一填料測得的CBR值、CBR膨脹量分別在不同的填料等級中，該填料的分級以較大的等級確定。在同一路段如果同時存在兩個級別以上的膨脹土，應(yīng)優(yōu)先選擇等級小的做填料，或者是將等級小的置于填芯下路堤的上部。

4.2 基底處理

為保證路基的整體強度及穩(wěn)定性，原地基土為膨脹土、路堤填高不足1m時，必須挖去地表50～80cm的膨脹土，換填非膨脹土，并按公路路基施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的壓實度要求進(jìn)行壓實；地表土潮濕時必須挖去濕軟土層，換碎、礫石土、砂石或挖方堅硬巖石碎渣，或?qū)⑼练_摻石灰穩(wěn)定并規(guī)定壓實；與路塹交界處的填方，應(yīng)開挖長不小于2m的臺階進(jìn)行搭接，并鋪設(shè)水平長不小于4m的雙向土工格柵于填挖交界部位；在清理沿線低洼處路堤基底時，若發(fā)現(xiàn)有地下水出露，必須按前述筑做隔水層加以處理。

4.3邊坡處治寬度的確定

5.結(jié)束語

在設(shè)計與施工中，應(yīng)全面分析膨脹土的工程特性及膨脹土路基產(chǎn)生病害的原因和機理，積極采用新技術(shù)，使其在工程的經(jīng)濟(jì)性、施工的便捷性、土地資源占有量及生態(tài)環(huán)保效應(yīng)等方面取得良好的效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵道第一勘察設(shè)計院，鐵路工程地質(zhì)手冊，中國鐵道出版社。

[2]楊和平，趙鵬程，鄭健龍，膨脹土用作路基填料的分類指標(biāo)體系研究.巖土工程學(xué)報（第31卷 第2期）。

[3]楊和平，章高峰，趙鵬程，鄭健龍，賀迎喜，膨脹土填筑公路路堤的物理處治技術(shù).巖土工程學(xué)報（第31卷 第4期）。