膨脹土地區鐵路路基病害分析與整治

薛五紅

摘 要：作為在全世界范圍內分布非常廣泛的一種特殊豁土，膨脹土有著這樣的性質，也就是膨脹土當遇水的時候會發生膨脹并且失水收縮開裂，而且當其反復脹縮將會導致土體強度的減小，這些都對于鐵路建設工程安全性有都有著巨大隱患。因而對于鐵路建設項目的施工以及后來的運營而言，需要地預防整治膨脹土地區鐵路基床病害。這些病害主要有路基下沉等表現，而且其中里面基床翻漿最為明顯，因此文章從該角度對于膨脹土地區基床病害綜合整治方法進行了研究和探討。

關鍵詞：膨脹土；基床；病害；預防（整治）

1 引言

在全球范圍內，膨脹土的分布都非常廣泛，一直到當今為止，膨脹土所分布的地方以及國家遍布世界各地[1]，例如中國、俄羅斯、加拿大、印度等國家，膨脹土年蒸發的蒸騰量超過甚至都超過了在半干旱地區年降雨量，而且膨脹土分布比較集中的位置大概處于在北緯60度至南緯50度的區間?？梢娕蛎浲恋姆植贾畯V，對于一些建設項目工程都有著很大的威脅。

對于膨脹土而言，有明顯脹縮性、多裂隙性等特點，而且這些特征都會引起鐵路工程施工及維護方面的不安全[2]。到現在為止，中國的京九、南昆等幾條鐵路干（支）線，運行通車后這些膨脹土地區的路基段都產生了路基病害，甚至有的路基損壞率達到75%，路基基床病害很常見。

2 膨脹土定義與特性

2.1 膨脹土的定義

膨脹土定義為它是一種容易膨脹，并且在失水收縮后開裂的土壤，這種土壤的主要成分成分包括了有著較強的親水性礦物蒙脫石，伊利石等，在自然條件下，主要是硬質塑料或硬狀態，與裂隙發育，常見的表面光滑，劃痕，裂紋開閉等，這些大多數存在于盆地的邊緣，山前丘陵等地方，膨脹土無明顯天然陡坎，它的基本特性包括脹縮性以及抗裂性等[3]。

2.2 膨脹土的基本特性

2.2.1 膨脹土微結構

細小的豁土礦物顆粒是膨脹土微結構的主要成分，同時還有粉粒和砂粒等。伊利石多呈葉片狀，薄而細碎；蒙脫石呈球狀集合體；長石為長柱狀，主要已蝕變為蒙脫石。顆粒主要以微集聚體形態在膨脹土里面[4]。這些土里面的裂隙比較成熟，也許是土在脹縮過程中因受力引起，這些裂隙的存在是促使其強烈膨脹和收縮的原因所在。

2.2.2 濕脹干縮

膨脹土本身的組成物質及微結構特征決定濕脹干縮特性，另外還受膨脹土所處環境條件的影響[5]。改變土壤水分由地下水和地表水造成的氣候（降雨，蒸發，氣溫）變化，漏水和導熱系數等動態變化會引起土壤水分變化，水的增加而失去的遷移，促使進一步膨脹收縮變形發生。

2.2.3 多裂隙

原生裂隙多為閉合狀的顯微裂隙，表現隱蔽征，一般要電子顯微鏡或光學顯微鏡等來觀察。多裂隙性是膨脹土的比較明顯的特征，裂隙的發育使得循環速度加快。加速了土體的破碎與變形的速度，從而導致了土體的干縮濕脹效應更加強烈[6]；因為地下水的滲透以及淋溶將會導致膨脹土的風化作用變得更加惡劣，所以會引起導致伊利石和蒙脫石等強親水性礦物成分變多。

2.2.4 超固結

在膨脹土顆粒的不斷沉積過程中，由于有重力導致漸漸地堆積起來，所以當覆蓋層的堆積物在漸漸地變厚，所以導致下面的土體會變得更加緊密。然而，土顆粒的沉積過程由于受到自然地質的復雜作用，一段時期位于連續的堆積加載的階段，然而在另一時期卻會導致卸載作用[7]。所以，土體前期固結所產生的部分結構強度，限制了因卸載產生的膨脹變形，使土體處于超固結狀態。土體在不斷開挖時，土體內積聚的能量將逐漸釋放，卸荷膨脹效應非常明顯，另外由于巨大應力集中將在路塹邊坡坡腳附近產生，從而造成了塑性區，進而影響路塹邊坡的可靠性與安全性。所以，在相同高度和坡度的路塹邊坡條件下，膨脹土路塹邊坡更易失去可靠性與安全性。

2.2.5 崩解

由于多裂隙膨脹土，雨水迅速沿裂隙土，在墻的兩側潮濕的土壤裂縫，滲透產生不同的內力。在水膜的強大作用楔入效果，不同的土壤顆粒或各種形狀的解體，墜落等將發生在周圍的土塊崩解現象。

2.2.6 風化

風化作用包括物理風化和化學風化。改變土壤顆粒，如所謂的物理風化土壤結構的形狀和外觀，發展中膨脹土的物理風化作用將進一步加劇裂縫。土壤礦物的化學風化進行更改，腫脹土壤的性質也將受到影響。在這項研究中，依據膨脹土的發生風化現象，伴有不同程度的風化分別為膨脹土可分為三個層次的風化層，這是一個強大的一層，薄弱層和微觀層面。

