弱膨脹土特性及其在路基施工中的處理分析

■劉淑平，王洪祥，孔令波 ■山東省路橋集團有限公司，山東 濟南 250000

1 膨脹土特性

膨脹土是因強親水性粘土礦物和伊利石組合而成，具有多裂隙性、強脹縮性、強度衰減性的粘性土。膨脹土基于天然環(huán)境下經常處在堅硬狀態(tài)，對于當?shù)氐臍夂颉⑺囊蛩赜袠O強的敏感性，這一敏感性嚴重影響工程建筑物的質量。膨脹土脹縮導致建筑物破壞大多具有反方向和長期性的潛在危險，會為人類造成非常嚴重的災害。膨脹土相關問題直至30年代后期才被大多工程師認識，工程界清楚認識到結構物破壞，除了因沉降因素的影響之外，也因膨脹土脹縮產生的作用，隨著經濟建設的快速發(fā)展，膨脹性粘土的研究更加深入并受到廣泛的重視，膨脹土性質主要由滲透性、微觀結構、強度、變形這四個方面展開。具體膨脹土特性如表一所示。

表一 膨脹土特性

2 弱膨脹土在路基施工中的處理策略

2.1 加大對膨脹土的研究

加大對膨脹土的認識是優(yōu)化公路膨脹土路基的基礎措施，對于膨脹土的認識不能單單停留在概念之中，必須深入到膨脹土的形成、結構及變化規(guī)律各個方面，對其實施科學分辨、勘測。加大對公路路基理論研究工作，必須認識到膨脹土在公路施工中的重要意義。

2.2 選擇最佳的膨脹土處理方案

通常來說，膨脹土路基處理辦法包括控制濕度、換土、改性處理等措施。在弱膨脹土路基施工過程中，常用辦法是改性處理。具體來說，石灰的固化是因鹽基交換、黏土顆粒與石灰相互作用形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等礦物。換填是膨脹土基底處理最簡單的方法，換句話來說就是挖除膨脹土，換填非膨脹土或者砂礫土進行施工，換土的深度必須根據(jù)膨脹土的強弱及本地區(qū)的氣候特點確定。在一定程度下，膨脹土的含水量根本不會受到外界氣候的影響［1］。

2.3 合理處理膨脹土路基基底

通常地段，路基清表工作完成后，根據(jù)施工規(guī)范要求實施分層填筑弱膨脹土，不需要進行特殊處理。在池塘河渠地段，清淤完成后換為砂礫石至原地面，低洼位置做好清理表面工作后，對其地基承載力和含水量進行檢測，如果含水量太大，在砂礫石表面設置防滲復合土工布，從而有效隔絕地下水避免影響路基工程的質量。

2.4 換土處理

換土是進行膨脹土路基處理辦法之一，同時也是最簡單方法。簡而言之換土也就是挖除膨脹土，將其更換成為非膨脹土或者砂礫土，關于具體的換土深度則需要依照膨脹土強弱以及具體的氣候條件確定。如果能夠達到相應深度，膨脹土的含水量基本上也不會受到氣候的相關影響，這一深度也就被稱為是臨界深度，含水量也被稱之為臨界含水量［2］。當然各地的氣候不同，臨界深度以及臨界含水量也具有差異，通常是在1－2m之內，也就是中、弱膨脹土在1－1.5m，強膨脹土在2m。

2.5 濕度控制

濕度控制也是進行路基膨脹土處理的一個重要方式，其中包括預濕以及保持含水量穩(wěn)定。想要對因為膨脹土含水量變化而導致出現(xiàn)的脹縮變形控制，就必須要最大化的減少路基含水量的外界氣候影響作用。采用粘土或者土工布包封膨脹土路基，減少膨脹土和外界大氣的直接接觸，以此來控制膨脹土內部濕度發(fā)生轉移。在水利工程項目中則可以應用膨脹土預濕法，實現(xiàn)膨脹土的濕度平衡。

2.6 改性處理

化學固化是采用石灰和水泥或者是一些其他的固化材料，和膨脹土實施物理或者化學作用，實現(xiàn)對膨脹土的改性處理，引起膨脹土的膨脹作用降低，并提高其水穩(wěn)性和膨脹土強性。具體也就是，石灰具有一定的固化作用，其可以實施鹽基交換等作用最終形成新的含水硅膠鈣或者鋁酸鈣等新礦物質［3］;水泥的固化作用則是通過鈣酸鹽和鋁水化物之間所具有的膠結作用，而產生新的礦物結晶，以此可以顯著降低膨脹土液限，從而提高膨脹土塑限以及抗剪強度。目前這一方式已經在地基施工處理中有成功應用案例，這一技術的成功主要是由固化材料的技術指標以及施工技術決定的。

