公路路基路面設計中膨脹土的處理方法

李家定

摘要：膨脹土以水基礦物質為主，粘土成分強，膨脹收縮顯著。近年來，隨著我國公路、橋梁建設的不斷發(fā)展，路基處理過程中膨脹土問題增多，給工程建設造成了巨大損失。為了長期保證路基的穩(wěn)定性和路面的平整度，達到安全舒適行車的目的，必須解決膨脹土引起的一系列工程問題。在工程地質勘察中，需要準確識別膨脹土和非膨脹土，準確判斷膨脹土的膨脹和收縮程度，有利于合理的路基設計和地基處理，以確保路基的安全。膨脹土是一種特殊性巖土，影響道路等結構的建設，在實際工程中，其破壞力是巨大的。本文結合膨脹土的特性要求和適用范圍，探討了實際工程中的處理方法。

關鍵詞：公路路基;膨脹土;技術處理

引言

膨脹土是一種具有較高膨脹性和收縮性的粘性土，其成分通常為親水性較強的伊利石、蒙脫石等粘土礦物。由于它同時具有很強的吸水膨脹和失水收縮的性能，用作筑路土，當環(huán)境濕度條件變化時，體積變化很大，進而影響工程質量。因此，如果判斷為膨脹土，就要考慮其膨脹、收縮特性對道路和建筑的不利影響，設計與施工時應采取相應的處理措施，減少對施工質量的影響。

一、 膨脹土的特性及引起其性質變化的因素

可膨脹土在半固態(tài)時具有很高的干強度，表面干燥堅硬，內部含水量大，反復濕脹收縮變形，性質極不穩(wěn)定，不易破碎和壓實。根據現行《公路路基設計規(guī)范》的相關規(guī)定，其工程性質主要表現為脹縮性、崩解性、風化性、多裂隙性以及強度衰減性等。脹縮性是指其吸水膨脹失水收縮的性質，在膨脹過程中，如果受阻就會生成膨脹力;崩解性是指土質浸水后膨脹至崩解的性質;由于膨脹土易受氣候條件影響，常發(fā)生風化導致的破壞，因此具有風化性;多裂隙性是一種會破壞土質完整程度的性質，土層可能分裂成為若干土塊，每個土塊的幾何形狀基本一致;強度衰減性則是指膨脹土的抗剪強度在半固體時可達很高的峰值，但由于其表現為典型的變動強度，一旦浸水，強度就會急劇下降，膨脹土理化試驗分析表明，引起性質變化的條件主要有以下幾個方面： （1） 含水量和干容重。膨脹土的體積大小變化和含水量直接相關，干容重是無水土的容重，是膨脹土的另一個重要指標。施工過程中或施工完成后路基粘土含水量的微小變化（數值變化1%-2%）立即在水平和垂直方向迅速擴大，導致路基病害的發(fā)生。 （2） 膨脹潛勢和膨脹力。溶脹性是指在獲得最高含水量土壤的最大干容重后，將試樣浸入水中并施加一定的附加載荷后，在實驗室中測得的溶脹率。這個百分比可以用來預測土壤膨脹的最大潛力，膨脹的大小通常與含水量、輸送方式和浸沒時間有關，因此應注意土壤膨脹的變化。膨脹力是在最大膨脹后將特定土壤體積恢復到其原始體積所需的負載壓力常數，是衡量土壤膨脹特性的指標。

二、膨脹土的主要特征

2.1 強脹冷縮

膨脹土具有吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性，一般強度高，壓縮性低，容易被誤認為是較好的地基土。

2.2 有一段明顯的強度衰減時期

膨脹土的抗剪強度是典型的變強度，峰值強度極高，殘余強度極低。由于膨脹地基的超固結作用，初始強度很高，地基發(fā)生膨脹和收縮，隨著風化時間的增加，抗剪強度大大減弱。強度衰減的幅度和速率與土壤的物質組成、土壤的結構和狀況以及風化作用的強度，特別是膨脹和收縮作用的強度有關。

2.3 許多破碎的結構

膨脹土中的裂縫可分為三種類型：垂直裂縫、水平裂縫和傾斜裂縫。這些裂縫將土層分成具有特定幾何形狀的塊，例如棱柱塊和短柱，從而破壞了土壤的完整性。加長路基邊坡的斷裂多與地層裂縫有關，滑動面的形成主要受裂縫弱結構面的控制。

