弱膨脹土特性及其在路基施工中的處理分析

沈鵬躍　王志勇

【摘 要】隨著我國經濟的發展，我國對于各種基礎設施的建設的需求也越來越大，經濟的發展對公共交通網絡提出了更高的要求，這就是所謂的“要想富先修路”。而我國的膨脹土分布區域廣，膨脹土每年都會對房屋建筑、鐵路、公路、水利工程等造成巨大的破壞，想要保證經濟的發展，就必須在施工中解決膨脹土問題。本文將對膨脹土的物理特性、壓實特性、脹縮特性、力學與強度特性等方面進行研究，提出在路基施工中對膨脹土的處理措施，希望對鐵路路基施工有所裨益。

【關鍵詞】膨脹土；路基施工；特性；處治對策

膨脹土因其吸水膨脹軟化、失水收縮干裂的特性，使得建在膨脹土地區的房屋建筑經常遭受巨大的損失，給人民群眾的生命財產安全造成威脅。而隨著我國經濟的發展，對于各種基礎設施建設的需求越來越大，解決膨脹土問題是當務之急。

1.膨脹土概述

膨脹土是一種土中黏土礦物主要由親水礦物組成，具有吸水膨脹、軟化、崩解和失水急劇收縮干裂，并能產生往復變形的黏性土。而我國是世界上膨脹土分布面積最廣的地區之一，膨脹土對我國很多地區的建筑都造成了危害。鐵路建設由于空間跨度大，也極易受到膨脹土的影響。膨脹土使鐵路路基出現各種病害，嚴重影響了鐵路的行車安全，還提高了養護成本。目前被廣泛使用的改善膨脹土膨脹性的方法主要有摻加石灰或采用改性樁（石灰土樁、水泥土樁）加固邊坡。

2.膨脹土壓實性狀

在同等壓實功的作用下，土壤的干密度隨著含水量的增加而提高。其原因是土壤中含水量較低時，土壤的結構為片架結構，土壤顆粒之間充斥的都是空氣，這時候的土壤含水少，含氣多。而在壓實之后，土壤中的空氣被擠壓排出，土壤的相對含水量就升高了，土壤由片架結構變為了片堆結構，這時候土壤顆粒之間距離較小，而水分充當了潤滑劑的作用，使得土壤更容易出現形變。

膨脹土中的水分不容易被擠出，水分產生的孔隙壓力將抵消壓實功的作用和，從而使得土壤的干密度隨著含水量的增加而降低，因而想要達到最佳的壓實效果，需要依據土壤的含水量進行壓實工作。

3.膨脹土脹縮特性

膨脹土具有干縮濕脹特性，吸水膨脹時將對路基支擋建筑物產生膨脹力；膨脹土具有強度隨干濕循環產生劇烈衰減的特性，其殘余強度遠低于峰值強度；受干濕循環影響強度劇烈衰減的層位為氣候影響層。膨脹土的脹縮特性的本質是土壤的礦物成分以及微觀結構的差異造成的，而影響土壤膨脹度的主要外在因素就是含水量。因此，對于膨脹土路基的邊坡多從控制含水量入手，要盡可能使邊坡土保持其濕度不產生大幅度的變化；且又要保持排水通暢。而對于膨脹土地區的路基基床，為避免膨脹土受氣候影響，路基表層應全部換填，路基底層應采取換填或土質改良措施。

4.膨脹土基床的處理規定

4.1弱膨脹土路基基床處理規定

鐵路路基施工必須滿足一定的強度才能保證列車的正常行駛，而膨脹土既有較高的膨脹性又有較高的塑形，是不能達到基床土的規定標準的。因此對膨脹土基床要有處理措施。

膨脹土路塹基床處理應符合下列規定：

①基床表層應全部換填符合相應鐵路等級標準要求的材料。

②基床底層應采取換填或土質改良措施。對弱膨脹土處理厚度，時速200km鐵路不應小于1.0m，其他Ⅰ、Ⅱ級鐵路不應小于0.5m。

膨脹土路堤基床處理應符合下列規定：

①路堤基床表層不得采用膨脹土或其他改良土填筑。

②基床底層采用膨脹土作填料時，應采取土質改良措施。

4.2弱膨脹土改良措施

利用石灰對弱膨脹土進行改性是目前常用的方法，因其原料便宜易得，而且改性效果較好，所以被廣泛使用。在膨脹土中加入石灰進行改性處理，其實質是石灰與弱膨脹土中的蒙脫石、伊里石發生了離子交換，限制了蒙脫石等礦物質的脹縮性，改變了弱膨脹土的土壤結構。石灰遇到土壤中的水，產生了大量的鈣離子，形成了富含氫氧化鈣的土壤溶液，將各種離子吸附在土壤顆粒的周圍，增加了土壤的密度，使得土壤顆粒之間不容易進行相對滑動。而處理后的土壤在遇水之后，也不會產生太大的形變。再者當膨脹土中加入石灰以后，其擊實土樣結構形態多為團粒較大的集粒結構和基質狀結構，這類結構也不利于吸水膨脹，因而用石灰處理后的石灰土的膨脹性也就得到了改良。

目前多采用在膨脹土中摻加5%～8%的石灰來改良膨脹土。

5.弱膨脹土路基邊坡處治對策

路基邊坡破壞的原因之一是膨脹土的濕脹干縮，脹與縮都會降低土層的抗剪強度，而濕脹更是大幅度的降低抗剪強度，甚至使邊坡破壞。因此，保持路基邊坡穩定的重要措施之一是要盡可能使邊坡土保持其濕度不產生大幅度的變化；且又要保持邊坡排水暢通。為達到此目的，需加強坡面防護及地表、地下排水措施，使邊坡土的含水量經常保持在硬塑至軟塑之間。

對于路塹邊坡當前使用較多的方法是修筑拱形骨架護坡，骨架內滿鋪草皮減少蒸發。如邊坡局部有沖空或因溜坍形成坡面凹坑可采用干砌片石護坡嵌補。對于需要加強防護措施的地段，如立交橋、同一邊坡上兩級擋土墻間的邊坡等可采用漿砌片石護坡防護。

路堤邊坡可采用拱形骨架護坡，骨架內滿鋪草皮。路基填筑時鋪設土工格柵，利用土工格柵與土體間的摩阻力，達到改變圖的性質以搶購邊坡附近的堤身的目的。還可采用改性樁加固邊坡，主要為石灰土樁及水泥土樁，樁的直徑0.2～0.3m，間距1.0～2.0m，樁長可達6m。改性樁除了本身的強度可以加強土的抗剪強度外，還有改良土的作用，它的優點是施工簡便，造價低廉，耐久性強，適用于整治邊坡的淺層坍滑。

6.小結

我國是世界上膨脹土分布面積最廣的地區之一，膨脹土每年都會對我國的鐵路路基造成巨大損傷，嚴重時影響了鐵路路基的正常結構，威脅到人民群眾的生命財產安全，不利于社會穩定。針對膨脹土危害重大的現狀，本文對膨脹土的物理特性、壓實特性、脹縮特性等方面進行研究，提出要保持路基土含水量，使含水量不發生大的變化，減少膨脹土的濕脹和干縮；對填筑路基的膨脹土摻加石灰進行改良。這樣能夠有效提高路基的強度，保證了路基的穩定，有效減少路基病害的發生。 [科]

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