弱膨脹土特性及其在路基施工中的處理分析

沈鵬躍　王志勇

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于各種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)的需求也越來(lái)越大，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)公共交通網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，這就是所謂的“要想富先修路”。而我國(guó)的膨脹土分布區(qū)域廣，膨脹土每年都會(huì)對(duì)房屋建筑、鐵路、公路、水利工程等造成巨大的破壞，想要保證經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，就必須在施工中解決膨脹土問(wèn)題。本文將對(duì)膨脹土的物理特性、壓實(shí)特性、脹縮特性、力學(xué)與強(qiáng)度特性等方面進(jìn)行研究，提出在路基施工中對(duì)膨脹土的處理措施，希望對(duì)鐵路路基施工有所裨益。

【關(guān)鍵詞】膨脹土；路基施工；特性；處治對(duì)策

膨脹土因其吸水膨脹軟化、失水收縮干裂的特性，使得建在膨脹土地區(qū)的房屋建筑經(jīng)常遭受巨大的損失，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求越來(lái)越大，解決膨脹土問(wèn)題是當(dāng)務(wù)之急。

1.膨脹土概述

膨脹土是一種土中黏土礦物主要由親水礦物組成，具有吸水膨脹、軟化、崩解和失水急劇收縮干裂，并能產(chǎn)生往復(fù)變形的黏性土。而我國(guó)是世界上膨脹土分布面積最廣的地區(qū)之一，膨脹土對(duì)我國(guó)很多地區(qū)的建筑都造成了危害。鐵路建設(shè)由于空間跨度大，也極易受到膨脹土的影響。膨脹土使鐵路路基出現(xiàn)各種病害，嚴(yán)重影響了鐵路的行車安全，還提高了養(yǎng)護(hù)成本。目前被廣泛使用的改善膨脹土膨脹性的方法主要有摻加石灰或采用改性樁（石灰土樁、水泥土樁）加固邊坡。

2.膨脹土壓實(shí)性狀

在同等壓實(shí)功的作用下，土壤的干密度隨著含水量的增加而提高。其原因是土壤中含水量較低時(shí)，土壤的結(jié)構(gòu)為片架結(jié)構(gòu)，土壤顆粒之間充斥的都是空氣，這時(shí)候的土壤含水少，含氣多。而在壓實(shí)之后，土壤中的空氣被擠壓排出，土壤的相對(duì)含水量就升高了，土壤由片架結(jié)構(gòu)變?yōu)榱似呀Y(jié)構(gòu)，這時(shí)候土壤顆粒之間距離較小，而水分充當(dāng)了潤(rùn)滑劑的作用，使得土壤更容易出現(xiàn)形變。

膨脹土中的水分不容易被擠出，水分產(chǎn)生的孔隙壓力將抵消壓實(shí)功的作用和，從而使得土壤的干密度隨著含水量的增加而降低，因而想要達(dá)到最佳的壓實(shí)效果，需要依據(jù)土壤的含水量進(jìn)行壓實(shí)工作。

3.膨脹土脹縮特性

膨脹土具有干縮濕脹特性，吸水膨脹時(shí)將對(duì)路基支擋建筑物產(chǎn)生膨脹力；膨脹土具有強(qiáng)度隨干濕循環(huán)產(chǎn)生劇烈衰減的特性，其殘余強(qiáng)度遠(yuǎn)低于峰值強(qiáng)度；受干濕循環(huán)影響強(qiáng)度劇烈衰減的層位為氣候影響層。膨脹土的脹縮特性的本質(zhì)是土壤的礦物成分以及微觀結(jié)構(gòu)的差異造成的，而影響土壤膨脹度的主要外在因素就是含水量。因此，對(duì)于膨脹土路基的邊坡多從控制含水量入手，要盡可能使邊坡土保持其濕度不產(chǎn)生大幅度的變化；且又要保持排水通暢。而對(duì)于膨脹土地區(qū)的路基基床，為避免膨脹土受氣候影響，路基表層應(yīng)全部換填，路基底層應(yīng)采取換填或土質(zhì)改良措施。

4.膨脹土基床的處理規(guī)定

4.1弱膨脹土路基基床處理規(guī)定

鐵路路基施工必須滿足一定的強(qiáng)度才能保證列車的正常行駛，而膨脹土既有較高的膨脹性又有較高的塑形，是不能達(dá)到基床土的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的。因此對(duì)膨脹土基床要有處理措施。

膨脹土路塹基床處理應(yīng)符合下列規(guī)定：

①基床表層應(yīng)全部換填符合相應(yīng)鐵路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求的材料。

