膨脹土特性及施工注意要素分析

王細珍

(河南省新鄉公路橋梁建設有限責任公司，453003)

膨脹土特性及施工注意要素分析

王細珍

(河南省新鄉公路橋梁建設有限責任公司，453003)

膨脹土是一種具有特殊性質的土，對公路、鐵路、水利等工程危害十分嚴重。正確判別膨脹土的性質，采取合理的施工措施，加強施工過程的檢測控制，可以有效防止病害的發生。

膨脹土；路堤；施工措施

一、概述

膨脹土指土的粘土礦物成分中富含親水性粘土礦物，具有吸水顯著膨脹軟化、失水急劇收縮以及往復濕脹干縮特性的高塑性粘土。在公路、鐵路、水利和工業與民用建筑中，膨脹土的危害是十分嚴重的。許多由膨脹土修筑的路基在交工使用之后，普遍出現路基下沉、翻漿、邊坡沉坍、滑坡等病害。最近幾年修造的高等級公路也出現了油面開裂、松散脫落、路基翻漿等質量問題。

1、判別

膨脹土的液限WL≥50(76g錐確定為40%)，自由膨脹率FS≥40%，脹縮總率＞0.7%。

（1）可根據表1判定膨脹土的等級。

（2）脹縮總率ep3按下式計算：

式中：ep3—脹縮總率，%；

wm—地基土在收縮過程中可能產生的含水量下限值，%；

w—土的天然含水量，%；

Cs1—收縮系數，通過收縮試驗確定；

ep50—50kPa壓力下的膨脹率，%。

如式中ep50為負值時，按負值考慮；如w-wm大于8%，按8%考慮；小于零時，按零考慮。

（3） 地表下1～3m深度內含水量下限值wm，可按下列二種情況分別確定。

①當地基土的收縮變形主要受大氣降雨和蒸發影響時，wm可按下式計算：

式中：wm—同上式；

K—條件系數，可按表2選用；

wp—土的塑限含水量，%。

計算蒸發量及降雨量時，均取10年平均值。

KC＜1.00時，為濕潤區；KC=1.00～1.49時，為亞濕潤區；KC=1.50～3.49時，為亞干旱區KC＞3.50時，為干旱區。

②當常年地下水位比較穩定且位于地表下30m以內時，可取土的天然含水量值。

2、特性

膨脹土的粘土礦物成分中富含有親水性礦物成分，如蒙脫石、伊利石等；多含有鈣質或鐵錳質結核；有較強的脹縮性；有多裂性結構；一般呈棕、紅、黃、褐及灰白等色；自然坡度平緩，無直立陡坡；對公路路基及工程建筑有較強的潛在破壞作用。

3、分布

膨脹土的分布多具有區域性工程地質特征，多數屬淺、坡積型。比較典型的分布區有四川成都平原、廣西南寧盆地、河南和湖北的南陽-襄樊盆地、安徽的淮南盆地及淮河崗地等地區。

二、膨脹土的施工措施和要求

1、路基斷面

斷面形式要求能適應膨脹土的土體穩定特性，有利排水同時減小表水對坡面的沖蝕，有利于土基防水保濕，減少或消除濕脹干縮效應和強度衰減。具體可采取如下措施。

1）采用不透水路面面層以防止表水下滲后軟化土基。高等級公路宜采用厚層石灰土底基層。

2）路基橫坡應較一般土質路基盡可能大一些，以利排水。

3）路肩應較一般土質路肩適當加寬。

4）邊溝需適當加寬并盡可能采用深邊溝排水。

5）路側一般不宜種樹。

2、路基高度

路塹開挖導致原有穩定平衡喪失，邊坡很易出現變形破壞。路基愈高、邊坡愈長，土體臨空面愈大。即使經過粉碎碾壓施工，但土的微結構和土質特性仍然存在，一部分經粉碎壓實后的土體，由于粘土顆粒的重新定向等原因，不僅膨脹潛勢沒有減小，相反比原狀土更大。

