淺談膨脹土

摘要膨脹土對我國的公路建設的危害非常突出。此文從分析膨脹土的病害出發，對膨脹土地區公路路堤直接利用膨脹土作為填料的處治技術和基于保濕原理的支撐滲溝、以土工格柵加筋柔性支護等膨脹土路塹邊坡綜合支護技術進行了詳細的分析。對在設計和施工過程中，處理膨脹土地區公路路基穩定性，提供一定的參考。

關鍵詞膨脹土 路堤處治技術 路塹邊坡支護技術

中圖分類號:TU5文獻標識碼:A

近年來，隨著我國經濟建設的迅猛發展，高速公路向西部地區快速延伸，膨脹土地質災害對公路建設和運營的危害日益嚴重，對經濟和生態環境破壞也日趨嚴重。

1 何為膨脹土

膨脹土是自然地質過程中形成的一種多裂隙并具有顯著脹縮性的地質體，分部十分廣泛，對各類淺表層輕型工程建設具有特殊的危害作用。其黏性成分主要有強親水性礦物蒙脫石及其各類混層黏土礦物組成，具有超固結性，裂隙性，吸水顯著膨脹軟化、失水收縮開裂，且反復變形等與正常固結黏土不同的工程性質，加上土體中裂隙雜亂分布，修筑在典型膨脹土分布區的公路膨脹土路基常常是“逢塹必滑，有堤必坍”，而且這種破壞作用具有多次反復性和長期潛伏性。因此，被稱之為“工程中的癌癥”。

2 膨脹土地區公路的主要病害

總結十多年來膨脹土地區高等級公路建設的經驗不難發現，膨脹土對公路工程產生的嚴重破壞或危害有以下幾種主要類型:

(1)滑坡。無論是路堤還是路塹，滑坡是膨脹土路基最嚴重的病害。路堤滑坡往往發生在填土或基底為膨脹(巖)土層的情況，滑體一般長20~50m，厚2~5m;路塹滑坡多發生在膨脹(巖)土分界面，裂隙面或軟弱層處，長數十米，厚一般為3~4m，較少超過6m，具有成群分布，淺層性，牽引性，結構性以及多次滑動性等特點。

(2)坍塌。路基施工中，路堤坍塌多發生在路肩，坍壁厚度一般不超過1m，寬幾米或十幾米不等;路塹坍塌較嚴重，多發生在塹頂，坍壁一般高2~3m，長幾十米甚至達幾百米。

(3)溜坍。路堤一般在坡腰和坡腳發生溜坍，厚度多小于1m，路塹多在已剝落、沖蝕或鼓脹的坡面上產生，高度和長度在數米內，厚多在0.2~0.6m，在長路塹邊坡中也可見多個溜坍體連成的溜坍群。

(4)邊坡其他病害。開裂，發生在路肩和塹頂，方向平行于路線，縫寬1~3m不等;膨脹，由于土體劇烈膨脹致使邊坡局部外鼓，大多發生在坡腰和接近坡腳處;沖溝，坡面受雨水沖刷所致，程度比一般土質邊坡嚴重，且形成速度相當快，松散、剝落和泥流，是表層土體性質、干縮濕脹、雨淋綜合作用的結合。

(5)結構物破壞。由于膨脹土脹縮變形和膨脹力作用，造成擋墻推移、墻身被剪斷、涵洞基礎下沉、洞身斷裂或涵底隆起、橋臺開裂、橋梁錐坡和擋墻開裂外移等。

(6)路面變形、開裂和斷板。由于膨脹土用作路基填料時沒有采取有效的防排水措施，路表水下滲或地下水影響，導致膨脹土路基易發生脹縮變形或填方不均勻下沉，引起瀝青路面產生波浪、擁抱、沉陷，嚴重變形時可隆起10m作用;半剛性基層、面層開裂引起早期破壞;水泥路面則產生縱向開裂(連續長可達數百米)、斷板、唧泥等。

(7)水土流失等生態環境的破壞。由于路塹清、挖的膨脹土不能用作路基填料，借棄土占用大量土地，加上工程建設者不注重對借棄土場的防護，造成嚴重的水土流失和生態環境破壞。

3 膨脹土地區路基處治技術

3.1 公路膨脹土路堤處治技術

國內外在膨脹土路堤處治過程中，主要采取換填、化學改良、灌漿和鋪設土工膜等工程措施。這些措施在封閉隔斷水分遷移、改善路基工作性能等方面均具有一定效果，但大量換填必將增加棄借方量，占用大量土地，引起嚴重的水土流失，破壞生態環境。而化學改良在工程中難以實施，會大大增加工程造價，而且造成環境污染。因此結合我國國情，開發直接將膨脹土用作填料的工程處治新技術具有十分重要的意義。下面介紹幾種膨脹土填筑路基的物理處治技術:

物理處治技術的基本思路，是將膨脹土填于特定的路基部位，限制其填筑高度，同時采取有效的保濕防滲物理措施，設法控制路堤中膨脹土的濕度不產生明顯變化，使路堤能保持足夠的強度和穩定性。

(1)非膨脹性土包邊法:填芯膨脹土的四周用非膨脹土封閉包蓋，以減少外界干濕循環氣候對膨脹土的影響，使填芯膨脹土的濕度變化保持在較小的范圍，使其強度不發生大的衰減。

