淺談路基膨脹土處理

摘 要:對膨脹土的特性及膨脹土路基的處理方法進行了分析，采用了摻無機結合料改性的方法對膨脹土地區(qū)路基進行了處理，為膨脹土路基施工技術提供了工程借鑒。

關鍵詞:路基 膨脹土

中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0060-01

1 膨脹土的特性

膨脹土是一種吸水膨脹、失水收縮開裂的特種黏性土。其礦物成分以強親水性礦物蒙脫石和伊利石為主。在自然條件下，多呈硬塑或堅硬狀態(tài)，裂隙較發(fā)育，常見光滑面和擦痕，裂縫隨氣候變化張開和閉合，并具有反復脹縮的特性;多出露于二級及二級以上的階地，山前丘陵和盆地邊緣，地形坡度平緩，無明顯自然陡坎。主要特征有脹縮性、裂隙性和超固結性。

2 國內外膨脹土路基的處理方法

(1)摻無機結合料改性:該類方法中，摻石灰是最普遍、最成熟的和路基規(guī)范所提倡的方法;用水泥、粉煤灰等摻加劑進行土質改良也進行過一些研究，主要用于土的綜合穩(wěn)定。

(2)換填法:這是一種可靠的方法，但對大面積膨脹土分布區(qū)，將開挖膨脹土全部廢棄不僅要占用大量的土地且借土費用將隨運距的增大而提高，使得該方法的應用變得不經濟，同時借棄土還會導致嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞。

(3)封閉包蓋法:針對引起膨脹土路堤淺層破壞的主要外因是干濕循環(huán)的氣候作用，通過采用好土、石灰土或土工織物包邊對路堤進行封閉，阻隔干濕循環(huán)作用對膨脹土路堤的影響，達到加固膨脹土路堤的目的，該方法在國內取得了不少成功經驗。其最大特點是施工便利、造價低、生態(tài)環(huán)境效益好，因包蓋厚度及封閉有效性的評價缺乏相應的標準，使該法的推廣應用受到一定限制。

(4)土工織物加固法:大量的試驗和工程實例表明，在邊坡素土中水平鋪設一定量的加筋材料，可以吸收一部分土體因干縮產生的收縮應力，防止坡面嚴重開裂為外界環(huán)境的水分入滲提供通道;加筋可以提高路基邊坡表層土體的抗剪強度和整體性。

3 鐵路、公路施工處理膨脹土主要方法:摻無機結合料改性

目前鐵路、公路施工處理膨脹土的方法主要是化學改性，如摻石灰、水泥、粉煤灰、氯化納、氯化鈣、瀝青、合成固化劑、合成樹脂和磷酸等等，使之與土壤發(fā)生一定的物理化學反應，以改變原土的物理力學性質來穩(wěn)定膨脹土。路堤填料改良是將粉碎的土和其他添加劑、水進行充分拌合后，再用機械壓實養(yǎng)護而形成穩(wěn)定的土體。綜合分析各種改良方法已有的成果及經驗教訓，特別借鑒近年來的試驗成果，考慮到石灰在改良高塑性黏土所具有的優(yōu)勢以及合寧線沿線被改良土質的特性、料源、施工設備以及試驗成果的推廣前景等各種條件，本次室內改良試驗選用的改良劑為石灰(包括生石灰、熟石灰)。石灰改良的室內試驗研究中，摻灰量的確定是試驗的主要內容之一。公路路基設計規(guī)范中總結了安徽、江蘇和河南等地的摻灰量試驗，將處理后的脹縮總率不超過0.7%作為判別依據(jù)，石灰劑量按4%～10%控制。國外資料報導，穩(wěn)定膨脹土改良石灰摻量的重量比在2%～10%。

以合肥—南京客運專線路基施工為工程背景，通過實驗分析填料的礦物成分、顆粒級配及其物理性質，探究填料的膨脹性質及其影響因素。

本工程試驗是石灰(包括生石灰、熟石灰)的摻入重量比分別為4%、5%、6%、7%、8%。試驗項目包括改良前后土的顆粒分析、物理性質、水理性質、強度試驗和土的膨脹性指標測定等。