3 病害的預防和整治

3.1 整治原則

文章根據膨脹土基床的病害，其產生以及發展，并且結合了膨脹土特性以及水等的相互作用，并且這些整治的工程設計和施工質量，以及軌道和路基的養護維修質量都有著密切的關系。所以，要從這些因素開始進行考慮，并且對于膨脹土的基床病害進行綜合性整治以及對其進行預防，因此在膨脹土基床病害整治中必須依據下面的原則：

（1）消除基床土質不良等不利條件，主攻其一，兼顧其它的措施。（2）加強和改善路基排水條件，保持良好的排、截水設施，防止地下水侵入基床。（3）改善道床及軌道結構，加強軌道維修以緩和列車的沖擊作用。（4）改良基床填土的性質。

3.2 整治方法和措施

3.2.1 排、截水

防治膨脹土基床病害重點之處是排、截水，依據實際情況設置反濾層及泄水孔的深側溝，縱向滲溝等。

3.2.2 設置改性樁

一般常用的主要有石灰樁、石灰煤碴樁以及水泥樁等，具體結果如圖1所示。

3.2.3 設置土工合成材料

設置土工合成材料要依據病害產生的原因，選擇不透水型的土工膜等。

3.2.4 換填部分基床膨脹土

路塹地段一般換填深度為0.6m，如圖2所示，在與側溝交界處設置作用良好的反濾層及泄水孔。路堤地段的換填深度，要視填筑膨脹土的土性等級，以及道碴陷槽、道碴囊的深度而定。

3.2.5 設置緩沖層一砂墊層或礫石墊層

這種墊層對降低其下膨脹土的含水量的變動幅度，減少膨脹土脹縮特性產生的主要外部原因，起到一定的作用；同時，可以在一定程度上緩沖和調整脹縮變形。緩沖層一般為0.3m。

4 工程實例

4.1 膨脹個土填料改良室內試驗

以某工程為例，根據設計石灰（包括生石灰、熟石灰）4%、5%、6%、7%、8%、10%摻入重量制備膨脹土試樣，對膨脹土試樣做改良室內試驗。

4.2 改良前填料的物理力學性質

要排除麥面粉為基礎的填充物，是一種超固結高塑性排除土壤，較高的自然力量，水的物理性能差，那種擴張的背后壓實土壤比原狀土大得多，通過濕試驗，膨脹力，無側限的測試結果，原來是在一個弱膨脹原狀土壓實微擾被改造成一個強大的多數膨脹土壓實和擴張后成正比變化的程度的關系。

4.2.1 物理特性

試驗表明，原狀土具有較高的機械強度，將值達到27.50，膨脹土無側限強度達到280kPa，弱力擴張膨脹土樣分別約為420kPa，180kPa。

4.2.2 脹縮特性

從測試結果表明：弱膨脹土樣自由膨脹平均值分別約為31.1%和18.5%，弱膨脹土樣品的指標在50kPa的擴張負載量。

4.2.3 水理特性

通過崩解試驗土樣顯示：一種弱膨脹土浸泡三個小時，崩解約70%，在48小時解體率為85%；中性膨脹土浸泡兩個小時，55%崩解，24小時完全崩解。

4.3 填料改良后物理性質及顆粒級配的變化

4.3.1 物理性質的變化

通過塑土，液試驗表明：液限是基本相同的膨脹土改良前后，隨著灰分含量增加摻雜略有增加，但在限塑膨脹土改良，當與灰混合顯著增加率為5%或約15.9%的增幅，中性那種膨脹土大約16.3%，28.8%-36.7%的弱膨脹土樣。

4.3.2 顆粒級配的變化

從測試看出：經過改良，膨脹細土結構，孔隙率降低，蒙脫石顆粒的球形集合體顯著增厚，進一步驗證了用石灰改良土作用。

4.3 室內試驗結果

鐵路建設項目是弱或中度作為填料，有膨脹土，塑料，液限和較高的水分含量，主要由谷物為主排除粒度粉末沒有強烈的源泉。較弱的中性灰色超過6%的性膨脹土是5%最好的膨脹土混合。石灰改良土壤粒徑分布顯著改善；顯著降低塑性指數，等于或小于10的平均數；37.6%以下的平均膨脹率的自由；無側限強度上的提高（包括飽和無側限強度）的最低年齡限制以上，達到690kpa外形顯著較大，無副作用7D飽和強度，在880kPa以上的無側限強度值；在840kPa。28D飽和無側限強度值以上，無側限強度1.3mpa的上面，因此，石灰改良D類可用于填充膨脹土填筑路堤。

5 結束語

通過理論分析，石灰改良測試，現場測試等方式，探討了工程膨脹土的地質特性，原理以及鐵路基床病害和病害的治理，進行了較深入的討論，有針對性地提出施工技術，提高實驗室檢測，施工工藝和操作后路基狀況。

參考文獻

[1]張樹軍.改良膨脹土填筑路基的施工工藝及質量控制技術研究[D].成都：西南交通大學，2006.

[2]王浩.DAH石灰混合溶液滲透方法改良膨脹土技術研究[D].西安：長安大學，2003.

[3]趙滿慶.裂隙土基床病害整治研究[D].成都：西南交通大學，2002

[4]魏建兵.膨脹土路堤樁板墻土工離心模型試驗研究[D].成都：西南交通大學，2008

[5]楊位洗.地基及基礎山.第三版.中國建筑工業出版社，199：399-400.

[6]劉成宇.土力學[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[7]李雋蓬，謝強.工程地質[M].成都：西南交通大學，2001.