膨脹土填筑后，受大氣風化和濕脹干縮效應影響，土塊崩解，在自重與行車荷載作用下產生壓縮下沉。路基高度應做如下考慮。

1) 路基挖、填高度不宜過大，其高度最好不大于3.0m。

2) 超過3.0m的填土路堤，應考慮沉降穩定問題。

3) 高度大于6.0m的路堤則需考慮預留沉降和路基面的加寬，路塹應考慮臺階式斷面和坡腳的穩定問題。

3、路基邊坡

膨脹土因富含親水性粘土礦物成分，對環境因素特別敏感。膨脹土的人工邊坡較之一般土坡要緩，為增強穩定性，可考慮以下措施。

1) 路基邊坡坡度可按普通粘土邊坡放緩1～2級。

2) 特殊路基或高邊坡，應根據土工試驗資料進行穩定性驗算后確定。

3) 路基邊坡坡面應進行防護。

4、路基排水

如能較好的保持膨脹土中水分穩定，采取防水保濕措施，則可以防止或減輕膨脹土濕脹干縮效應的有害影響。可采取如下措施。

1) 設有完善的排水措施，并形成排水網系，使地表水及地下水能暢通排泄， 防止水浸入路基造成土體軟化。

2) 路塹塹頂應設截水溝，防止水流沖蝕坡面與滲入坡體。

3) 邊溝應較一般土質路基的邊溝適當加寬加深。

4) 臺階式高邊坡，應在每一級平臺內側設截水溝，以截排上部坡面水，同時也為了保護坡腳。

5) 所有地面排水溝特別是路基范圍內或近路基水溝，均應鋪砌加固，以防滲漏或沖刷。

5、路基壓實

1) 高速公路、一級公路路堤原地面處理可按下列規定辦理：填高不足1.0m的路堤，必須挖去地表30～60cm的膨脹土，換填非膨脹土，并按規定壓實度壓實。一般填高路堤換填深度控制在1.2m左右；地表為潮濕土時，必須挖去濕軟土層換填碎、礫石土、砂礫或挖方堅硬巖石碎渣，或將土翻開、摻石灰穩定，按要求壓實。一般換土深度可控制在1.2m左右。

膨脹土地區的路塹、高速公路、一級公路的路床應超挖30-50cm，并立即用粒料或非膨脹土分層回填或用改性土回填壓實。

2) 壓實特性

膨脹土原有結構被破壞，使壓實土的膨脹潛力反而較原狀土更大。對同一類土而言，若填土的密實度越大，初始含水量愈低，則土的膨脹量和膨脹力愈大，反之，其膨脹量和膨脹力愈小。膨脹土的天然含水量比較高，填筑時欲將土的含水量降到重型擊實標準的最佳含水量相當困難，尤其在南方多雨濕潤地區晾曬更不容易，費工費時，影響施工進度。填土即使按重型擊實標準壓實到規范規定的密實度，由于施工期間或通車以后的環境變化， 膨脹土仍有可能吸水膨脹而使密實度降低，且壓實度愈高吸水膨脹變形愈大。膨脹土因原始結構強度高，粉碎困難，致使壓實后的后期沉降量較大，坡度越大，沉降量越大。

6、路塹邊坡

為確保路塹邊坡的穩定性，在膨脹土施工中，選擇合適的施工方法非常重要。為此，應充分了解施工過程中膨脹土的以下重要工程地質特性的變化規律。其變化規律主要有：路塹開挖，即產生卸載膨脹；邊坡土體暴露于大氣之中，產生脫水風化干縮；遇水膨脹軟化。

正確的施工方法和程序，必須注意以下要點：膨脹土施工應遵循先排水、后主體、快速開挖、及時支擋的原則；路塹開挖應自上而下，分層逐級開挖；應盡量做到在旱季施工，集中力量一氣呵成；支擋建筑物施工，須從兩端開始，采用跳槽開挖基坑，邊挖邊砌基礎的連續作業。

鑒于膨脹土的以上工程特性，應選擇膨脹潛勢較弱的土，經人工粉碎并控制到要求的填土級配，按規范要求的標準進行壓實， 嚴格控制其含水量和密實度。路基建成后，在自然環境條件和路基路面系統影響下，經過防水保濕和自然平衡，土的含水量將逐漸穩定在某一平衡含水量范圍內。經過壓實和沉降穩定后，土體就不致發生較大的變形。

在實際施工中，除強膨脹土不宜使用外，對中等和弱膨脹土必須采取相應的處理措施。主要辦法是在膨脹土中加入穩定劑（石灰、水泥）進行改性處理和沖稀材料（礫石、粉煤灰）從而達到減弱親水性，增加自身穩定性的目的。

三、綜述

膨脹土是一種特種土壤，其處理技術難度大、在路堤施工中要嚴格按照規范、施工方案施工，加強施工過程的檢測控制，防止病害的發生。

[1]建設部工程質量安全司．建設工程安全生產管理[M]．北京：中國建筑出版社，2005.

[2]李榮林，陳然．《建筑結構雜志》2014年第13期

[3]GB 50112-2013 膨脹土地區建筑技術規范：http∶//bbs.co188.com/thread-8756884-1-1.html

TU75

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1007-6344（2015）06-0242-02

王細珍，河南省新鄉公路橋梁建設有限責任公司，工程師、本科學歷。