膨脹土路基的綜合治理研究

陳建國 李鳳飛

鄂爾多斯市東方路橋集團股份有限公司，內蒙古鄂爾多斯017000

摘要 膨脹土是一種膨脹性粘土礦物，具有體積明顯脹縮和強度急劇衰減的特性，分布十分廣泛，有特殊的危害作用，特別是對公路等淺層輕型工程建設，破壞性極強，并且這種破壞能夠多次反復發生，具有長期的潛伏性，被稱之為“工程中的癌癥”。本文結合特定工程案例，對膨脹土路基的治理進行了綜合研究，對設計施工單位有一定的借鑒意義。

關鍵詞 膨脹土；路基治理；綜合研究

中圖分類號U416.1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0057-02

0引言

近年來，隨著我國基本建設的迅猛發展，公路建設開始向中西部地區快速延伸，公路膨脹土問題大量出現，膨脹土的地質災害問題頻發，由此造成很大的經濟損失，也對生態環境造成了日趨嚴重的破壞。

根據對我國近四十年的膨脹土研究成果，中科院地質所對我國規劃建設中的國道主干線及西部八條省級區域路網沿線地質條件進行分析預測，我國西部21 000km高速公路里有近3 300km路段要穿越膨脹土地質區。

由此可見，膨脹土工程地質問題已成為公路建設中最突出的工程問題之一[1]。

1 案例背景

本項目在內蒙古境內，膨脹土主要分布在丘陵、壟崗地貌單元內，以中、弱膨脹土為主，其中Ⅱ-Ⅲ級階地上的膨脹性較強，局部分布于中低山坡腳的坡洪積層，膨脹性較弱。沿線中等膨脹土路的主要分布區范圍為里程號K108+200~113+100段、K114+640-~K116+700段及K121+400~K123+000，厚度多在2m~3m左右，局部較厚，粘性土為主，具有膨脹性，含少量碎石。膨脹土的力學性質差，邊坡上的膨脹土自穩能力差，易產生滑塌現象。

膨脹土路基采用排水、保濕、綠化并結合支擋等綜合治理的方案進行處治，邊坡遵循“緩坡率、寬平臺、固坡腳”的設計原則。

2 填方路基治理

填方路基的處理，根據膨脹土的不同情況采用相對應的措施。高度不足1m的路堤，采取換填或改性處理等措施處治；表層為過濕土，一般采取換填或進行固化處理等措施處治；填土高度小于路面和路床的總厚度，基底為膨脹土時，宜挖除地表0.30m~0.60m的膨脹土，并將路床換填為非膨脹土或摻灰處理。若為強膨脹土，挖除深度應達到大氣影響深度[2]。

在換填設計時，不同地段考慮的因素如表1所示。

換填施工工藝簡單，可采用人工或機械挖除基底下的膨脹土，挖除深度根據膨脹土強度確定，然后分層鋪設，分層碾壓。本項目膨脹土路基，填方基床與挖方路床一般超挖40cm~50cm，基底清表碾壓后，采用厚5％石灰土換填，松鋪厚度在30cm左右，含水量的控制一般選擇大于最佳含水量的2%~4%的范圍，路拌兩遍，采用重型碾壓機碾壓4遍。填筑寬度應延伸至坡腳外，再按一般路堤要求填筑，路基主要外借砂礫石土填筑。

在路基施工前，要按圖紙和監理工程師的要求，修筑規定長度、全幅路基寬度的試驗段，以確定膨脹土路堤施工中的石灰摻量、松鋪厚度、最佳含水量、碾壓機具以及全部施工工藝，試驗結果應報監理工程師批準。

