膨脹土路基結(jié)構(gòu)形變的影響因素研究

農(nóng)建寒

(廣西長(zhǎng)興工程建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530023)

0 引言

作為公路路面的重要基礎(chǔ)部分，路基的形變與否或形變程度對(duì)公路的正常使用以及安全性會(huì)產(chǎn)生諸多影響。通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀以及實(shí)際工程中的案例可知，目前比較常見的路基形變現(xiàn)象主要有：路堤塌落與沉降、路堤邊坡溜方以及路塹崩塌及碎落等。上述形變現(xiàn)象通常與現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境有關(guān)，包括路基的土質(zhì)、施工的質(zhì)量以及施工人員所采用的施工方法等。但同時(shí)也與施工現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度變化情況有著較為密切的聯(lián)系。例如膨脹土路基的親水特性與自身的膨脹土有關(guān)，與普通的土質(zhì)相比，在同等的施工環(huán)境下，其受溫濕度的影響較為敏感，使得土路基的形變過(guò)程較為隱蔽且形變量較大。本文根據(jù)膨脹土路基在溫濕度變化情況下的形變特點(diǎn)對(duì)膨脹土路基形變因素進(jìn)行了深入分析，并討論了溫濕度變化與膨脹土路基形變之間的關(guān)系。

1 膨脹土路基結(jié)構(gòu)形變的影響因素

1.1 溫濕度因素

施工環(huán)境對(duì)于膨脹土路基形變會(huì)產(chǎn)生各種影響，例如施工現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度條件等的變化會(huì)對(duì)膨脹土路基的形變產(chǎn)生特定的影響。當(dāng)然，這種影響效果較為隱蔽和漫長(zhǎng)，但膨脹土路基在長(zhǎng)期的溫濕度變化條件下的形變會(huì)因量變而引起質(zhì)變，最終影響土路基的使用效果和施工質(zhì)量。一般施工周期較長(zhǎng)的工程，都要經(jīng)歷施工現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度變化的影響，例如在新疆的阿勒泰地區(qū)，對(duì)公路路基的施工過(guò)程要持續(xù)幾個(gè)月，新疆位置偏遠(yuǎn)，晝夜溫差較大，膨脹土路基會(huì)因此而受到各種影響。再例如高原凍土地區(qū)中，膨脹土路基會(huì)由于溫度過(guò)低而出現(xiàn)凝凍現(xiàn)象，這對(duì)膨脹土路基實(shí)際的施工技術(shù)又提出了更高的要求[1][2]。

1.2 氣候因素

氣候因素對(duì)膨脹土路基的形變影響較為常見，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，無(wú)論是土體內(nèi)部的溫度或是濕度的變化，通常作用范圍僅是地表下深度約3 m位置。我國(guó)幅員遼闊，各地之間的緯度相差較大，同一時(shí)間在不同地點(diǎn)的溫濕度也不盡相同，地表土體含水量會(huì)受到當(dāng)?shù)販貪穸鹊挠绊懀疫@種影響的效果比較顯著。但隨著土層厚度的不斷增加，溫濕度的變化程度也更加趨于平緩，達(dá)到某個(gè)深度之后，溫濕度變化情況會(huì)穩(wěn)定在特定的一小段范圍之內(nèi)而不再有大幅度的變化。氣候因素對(duì)溫濕度影響的變化規(guī)律說(shuō)明，雖然不同施工地點(diǎn)的氣候與溫濕度差別較大，但隨著土層的不斷深入，即達(dá)到一定的程度之后，地層內(nèi)部的土路基形變將不再受地層或地表溫濕度的影響，或受其影響程度不大[3][4]。

1.3 風(fēng)化機(jī)制

研究膨脹土的風(fēng)化機(jī)制能更好地了解其形變過(guò)程與形變特性。氣候變化對(duì)土路基影響的直接結(jié)果就是風(fēng)化現(xiàn)象，因膨脹土路基含有較強(qiáng)的親水性礦物質(zhì)，且其中縫隙較多，受氣候風(fēng)化影響顯著。氣候?qū)ε蛎浲谅坊娘L(fēng)化特性主要通過(guò)降水等氣候要素來(lái)體現(xiàn)，而土體結(jié)構(gòu)則與溫濕度變化相關(guān)。大氣降水從其表面深入到內(nèi)部，導(dǎo)致土體發(fā)生膨脹。溫度的變化也可以引起內(nèi)部脹縮。例如在光照充足的白天，土體會(huì)因陽(yáng)光照射而溫度升高，土地的水汽進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的速度加快進(jìn)而蒸發(fā)到大氣中，隨溫度的增加蒸發(fā)速度也越顯著，土地的脹縮程度也越明顯。在干旱季節(jié)，因陽(yáng)光充沛且氣候變得更加干燥，土體中的水分容易蒸發(fā)進(jìn)而使土體干燥而收縮[5][6]。自然氣候條件的反復(fù)變化使得處于大氣中的膨脹土表面也隨之進(jìn)行往復(fù)脹縮，引起進(jìn)一步的形變，使縫隙不斷加深、加密，最終使土體結(jié)構(gòu)徹底受損。