2.7 弱膨脹土路基施工的要點

(1)注意自然因素的影響。影響公路膨脹土施工的因素主要有內在因素和外在因素兩個方面。外在因素包括施工地的氣候、水文、地域等因素，氣候因素主要表現(xiàn)為雨季的長短，雨季的來臨導致膨脹土自身的膨脹性發(fā)生變化。溫度也是影響膨脹土特性的重要點，炎熱或干旱區(qū)域樹根會自動吸收地下或地表水，致使膨脹土處在收縮狀態(tài)。膨脹土地區(qū)進行路基施工，盡可能避開雨季作業(yè)，同時設置完善的施工現(xiàn)場排水設施，確保地基和經過填筑的路基受不到水的浸泡。膨脹土開挖路基必須保障各個工序密切聯(lián)系，分段進行施工，路基的填筑檢查達到標準后不要間隔過長時間或越冬后進行路面施工。膨脹土進行改性處理是保障路基工程質量的重要依據(jù)，膨脹土使用石灰進行改性，石灰的劑量控制為5%—8%。弱膨脹土要根據(jù)施工地區(qū)的氣候、水文、道路等級合理的使用，采用膨脹土作為填料時，為加大其穩(wěn)定性，經常使用石灰進行處理。注意設定的石灰劑量必須經過試驗確定，以強化試驗參數(shù)為依據(jù)，經過摻灰處理的膨脹土其脹縮總率應接近零。

(2)合理控制土層粒徑。根據(jù)路基施工技術的各項標準，膨脹土路基施工最大粒徑不能大于5cm，經過實踐可知，土的含水量如果過大，生石灰無法滿足降低含水量消除其膨脹性的效果。土塊兒無法與石灰料完美結合，尤其在溫度比較低的時候，水分不容易被蒸發(fā)掉，從而左右著整個路基工程的質量。在對現(xiàn)場進行控制時，采用攤平、拌合機械交叉使用，把土顆?？刂圃?cm以下，便于土中的水分快速蒸發(fā)，降低土塊自身的膨脹性，從而提升壓實土塊的效率。

(3)強化壓實操作。改良膨脹土路基必須進行分段施工，路基施工工序必須緊密的聯(lián)系起來。膨脹土路基工程可以采用重型振動式壓路機或35t－50t輪胎壓路機，其行駛速度不得大于4km/h。碾壓的過程中，直線段從兩邊向中央，小半徑曲線從內側向外側使用進退式施工，橫向接頭振動壓路機應該重疊0.4—0.5m，前后相鄰區(qū)域的縱向重疊1m—2m，達到無死角、無漏洞的狀態(tài)。在路堤與路墊分界位置，必須碾壓實，因考慮膨脹土路基的沉降作用，路基邊緣各自增寬50cm，路基成型之后進行整平處理。

(4)科學養(yǎng)護路堤。路堤經過攤鋪、推平處理后，必須合理控制其含水量。如果摻灰拌合操作后含水量過小，則無法及時展開碾壓施工，要均勻灑水拌合后，達到最佳的含水狀態(tài)進行碾壓操作，壓實達到標準后立即步入下一道工序。土層壓實完成后若無法及時進行上土，應實施覆蓋養(yǎng)生操作，等到路基完成后，路堤兩側邊坡防護工程也必須進行施工，確保膨脹土路基的防水、保濕、防風化工作處于最佳狀態(tài)。

3 結語

總之，弱膨脹土具有一定的吸水膨化特性，必須合理控制土的壓實含水量，摻入合理劑量的生石灰可以有效改善膨脹土的性能，且具有施工操作簡單、便于操作的目的。

［1］蔣澤中.鐵路路基膨脹土工程特性指標試驗研究［J］.西南交通大學學報，2013，48(5):839 －844，850.

［2］陳明.膨脹土摻石灰作鐵路路基填料的試驗研究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2014，(7):69 －71，85.

［3］劉新利，汪小茂.南水北調中線膨脹土高填方路基填筑方案研究［J］.人民長江，2013，44(20):1 －3，6.