安鄉(xiāng)至慈利高速公路某段膨脹土特性分析

■白　蘭楊要許崔　磊

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，西安　710018；2.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，西安　710065）

安鄉(xiāng)至慈利高速公路某段膨脹土特性分析

■白蘭1楊要許2崔磊1

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，西安710018；2.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，西安710065）

基于湖南省安鄉(xiāng)至慈利高速公路初勘，通過對某段179個鉆孔中215件試樣進(jìn)行了膨脹土自由膨脹率試驗。對本段膨脹土的特性進(jìn)行分析，總結(jié)了該段膨脹土的深度、含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等分布規(guī)律，為今后類似工程實踐提供參考依據(jù)。

膨脹土自由膨脹率物理力學(xué)特性

1　前言

土中黏粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土稱為膨脹土［1］，膨脹土這一特點對公路路基建設(shè)造成嚴(yán)重破壞，因此被稱為“公路癌癥”。膨脹土在我國分布廣泛，中國膨脹土按成因和性質(zhì)可分為湖相、河相、濱海相、殘積土四類，外觀多呈灰、褐、黃、棕紅、白色等［2］。由于其危害顯著，積極開展對膨脹土的研究，及時總結(jié)工程實踐中遇到的膨脹土特性具有非常重要的意義。

安鄉(xiāng)至慈利高速公路位于湖南省中西部的常德市和張家界市轄區(qū)內(nèi)，沿線膨脹土極其發(fā)育。本文以該段高速公路某段為例，通過對其自由膨脹率、液塑限、含水率、力學(xué)性質(zhì)等實驗分析，總結(jié)了此段膨脹土的工程特性及縱垂向分布，不僅為本項目路基設(shè)計提供合理的處理措施，也為今后其他工程實踐提供參考依據(jù)。

2　自由膨脹率和基本物性統(tǒng)計特征

本段沿線出露的地層巖性主要有Q4河湖相沉積層、河流相沉積層及殘坡積層。上部為灰綠色黏土，有的具紋層、黑色腐殖質(zhì)含植物、黃色亞黏土等；河流相多見于Ⅰ級階地及河漫灘；殘坡積層中機(jī)械風(fēng)化者形成大塊碎石堆積于山麓，化學(xué)風(fēng)化者多形成黏土；Q2河湖相沉積層及殘坡積層。河湖相沉積層組成Ⅱ～Ⅲ級階地、殘坡積層分布在山麓，共同特點是砂泥質(zhì)受濕熱化作用而成醬紅色，并具蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。

本次共采集215件試樣進(jìn)行了膨脹土試樣，試樣巖性為灰白色、土黃色、磚紅色黏性土，成因主要為Q2p沖湖積。

2.1自由膨脹率特征

膨脹土的膨脹潛勢按其自由膨脹率可分為以下三類［1］，見表1。

表1　膨脹潛勢的分級

通過室內(nèi)實驗，本文選取具有代表性的20件強(qiáng)膨脹性土樣物性及自由膨脹率統(tǒng)計結(jié)果見表2。

20件無膨脹性和弱膨脹性土樣物性及自由膨脹率結(jié)果見表3。

上述膨脹土試樣主要采集于谷地、洼地的橋梁鉆孔中，在地表蠕蟲狀黏性土形成的丘陵、山坡等處另外加取了35件試樣（1.00～7.50m），分析結(jié)果表明，路基挖方范圍內(nèi)主要為非膨脹土（24件）-弱膨脹土（11件）。

不同膨脹潛勢膨脹土自由膨脹率隨深度、含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)變化分布情況分別見圖1～圖6。

圖1　不同膨脹潛勢膨脹土深度變化分布散點圖

圖2　不同膨脹潛勢膨脹土含水量變化分布散點圖

圖3　不同膨脹潛勢膨脹土天然孔隙比變化分布散點圖

圖4　不同膨脹潛勢膨脹土飽和度變化分布散點圖　

圖5　不同膨脹潛勢膨脹土塑性指數(shù)變化分布散點圖

表2　強(qiáng)膨脹性土樣物理性質(zhì)及自由膨脹率統(tǒng)計表

表3　無膨脹性和弱膨脹性土物理性質(zhì)及自由膨脹率統(tǒng)計表

圖6　不同膨脹潛勢膨脹土液性指數(shù)變化分布散點圖

由上述諸圖可以看出，強(qiáng)膨脹土多分布于5m以下深度，而路基挖方深度幾乎都為非膨脹土-弱膨脹土。圖2～圖6表明，強(qiáng)膨脹土的天然含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)及液性指數(shù)分布范圍都十分集中，非膨脹土和弱膨脹土分布則較分散。實驗數(shù)據(jù)表明該段強(qiáng)膨脹土特點為，塑性高（23≤IP≤26），分布深（5m以下），多飽和（飽和度Sr≥95），堅硬黏土。

2.2物理性質(zhì)統(tǒng)計

通過不同膨脹潛勢土樣物理指標(biāo)統(tǒng)計分析得表4。分析得出強(qiáng)膨脹土呈高液限堅硬狀態(tài)，液限為WL= 52.20%～67.90%，自由膨脹率為90%～120%；中等膨脹土呈低-高液限硬塑-堅硬狀態(tài)，液限為WL=32.30%～67.50%，自由膨脹率為60%～88%；弱膨脹土呈低-高液限硬塑-堅硬狀態(tài)，液限為WL=33.50%～49.80%，自由膨脹率為40%～58%。

表4　膨脹土物理指標(biāo)統(tǒng)計表

2.3力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計特征

對不同自由膨脹率土樣進(jìn)行壓縮和直剪試驗，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表5。分析可知該強(qiáng)膨脹土為中低壓縮性高強(qiáng)度土體。

表5　膨脹土力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計表

3　總結(jié)

（1）通過試驗分析，若大氣影響深度按5.00m、大氣影響急劇層深度按2.25m考慮，路基挖方范圍內(nèi)主要為非膨脹土（24件）～弱膨脹土（11件）。

（2）黏性土局部路段具強(qiáng)膨脹性，但路基挖填方范圍內(nèi)仍以非～弱膨脹土為主。作為路基填料，建議做適當(dāng)改良后采用。

（3）針對本段膨脹土僅做了自由膨脹率一個指標(biāo)來判別黏性土是否具有膨脹性，下階段除繼續(xù)分析該指標(biāo)外，還需加做其它有關(guān)膨脹土指標(biāo)的分析。

［1］GB50112－2013，膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］工程地質(zhì)手冊（第四版）［M］.中國建筑出版社，2008：471.