(2)土工格柵(網)邊部加筋法:通過土工格柵與邊部膨脹土的相互咬合和摩擦，形成一種特殊的筋土混合物，對填芯膨脹土起到框箍、封閉包蓋作用。一方面，通過土中的格柵(網)吸收一部分土體因增濕產生的膨脹力，抑制坡面膨脹土的膨脹變形，另一方面，在增濕時又不致產生嚴重的開裂為外界環境水分入滲提供通道;而且土中加格柵(網)后，又可防止水分進入坡面引起土體膨脹松散，提高路基表層土體的整體性和抗剪強度，保證路基表層土體雨季飽和后，不至于強度降低很多，自重過大而失穩。

(3)土工布加固技術:通過在膨脹土路堤中鋪設土工布，提高路堤的強度及其穩定性。其作用一是切斷毛細水的上升，同時防止水分入滲而使基地軟化，從而使路堤產生破壞。二是通過間隔鋪設土工布，調節路堤內的應力分布，使路堤填土的沉降得到一定程度的均化，減少不均勻沉降。而且當路堤中有軟弱區域存在時，土工布起到隔離作用，可減弱軟弱區域對整個路基穩定性的影響。此外，在膨脹土路堤中加入土工布，還可以提高路堤的承載能力。

3.2 公路膨脹土路塹邊坡支護技術

在膨脹土路塹邊坡滑坍整治方面，國內外大多采用土釘墻(含鋼纖維混凝土噴錨墻)、重力式擋土墻(含重力式錨桿擋土墻)和抗滑樁三大加固類型，并配合短錨桿噴射混凝土(或鋼纖維混凝土)和漿砌片石等剛性支護措施，這些措施用于不能適應膨脹土因濕度變化所引起的較大膨脹變形而經常出現結構性破壞。下面介紹幾種根據膨脹土的破壞特點，研究開發的新技術。

(1)支撐滲溝結構。支撐滲溝是一種重力結構，一般成群的設置在坡面淺表層前部，支撐不穩定的邊坡。該結構以支撐作用為主，兼并排水滑帶和疏干其附近滑體裂隙水的作用，在膨脹土邊坡上按設計間距布置支撐滲溝，可以將邊坡的整體膨脹勢和土體自重產生的下滑力分割成一小塊一小塊，以起到分割支護的作用。在主滲溝骨架和次滲溝骨架間超挖20cm，并回填耕植土種草，可以兼并發揮對邊坡的“保濕防滲”作用。同時，在坡腳處砌筑抗滑擋墻與支撐滲溝配合，起到“剛柔相濟”的作用。可以更好的處治和防止邊坡滑塌。因此，特別適用于含裂隙軟弱結構面或層間軟弱結構面的路塹高邊坡，特別是邊坡巖層走向與邊坡走向相同，地下水位較高或含有層間潛水，易產生順層滑塌的邊坡。

(2)柔性支護結構。柔性支護是以土工合成材料加筋邊坡土體為主，輔以其他必要綜合處治措施的處理方案。柔性支護結構防護體系主要由以下三個部分組成:①柔性支護結構體:將路塹邊坡超挖(超挖寬度由干濕循環顯著影響區和邊坡坡率決定)，然后用膨脹土分層回填壓實，并分層鋪設土工格柵將膨脹土反包，形成具有良好整體性的柔性支護結構。②排水系統:包括坡頂截水溝及截水滲溝、墻背滲水層、墻底排水墊層、墻趾外和墻踵處的排水滲溝。③坡面防護系統:包括坡頂土工布防水封閉層及坡面植被防護層。在該結構體系中，支擋機構體系也起到防護和排水的作用，防排水體系兼并有支擋和防護的作用，同時防排水體系為一連續的系統，與支擋防護結構形成一密切聯系，共同作用的整體。放排水體系是有地表水和地下水兩個子體系構成。

由天溝、兩布一膜隔水土工布封頂層、植被防護層，平臺及跛腳邊溝等共同構成地表水放排水子系統。其中，天溝用來截排坡后徑流;兩布一膜隔水土工布封頂層與植草防護層用來進行坡面隔水防滲;平臺及坡腳邊溝用來攔截坡面及路面徑流。

坡頂滲溝、墻背滲水層、底部隔水排水墊層、坡腳前邊溝下滲溝、坡腳后滲溝構成地下水截排水子系統。其中。坡面滲溝、墻背滲水層、坡腳后滲溝用來截排坡后地下水;底部隔水排水墊層、墻背滲水層、坡腳后滲溝用來截排滲入加筋土墻體中的地下水。

柔性支護結構整體性強，邊坡的超挖破壞了原坡體的結構面，柔性結構允許變形可吸收墻后坡體膨脹土變形的能量，有利于坡面的排水和坡體排水，阻隔地表水下滲及干濕循環作用。用膨脹土作加筋體填料極具經濟和環保效益，施工便捷，技術簡單，造價低廉，主要采用機械化施工，而且特別適用于發生滑塌的膨脹土路塹邊坡處治和新開挖邊坡的防護。

4 結束語

面對膨脹土地區對公路建設所造成的各種病害的問題，如何在路基設計過程中，如何針對膨脹土的工程特性，將膨脹土廢棄方用作路基填料，并有效的保證膨脹土路基的穩定性，同時減少公路建設取、棄土對環境的影響，將是今后公路建設領域研究的方向。

參考文獻

[1]鄭建龍，楊和平.公路膨脹土工程.北京:人民交通出版社，2009.3.

[2]廖世文.膨脹土與鐵路工程.北京:中國鐵路出版社，1984.

[3]鄭建龍，楊和平.膨脹土處治理論、技術與實踐.北京:人民交通出版社，2009.3.