②基床底層應(yīng)采取換填或土質(zhì)改良措施。對(duì)弱膨脹土處理厚度，時(shí)速200km鐵路不應(yīng)小于1.0m，其他Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路不應(yīng)小于0.5m。

膨脹土路堤基床處理應(yīng)符合下列規(guī)定：

①路堤基床表層不得采用膨脹土或其他改良土填筑。

②基床底層采用膨脹土作填料時(shí)，應(yīng)采取土質(zhì)改良措施。

4.2弱膨脹土改良措施

利用石灰對(duì)弱膨脹土進(jìn)行改性是目前常用的方法，因其原料便宜易得，而且改性效果較好，所以被廣泛使用。在膨脹土中加入石灰進(jìn)行改性處理，其實(shí)質(zhì)是石灰與弱膨脹土中的蒙脫石、伊里石發(fā)生了離子交換，限制了蒙脫石等礦物質(zhì)的脹縮性，改變了弱膨脹土的土壤結(jié)構(gòu)。石灰遇到土壤中的水，產(chǎn)生了大量的鈣離子，形成了富含氫氧化鈣的土壤溶液，將各種離子吸附在土壤顆粒的周圍，增加了土壤的密度，使得土壤顆粒之間不容易進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)。而處理后的土壤在遇水之后，也不會(huì)產(chǎn)生太大的形變。再者當(dāng)膨脹土中加入石灰以后，其擊實(shí)土樣結(jié)構(gòu)形態(tài)多為團(tuán)粒較大的集粒結(jié)構(gòu)和基質(zhì)狀結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)也不利于吸水膨脹，因而用石灰處理后的石灰土的膨脹性也就得到了改良。

目前多采用在膨脹土中摻加5%～8%的石灰來(lái)改良膨脹土。

5.弱膨脹土路基邊坡處治對(duì)策

路基邊坡破壞的原因之一是膨脹土的濕脹干縮，脹與縮都會(huì)降低土層的抗剪強(qiáng)度，而濕脹更是大幅度的降低抗剪強(qiáng)度，甚至使邊坡破壞。因此，保持路基邊坡穩(wěn)定的重要措施之一是要盡可能使邊坡土保持其濕度不產(chǎn)生大幅度的變化；且又要保持邊坡排水暢通。為達(dá)到此目的，需加強(qiáng)坡面防護(hù)及地表、地下排水措施，使邊坡土的含水量經(jīng)常保持在硬塑至軟塑之間。

對(duì)于路塹邊坡當(dāng)前使用較多的方法是修筑拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)滿鋪草皮減少蒸發(fā)。如邊坡局部有沖空或因溜坍形成坡面凹坑可采用干砌片石護(hù)坡嵌補(bǔ)。對(duì)于需要加強(qiáng)防護(hù)措施的地段，如立交橋、同一邊坡上兩級(jí)擋土墻間的邊坡等可采用漿砌片石護(hù)坡防護(hù)。

路堤邊坡可采用拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)滿鋪草皮。路基填筑時(shí)鋪設(shè)土工格柵，利用土工格柵與土體間的摩阻力，達(dá)到改變圖的性質(zhì)以搶購(gòu)邊坡附近的堤身的目的。還可采用改性樁加固邊坡，主要為石灰土樁及水泥土樁，樁的直徑0.2～0.3m，間距1.0～2.0m，樁長(zhǎng)可達(dá)6m。改性樁除了本身的強(qiáng)度可以加強(qiáng)土的抗剪強(qiáng)度外，還有改良土的作用，它的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便，造價(jià)低廉，耐久性強(qiáng)，適用于整治邊坡的淺層坍滑。

6.小結(jié)

我國(guó)是世界上膨脹土分布面積最廣的地區(qū)之一，膨脹土每年都會(huì)對(duì)我國(guó)的鐵路路基造成巨大損傷，嚴(yán)重時(shí)影響了鐵路路基的正常結(jié)構(gòu)，威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，不利于社會(huì)穩(wěn)定。針對(duì)膨脹土危害重大的現(xiàn)狀，本文對(duì)膨脹土的物理特性、壓實(shí)特性、脹縮特性等方面進(jìn)行研究，提出要保持路基土含水量，使含水量不發(fā)生大的變化，減少膨脹土的濕脹和干縮；對(duì)填筑路基的膨脹土摻加石灰進(jìn)行改良。這樣能夠有效提高路基的強(qiáng)度，保證了路基的穩(wěn)定，有效減少路基病害的發(fā)生。 [科]

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