膨脹土具有明顯的吸水膨脹和失水收縮的高塑性能，故施工工藝必須和膨脹土的性能相吻合，并符合《公路路基施工技術規范》的規定。

膨脹土地區路基應分段施工，各道工序在銜接上必須連續進行，不間斷地完成。路基邊坡按圖紙要求修整，路堤或路塹兩側邊坡的防護封閉工程必須及時完成，防止雨水直接侵蝕。

3 路塹邊坡設計

本項目工程地質條件復雜，路塹邊坡情況各異，所以對不同類型的膨脹土邊坡采用了不同的穩定措施。

對于復雜邊坡，主要指那些強膨脹土地段，土層為多層土，有軟弱夾層，地形地貌多為斜坡高陡，匯水面積長大，地下水活動頻繁，高度＞15m的，采用的穩定措施主要為加強排水，以支擋為主；對于較復雜邊坡，中等膨脹土地段，多層土，無軟弱夾層，斜坡短緩，匯水面積短小，偶有地下水出露，高度為6m~15m，采用的穩定措施為加強排水，坡面防護輔以支擋；對于簡單邊坡，弱膨脹土，土質單一較均質，平坦無坡，崗脊正地形，無地表水匯集，高度≤6m，較穩定地段，采用的穩定措施為加強排水，坡面防護為主[3]。

根據以上原則，膨脹性較弱、含少量礫石的膨脹土路塹邊坡的坡面采用窗孔式護面墻結合支撐滲溝防護。上部3m~8m是弱膨脹土質、下部是中、強風化千枚巖的邊坡路段，下部千枚巖邊坡坡率采用1:0.75~1:1.0，上部土質邊坡坡率采用1:1.0~1:1.25，坡面采用錨桿窗孔式護面墻＋支撐滲溝防護。

膨脹土厚度較大的深路塹路段，邊坡坡率采用1:1.5，邊坡高度大于4m的路段設置2m高護腳矮墻，墻頂以上邊坡每6m設一道4m寬的平臺，平臺內培土植草綠化，平臺內側設平臺截水溝。坡面先采用實體漿砌片石護面墻防護，然后在墻面上采用拱形骨架植草綠化。坡體地下水較豐富的路段，護面墻下方設置支撐滲溝，降低坡體地下水。

支撐滲溝是一種重力結構，以支撐作用為主，對不穩定的邊坡起支撐作用，一般在坡面淺表層前部成群設置[1]。支撐滲溝結構設計計算方法如表2所示。

路塹施工前，先施工截、排水設施，將水引至路幅以外。邊坡施工過程中，要設法維持土體原狀含水量。邊坡不得一次挖到設計線，應預留厚度300mm~500mm，待路塹完成時，再分段削去邊坡預留部分，并立即進行加固和封閉處理。

挖方路段的路床按圖紙規定進行超挖，并對開挖底面進行壓實處理達到規范要求后，應立即用符合要求的材料回填（非膨脹土或改性土）并按規定壓實，壓實標準應符合規定。宜用支擋結構對強膨脹土邊坡進行防護，支擋結構基坑應采取措施防止曝曬或浸水，基礎埋深應在大氣風化作用影響深度以下。

4 路基排水設計

對于填土高度小于1m的膨脹土低填路段，路基兩側設置矩型混凝土排水邊溝，在邊溝下部設置縱向盲溝，對于填土高度大于1m的膨脹土平緩路段，路基排水同一般路段。位于斜坡路段的填方路基，在斜坡的上部邊溝下方設置縱向盲溝。

挖方路基排水采用路側邊溝、平臺截水溝及坡口外截水溝排除路基地表水，采用在邊溝下部設置縱向盲溝、在坡體內設置支撐滲溝排除坡體內部裂隙水。支撐滲溝沿縱向6m~18m設置一道。為防止坡外水流入坡內，在坡頂外5m左右設置截水溝。

5 結論

膨脹土及其工程病害問題一直沒有得到妥善解決，是一個世界性的技術難題，有工程界的“癌癥”之稱。它具有吸水膨脹、失水收縮、滲透性差、多裂隙等工程特性，對膨脹土構造物的穩定性產生重大危害，每年因此造成非常巨大的經濟損失。這就需要我們在基礎理論和工程處置措施方面都進行理論實踐的研究，根據實際情況進行設計和施工，避免和減少工程事故的發生，提高工程質量。

參考文獻

[1]鄭健龍.公路膨脹土工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]劉特洪.工程建設中的膨脹土問題[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[3]李健，孫英學.高等級公路工程中的膨脹土研究[J].水利水電科技進展，1998，2(1).