2 膨脹土路基結(jié)構(gòu)形變的控制措施

目前國(guó)內(nèi)通用的膨脹土路基形變預(yù)防措施有很多，其中換填措施相對(duì)而言較為可靠，但對(duì)于膨脹土區(qū)域面積較大的施工環(huán)境而言，如果完全開挖膨脹土并換掉，這勢(shì)必會(huì)占用更多的土地并使周邊的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，且使得運(yùn)輸和交通成本變高，因此該方法很少使用。膨脹土路基合理?yè)Q填施工流程如圖1所示。

圖1 膨脹土路基合理?yè)Q填施工流程圖

2.1 結(jié)合料混搭

無(wú)機(jī)結(jié)合料的混搭使用法，常作為膨脹土路基的基礎(chǔ)物質(zhì)，常拌合石灰等物質(zhì)，是目前較為流行的做法，同時(shí)使用粉煤灰以及水來(lái)作為拌合料，通過(guò)這一措施來(lái)改善膨脹土各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的方法也很常見。縱觀各類膨脹土路基的形變特性，通過(guò)深入分析其形成原因之后可知，干濕變換的氣候因素是主要成因，封閉包蓋的措施可以良好地處理氣候?qū)ν谅坊鶐?lái)的損害。通過(guò)石灰土以及各類土木織物來(lái)對(duì)路基、路堤進(jìn)行封閉、包邊，這不僅可以防止氣候變化帶來(lái)的干濕度影響，且對(duì)于工程的降本增效也有非常明顯的效果，目前在國(guó)內(nèi)外的工程應(yīng)用中較為常見，是一種非常普遍的施工措施[7][8]。

2.2 含水量評(píng)估

前面已論述過(guò)，土路基的含水量對(duì)于最后的膨脹或收縮等具有直接的關(guān)系，因此要對(duì)土路基的含水量進(jìn)行細(xì)致評(píng)估。目前常用的評(píng)估方法主要有基于親水性顆粒的試驗(yàn)方法，具體來(lái)說(shuō)就是通過(guò)對(duì)土體進(jìn)行取樣，然后測(cè)試其顆粒物的濃度以及顆粒物的親水特性，需要注意的問題是，在測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)采取多樣本的測(cè)試方式，即通過(guò)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，測(cè)算出具體的含水量均值[9][10]。

3 工程實(shí)例分析

以南寧繞城高速公路(G7201)金沙湖段10 km內(nèi)的施工路面為試驗(yàn)段，對(duì)路基土質(zhì)的親水特性進(jìn)行試驗(yàn)，能夠大體判斷土路基未來(lái)在施工過(guò)程中的膨脹或收縮趨勢(shì)變化情況。試驗(yàn)過(guò)程采用對(duì)路基段位分段取樣的方法，用親水性測(cè)定儀器對(duì)顆粒物含水量進(jìn)行綜合測(cè)定，以判斷其親水特性，進(jìn)而估算出濕度變化對(duì)膨脹土路基結(jié)構(gòu)形變的具體影響。具體施工路段的路基含水量測(cè)定數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 施工路段的路基含水量測(cè)定數(shù)據(jù)表

通過(guò)表1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，處于路基下部段位的顆粒物含水量較高，即親水特性較強(qiáng)，此部分路基受溫濕度影響程度較為顯著，而隨著路基段位的升高，其顆粒物含水量呈遞減趨勢(shì)，因此，親水特性逐漸減弱。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)基于溫濕度變化的膨脹土路基結(jié)構(gòu)形變的具體研究，分析了膨脹土路基發(fā)生形變的一些因素，如溫濕度影響方面、氣候因素方面以及特定的施工環(huán)境與施工條件的影響方面等。在膨脹土路基的風(fēng)化機(jī)制部分重點(diǎn)介紹了風(fēng)霜雨水等天氣以及氣候因素對(duì)膨脹土路基形變的影響過(guò)程。最后總結(jié)了一些關(guān)于膨脹土路基形變的預(yù)防和處置措施。通過(guò)對(duì)土質(zhì)結(jié)構(gòu)中的顆粒物的含水量評(píng)估，可以得出現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境下的土體親水特性，這對(duì)于評(píng)估膨脹土路基未來(lái)的形變趨勢(shì)和過(guò)程具有重要的意義。試驗(yàn)部分采取了顆粒物親水特性的均值試驗(yàn)過(guò)程，并通過(guò)最后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出膨脹土路基未來(lái)形變的評(píng)估趨勢(shì)。本文所提出的基于溫濕度變化的膨脹土路基結(jié)構(gòu)形變控制措施，對(duì)于實(shí)際的路面路基施工具有重要的參考價(jià)值，對(duì)于國(guó)內(nèi)同類型工程的施工具有一定的理論研究意義。