2.4 膨脹土的風化特性

大面積土壤受氣候因素影響，易受風化破壞。因此，根據風化程度，一般分為強、中、弱三層。強風化層，位于地表或邊坡表層，受大氣作用與生物作用強烈，干濕效應顯著，土體碎裂多呈砂礫與細小鱗片狀，結構聯(lián)結完全喪失，厚度1.0～1.5m;弱風化層，位于地表淺層，大氣與生物作用有所減弱，但仍較強烈，干濕效應也較明顯，土體割裂多呈碎塊狀，結構聯(lián)結大部分喪失，厚度約1.0～1.5m;微風化層，位于弱風化層下，大氣與生物作用已明顯減弱，干濕效應亦不顯著，土體基本保持有規(guī)則的原始結構形體，多呈棱塊狀、短柱狀等塊體，結構聯(lián)結僅部分喪失，厚度為1.0m左右。

三、公路路基膨脹土的施工及處理

3.1 土壤變化

在廣泛的路基處理方法中，換土是最簡單、最有效的方法。換土顧名思義就是將可膨脹土開挖，并用碎石土代替，換土深度由可膨脹土的強度和當地氣候特點決定。一定深度以下的可膨脹土的含水量基本不受外界氣候的影響，該深度稱為臨界深度，含水量稱為該地區(qū)可膨脹土的臨界含水量。由于各地氣候不同，膨脹土的臨界深度和臨界含水量因地而異。換土深度應考慮土壤水分因地面降水而迅速變化的深度，基本為1-2m，即高膨脹土為2m，弱膨脹土為1-1.5m。需要特定的土壤置換深度，并由調查后的臨界深度確定。

3.2 濕度控制

濕度控制方法包括預濕和保持穩(wěn)定的水分含量。施工時需要采取一定的措施，控制膨脹土含水量變化引起的脹縮變形，盡量減少外界大氣對路基含水量的影響。例如，土工布或粘土用于包裹膨脹土路基，以避免膨脹土與外部大氣直接接觸，并最大限度地減少膨脹土內部的水分轉移。膨脹土預潤濕在水利工程建設中常用于用水潤濕下伏土壤或覆蓋不可膨脹土，以達到膨脹土中的水分平衡。

3.3 變形處理

化學固化是利用石灰、水泥或其他固化材料，通過與可膨脹土的物理化學作用對可膨脹土進行改性，達到降低可膨脹土的膨脹性，提高其強度和水穩(wěn)定性的目的。具體來說：石灰的硬化作用是由于鹽堿的交換、二次碳酸鈣的結合、粘土顆粒與石灰的相互作用，形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物。由于水合物與鈣鹽和鋁顆粒之間的結合，水泥逐漸脫水，新礦物的結晶降低了膨脹土的液限，增加了膨脹土的塑限和剪切強度。石灰和水泥的優(yōu)點是，除了消除土體的膨脹和收縮外，還具有增強吸水、增加土體密度和形成微加固結構，增加土體強度的作用。過去在處理膨脹土方面有很多成功的案例，這種處理方法的成敗在很大程度上取決于固體材料的技術指標和施工工藝。施工時，要綜合考慮各種方法，因地制宜，可以多種方法綜合使用。

3.4 大面積土坡的穩(wěn)健保護

膨脹土開挖邊坡的傳統(tǒng)處理方案是采用全封閉的固體保護，防止非飽和土吸收降水，主要方法有砂漿和砌筑路面的防治、混凝土六角塊路面的保護、土釘墻加強邊坡、防滑樁、重力式擋土墻等。此類方法應避免在雨季施工，路基開挖后，各工序應緊密銜接，連續(xù)施工，防止雨水滲入的時間過長，剛性保護并不能解決膨脹土在大氣風化深度范圍內的脹縮問題，耐久性較差。

結語

綜上所述，本文對路基膨脹土的設計及處理方法進行了分析，道路建設對整個國家的經濟發(fā)展具有十分重要的意義，擴大道路工程建設可以進一步發(fā)展我國的交通運輸業(yè)。道路路基的實際施工，不可避免地受到不良土壤的影響，從而惡化了道路路基的施工質量。本文首先分析了膨脹土的特性及引起其性質變化的因素，然后介紹了膨脹土路基施工的特征。加強對膨脹土的研究，加強對膨脹土的認識，需要在按照施工規(guī)范進行施工的同時合理應用新的施工理論。在路基上進行分析，以定制更好的發(fā)展策略。因此，作為道路建設者和設計者，有必要充分認識路基廣闊土壤的特點，以保證我國道路建設穩(wěn)定性的提高，促進我國路基建設水平的提高。

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