為了解全段土源的在改良前后的物理力學性質、脹縮特性、水理性能等指標，在對全段取土場土源的膨脹性指標進行詳細查明后選取了兩種有代表性的土樣(小馬莊和永寧取土場):一種弱膨脹性土源和一種中等膨脹性土源取樣進行室內改良試驗研究。

對改良土的強度、顆粒級配、脹縮性等綜合分析發(fā)現(xiàn)，小馬莊取土場最佳摻灰比(包括生、屬石灰)定為6%(石灰含量與干土質量百分比)，永寧取土場最佳摻灰比取7%。

現(xiàn)場室內試驗的目的主要是檢驗現(xiàn)場填筑壓實的改良膨脹土的工程特性。試驗方法:要求7天齡期，可以選在基床底層填筑時進行，在壓實完畢檢測合格的路面取樣，在規(guī)定的溫度下保濕養(yǎng)生7天后進行各項試驗。對兩種土源進行現(xiàn)場室內試驗的結果見表 224，每項試驗9組平行試驗，從現(xiàn)場取樣試驗的結果與室內試驗的結果來看，兩者基本吻合，說明室內試驗能夠反映現(xiàn)場的實際情況。

經過生石灰、熟石灰改良后，膨脹土的物理力學性質主要在以下方面發(fā)生明顯變化:顆粒級配方面:黏粒含量大幅減少，粉粒含量有所增加，砂粒含量明顯增加。對最佳配比，改良后黏粒含量10.2～15.5，粉粒含量59.8%～72.7%，砂粒含量13.9%～25.7%。

塑性方面:膨脹土改良后塑性指數(shù)明顯降低，改良后的塑性指數(shù)為3.7～13.9。

脹縮性方面:膨脹土改良后自由膨脹率、收縮系數(shù)都有不同程度的降低，膨脹力、無荷膨脹量、有荷膨脹量大幅度降低。說明膨脹土經石灰改良以后，能夠大大改善其吸水膨脹、失水收縮的不良工程特性。

抗壓強度方面:膨脹土改良后浸水無側限強度、無側限強度均得到較大提高。而且，改良前浸水無側限抗壓強度比無側限強度降低幅度高達97%～98%，而改良后浸水無側限抗壓強度比無側限強度降低12%～61%，說明石灰改良膨脹土對改善膨脹土在浸水條件下的力學性能具有明顯作用。經過理論計算及試驗對比分析，基床底層改良土填料現(xiàn)場7天齡期浸水無側限強度定為450kPa，路堤本體的現(xiàn)場7天齡期浸水無側限強度定為300kPa。

剪切強度方面:①直剪:膨脹土經石灰改良后直剪C值無明顯規(guī)律的變化，Φ值有一定的增加;②排水反復直剪:改良后殘余強度指標Cr值有一定的增加，Φr值變化不大;③三軸固結不排水剪:改良后(有效)黏聚力指標大幅增加，(有效)內摩擦教指標有一定程度的增加。

壓縮性方面:改良后膨脹土壓縮系數(shù)減小、壓縮模量增大，說明用改良土做填料填筑路堤比用膨脹土填筑路堤，可以減小路堤本體的壓縮量。

水理性:浸水2小時后，膨脹土素土擊實樣即完全崩解;經石灰改良以后，浸水48小時無崩解。這說明膨脹土經石灰改良后水穩(wěn)性大大提高。

滲透性方面:膨脹土改良后的滲透系數(shù)主要集中在10-7～10-8數(shù)量級，在土體結構不被破壞的情況下，具有較好的防滲性。

這些性質都說明膨脹土經改良后可用作填料。從膨脹土改良的整體效果來看，生石灰與熟石灰的差別不明顯。考慮到生石灰在降低含水量上的優(yōu)勢，當氣候條件不利于土料晾曬時可以優(yōu)先考慮，但必須注意石灰的粒徑控制。

參考文獻

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