安鄉至慈利高速公路某段膨脹土特性分析

■白　蘭楊要許崔　磊

（1.西安長慶科技工程有限責任公司，西安　710018；2.西安中交公路巖土工程有限責任公司，西安　710065）

安鄉至慈利高速公路某段膨脹土特性分析

■白蘭1楊要許2崔磊1

（1.西安長慶科技工程有限責任公司，西安710018；2.西安中交公路巖土工程有限責任公司，西安710065）

基于湖南省安鄉至慈利高速公路初勘，通過對某段179個鉆孔中215件試樣進行了膨脹土自由膨脹率試驗。對本段膨脹土的特性進行分析，總結了該段膨脹土的深度、含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數、液性指數等分布規律，為今后類似工程實踐提供參考依據。

膨脹土自由膨脹率物理力學特性

1　前言

土中黏粒成分主要由親水礦物組成，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稱為膨脹土［1］，膨脹土這一特點對公路路基建設造成嚴重破壞，因此被稱為“公路癌癥”。膨脹土在我國分布廣泛，中國膨脹土按成因和性質可分為湖相、河相、濱海相、殘積土四類，外觀多呈灰、褐、黃、棕紅、白色等［2］。由于其危害顯著，積極開展對膨脹土的研究，及時總結工程實踐中遇到的膨脹土特性具有非常重要的意義。

安鄉至慈利高速公路位于湖南省中西部的常德市和張家界市轄區內，沿線膨脹土極其發育。本文以該段高速公路某段為例，通過對其自由膨脹率、液塑限、含水率、力學性質等實驗分析，總結了此段膨脹土的工程特性及縱垂向分布，不僅為本項目路基設計提供合理的處理措施，也為今后其他工程實踐提供參考依據。

2　自由膨脹率和基本物性統計特征

本段沿線出露的地層巖性主要有Q4河湖相沉積層、河流相沉積層及殘坡積層。上部為灰綠色黏土，有的具紋層、黑色腐殖質含植物、黃色亞黏土等；河流相多見于Ⅰ級階地及河漫灘；殘坡積層中機械風化者形成大塊碎石堆積于山麓，化學風化者多形成黏土；Q2河湖相沉積層及殘坡積層。河湖相沉積層組成Ⅱ～Ⅲ級階地、殘坡積層分布在山麓，共同特點是砂泥質受濕熱化作用而成醬紅色，并具蠕蟲狀結構。

本次共采集215件試樣進行了膨脹土試樣，試樣巖性為灰白色、土黃色、磚紅色黏性土，成因主要為Q2p沖湖積。

2.1自由膨脹率特征

膨脹土的膨脹潛勢按其自由膨脹率可分為以下三類［1］，見表1。

表1　膨脹潛勢的分級

通過室內實驗，本文選取具有代表性的20件強膨脹性土樣物性及自由膨脹率統計結果見表2。

20件無膨脹性和弱膨脹性土樣物性及自由膨脹率結果見表3。

上述膨脹土試樣主要采集于谷地、洼地的橋梁鉆孔中，在地表蠕蟲狀黏性土形成的丘陵、山坡等處另外加取了35件試樣（1.00～7.50m），分析結果表明，路基挖方范圍內主要為非膨脹土（24件）-弱膨脹土（11件）。

不同膨脹潛勢膨脹土自由膨脹率隨深度、含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數、液性指數變化分布情況分別見圖1～圖6。

圖1　不同膨脹潛勢膨脹土深度變化分布散點圖

圖2　不同膨脹潛勢膨脹土含水量變化分布散點圖

圖3　不同膨脹潛勢膨脹土天然孔隙比變化分布散點圖

圖4　不同膨脹潛勢膨脹土飽和度變化分布散點圖　

圖5　不同膨脹潛勢膨脹土塑性指數變化分布散點圖

表2　強膨脹性土樣物理性質及自由膨脹率統計表

表3　無膨脹性和弱膨脹性土物理性質及自由膨脹率統計表

圖6　不同膨脹潛勢膨脹土液性指數變化分布散點圖

由上述諸圖可以看出，強膨脹土多分布于5m以下深度，而路基挖方深度幾乎都為非膨脹土-弱膨脹土。圖2～圖6表明，強膨脹土的天然含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數及液性指數分布范圍都十分集中，非膨脹土和弱膨脹土分布則較分散。實驗數據表明該段強膨脹土特點為，塑性高（23≤IP≤26），分布深（5m以下），多飽和（飽和度Sr≥95），堅硬黏土。

2.2物理性質統計

通過不同膨脹潛勢土樣物理指標統計分析得表4。分析得出強膨脹土呈高液限堅硬狀態，液限為WL= 52.20%～67.90%，自由膨脹率為90%～120%；中等膨脹土呈低-高液限硬塑-堅硬狀態，液限為WL=32.30%～67.50%，自由膨脹率為60%～88%；弱膨脹土呈低-高液限硬塑-堅硬狀態，液限為WL=33.50%～49.80%，自由膨脹率為40%～58%。

表4　膨脹土物理指標統計表

2.3力學性質統計特征

對不同自由膨脹率土樣進行壓縮和直剪試驗，統計數據見表5。分析可知該強膨脹土為中低壓縮性高強度土體。

表5　膨脹土力學性質統計表

3　總結

（1）通過試驗分析，若大氣影響深度按5.00m、大氣影響急劇層深度按2.25m考慮，路基挖方范圍內主要為非膨脹土（24件）～弱膨脹土（11件）。

（2）黏性土局部路段具強膨脹性，但路基挖填方范圍內仍以非～弱膨脹土為主。作為路基填料，建議做適當改良后采用。

（3）針對本段膨脹土僅做了自由膨脹率一個指標來判別黏性土是否具有膨脹性，下階段除繼續分析該指標外，還需加做其它有關膨脹土指標的分析。

［1］GB50112－2013，膨脹土地區建筑技術規范［S］.

［2］工程地質手冊（第四版）［M］.中國建筑出版社，2008：471.