膨脹土地區道路設計研究

潘思祎 王洪濤 劉千帆

摘要：膨脹土在我國分布較廣，各地土的性質和力學性能各異，確切了解膨脹土的特性及其在工程中施工要素對公路及鐵路建設具有重要意義。本文通過介紹膨脹土的特性，對公路工程的危害，膨脹土的防治，以及試驗尋找更多有效防治措施，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞： 膨脹土 ； 特性危害試驗 ； 措施

1引言

土具有隨處可見，開采方便，通過就地取材、不需要任何人工處理就能夠直接使用。但對于土的類別、物理性質以及使用品質等方面還是不清楚，經常會出現在施工過程中盲目使用，特別是膨脹土。膨脹土在施工過程中經常是被列入到特殊土范圍中，在施工中進行嚴格處理。

隨著交通建設的高速發展，為了保證道路在較長時間內路基的穩定和路面的平整度，達到安全、舒適行車的目的，必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題。我們國家加大了對膨脹土的科學研究力度，各地相繼取得了一些成功的治理經驗。但仍有許多需要我們不斷摸索。所以，膨脹土的處理是工程建筑行業的重要課題。

一、膨脹土的特性

膨脹土一般系指黏粒成分主要由親水性礦物（黏土礦物）組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土，一般強度較高、壓縮性低，易被誤認為是建筑性能較好的地基土。

縮特性，但脹縮量不大，對工程無太多影響；而膨脹土的膨脹一收縮一再膨脹的周期性變化特性非常顯著，常給工程帶來危害。因此需將其與一般黏性土區別，作為特殊土處理。膨脹土亦可稱為脹縮性土。

我國膨脹土除少數形成于全新世（Q4）外，其地質年代多屬于第四紀晚更新世（Q3）或更早一些，具有黃、紅、灰白等色，常呈斑狀，并含有鐵錳質或鈣質結核，具有如下一些工程特性：

1.野外特性膨脹土一般分布在Ⅱ級或Ⅱ級以上的河谷階地、丘陵區及山前緩坡地帶。旱季地表常出現裂縫，雨季閉合。

膨脹土結構致密，為堅硬或硬塑狀態，一般液性指數IL≤0，塑性指數IP>17。膨脹土距地表1～2 m內常見豎向張開裂隙，向下逐漸尖滅，并有斜交和水平裂隙。膨脹土地區的地下水多為上層滯水裂隙水，隨季節水位變化大，引起地基不均勻脹縮變形。

2.礦物成分膨脹土的礦物成分主要是次生黏土礦物蒙脫土和伊利土。蒙脫土礦物晶格極不穩定，親水性強，浸濕時強烈膨脹。伊利土的親水性較高，次于蒙脫土。當地基中含較多的蒙脫土和伊利土時，遇水發生膨脹隆起，失水產生收縮下沉和干裂，對建筑物危害很大。

二、施工應注意的問題

1.加強土的粉碎和拌和的均勻性，避免出現素土夾層

在實際施工過程中如果遇到了膨脹土，在這樣的道路路基上施工我們就要嚴格按照工程要求遵循在旱季時期進行施工，避免在雨季施工，同時還要注意先排水后施工，對于工程需要挖坑的地方要及時、快速開挖，嚴格遵循挖槽分段化，提高作業速度，減少整個基槽因為長時間施工而造成的曝曬、風干，除了遵循以上條件外，還應該注意以下幾點：

施工中要加強土的粉碎，就要嚴格控制最大粒徑的數量，尤要控制>5mm，悅悅的土塊，旋耕時要掌握好“最佳時機”，因含水量過大或過小均不利于破碎。通常是在土塊的外表含水量較大于最佳的含水量的時候旋耕與粉碎，這樣效果是比較好的。粘性得土塊表面的含水量一般都是較小而且內在的含水量卻是很大。為此，嘗試在寒冬前需要備土，讓土受到凍而疏散，解凍完后再作相關的破碎施工，這樣效果就比較好了，為了避免一些石灰土會產生一些大土塊的集中區與素土夾層，可以將碾壓的厚度盡量控制在20cm左右的范圍內，旋耕機最大的旋耕深度在25cm左右，這樣就使得旋耕時的下層路基土會稍耕起點，只要再把石灰拌和的均勻些，一般就不會出現所謂的素土夾層。

2.加強邊緣地帶的碾壓

邊緣地帶，即軟硬路肩部位，常是施工的薄弱環節。尤其在膨脹土地區，塊體常集中該處，如碾壓不實將成隱患。如其中一段，在填80cm第一層時，由于邊緣塊體集中，碾壓達不到壓實度，加之邊溝水位較高，邊緣帶受浸泡成軟塑狀態失去強度，只有采取挖掉重做的處理方法。這種情況手指一般可以伸進。失水后可見收縮裂縫，間距16-20cm，單縫成踞齒狀，上寬6-7mm，下寬2-3mm裂縫間還可見寬1-3mm龜裂紋。此即因邊緣地帶碾壓不實，加之邊溝滲水所致。故加強邊緣地帶碾壓妥善處理好十分重要。

三、膨脹土地基的工程措施

膨脹土地基的工程建設，應根據當地氣候條件、地基脹縮等級、場地工程地質和水文地質條件，結合當地建筑施工經驗，因地制宜采取綜合措施，一般可以從以下幾方面考慮：

1.設計措施

（1）建筑場地的選擇。根據工程地質和水文地質條件，建筑物應盡量避免布置在地質條件不良的地段（如淺層滑坡和地裂發育區，以及地質條件不均勻的區域）。重要建筑物最好布置在脹縮性較小和土質較均勻的地方。山區建筑應根據山區地基的特點，妥善地進行總平面布置，并進行豎向設計，避免大開大挖，建筑物應依山就勢布置。同時應利用和保護天然排水系統，并設置必要的排洪、截流和導流等排水措施。有組織的排除雨水、地表水、生活和生產廢水，防止局部浸水和滲漏現象。

（2）結構處理。在I、Ⅱ、Ⅲ級膨脹土地基上，一般應避免采用磚拱結構和無砂大孔混凝土、無筋中型砌塊建造的房屋。為了加強建筑物的整體剛度，可適當設置鋼筋混凝土圈梁或鋼筋磚腰箍。單獨排架結構的工業廠房包括山墻、外墻及內隔墻均宜采用單獨柱基承重，角端部分適當加深，圍護墻宜砌在基礎梁上，基礎梁底與地面應脫空10～15 cm。建筑物的角端和內外墻的連接處，必要時可增設水平鋼筋。

（3）地基處理。基礎埋置深度的選擇應考慮膨脹土的脹縮性、膨脹土層埋藏深度和厚度以及大氣影響深度等因素。基礎不宜設置在季節性干濕變化劇烈的土層內。一般基礎的埋深宜超過大氣影響深度。當膨脹土位于地表下3 m，或地下水位較高時，基礎可以淺埋。若膨脹土層不厚，則盡可能將基礎埋置在非膨脹土上。膨脹土地區的基礎設計，應充分利用地基土的承載力，并采用縮小基底面積、合理選擇基底型式等措施，以便增大基底壓力、減少地基膨脹變形量。

4.總結

膨脹土是影響道路及其他構造物建設的一種特殊土質，在實際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應著重從影響其物理力學性質變化的內在因素和外在因素上考慮，從而通過改變土的力學性質達到處理的目的。一個工程有其自身的特點及建設條件，在筆者參加的兩項工程的施工中，處理膨脹土的措施正在施工中應用，有的措施已顯示出良好效果，有些對其功效尚需進一步加強證實。

參考文獻

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