淺析膨脹土路基施工治理技術

(西華大學土木建筑與環境學院 四川 成都 610000)

近年來，隨著我國經濟建設的迅猛發展，大量修建高速公路及高速鐵路已是大勢所趨，我國是世界上膨脹土分布范圍最廣、面積最大的國家之一，不可避免地要在膨脹土地區修建公路及鐵路。膨脹土是自然地質形成過程中產生的一種多裂隙并具有顯著脹縮性的地質體,分布十分廣泛,中國云南、貴州、四川、廣西、河北、河南、湖北、陜西、安徽和江蘇等地，均有不同范圍的分布。由于由膨脹土引起的破壞作用包括滑坡、坍塌、結構物破壞、路面變形、開裂、路基翻漿冒泥、以及水土流失等生態環境破壞。通過分析膨脹土路基病害成因提出治理技術，為膨脹土路基施工提供一定的參考。

一、膨脹土的工程特性

(一)脹縮性

由于膨脹土中含有大量的蒙脫石、伊利石等黏土礦物，故其親水性很強。膨脹土遇水后吸水，體積急劇膨脹，使得其上鋪筑的道路路面隆起，如果膨脹土的脹縮受到限制，則會產生大小不可忽略的膨脹力。而失去水分后體積嚴重收縮，造成土體開裂。如此一來，道路會出現裂縫，而膨脹土會隨著季節變化而發生膨脹-收縮-再膨脹周期性變形，其變形特性非常顯著，量值較大，給工程帶來不可小視的危害。

(二)多裂隙性

膨脹土一般都帶有裂隙，主要分為垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三中類型。這些裂隙會將土體分割成多個部分，嚴重破壞土體的整體性，這些裂隙同時也為水分入滲提供便利，加劇路基病害。膨脹土路基邊坡的破壞多是由于膨脹土存在裂隙，在裂隙連接的薄弱面形成滑動面而導致的。

(三)超固結性

膨脹土大多具有超固結性，天然孔隙比較小，密實度大。在膨脹土路基施工中，由于其初始強度較高，路基開挖時膨脹土會出現卸荷膨脹，造成路基邊坡坍塌。

(四)崩解性

膨脹土吸水后體積膨脹，在無側限的條件下會發生吸水濕化。根據其膨脹率大致可分為強、中、弱三級。弱膨脹土吸水后，需要經過較長的時間才能逐漸崩解，且不會完全崩解；強膨脹土吸水后，很快便會完全崩解，不能作為路基填料。

(五)風化特性

在路基開挖后，膨脹土極易產生破壞，其原因是膨脹土在開挖露出后，在風化作用下土體很快出現裂紋，土體結構遭到破壞，強度降低。

(六)強度衰減性

膨脹土的結構強度一般具有較高峰值強度、極低后期殘留強度特性，其強度衰減速度與土體成分、結構、干濕變化、風化等因素有關。

二、膨脹土的常見病害

(一)沉陷變形

膨脹土初期結構強度較高，施工時不易壓實，路堤建成后，雨水或地面徑流沿裂縫下滲，使膨脹上路基受水浸膨脹軟化后，發生崩解或強度衰減，在車載作用下基床翻漿冒泥，路基下沉，并促使混凝上路面板塊錯臺、斷裂。在上部路面、路基自重與汽車荷載的作用下，路堤易產生不均勻下沉，如伴隨有軟化擠出則可產生很大的沉陷量，不均勻下沉導致路面的平整度下降，嚴重時可使路面變形破壞，甚至屢修屢壞。

(二)縱裂

路基填土達不到規范要求的密實度，后期相對沉降較大，同時路肩暴露于空氣中，對大氣物理作用特別敏感，干濕交替頻繁變化，路肩順路線方向產生縱向開裂而破壞路基。

(三)翻漿冒泥

路基頂部受外部氣候、溫度等作用，多次膨脹變弱，再經水浸泡溶脹，強度驟減，受力后形成水囊，使道床下沉擠入土中泥漿上翻冒出引起軌道變形。雨季路面滲水，土基受水浸并軟化，在行車荷載作用下，形成泥漿，擠入粒料基層，并沿路面裂縫、伸縮縫濺漿冒泥。

(四)坍肩

機械碾壓時，路堤外緣壓不著，路肩部分土體壓實不夠，又處于兩面臨空部位，容易受到風化作用而強度降低。當有雨水滲入時，在上部車輛動荷載作用下，使路基產生滑坍，使路肩錯落而向路中心發展。

(五)溜坍

主要是邊坡壓實不夠，表層風化、吸水過飽和，在重力與透壓力作用下，沿坡面向下產生塑流狀塌移而破壞路堤。溜坍多發生在雨季，與坡度無關。

(六)搓板

搓板是黑色柔性路面最常見的病害之一，除了因瀝青面層材料及行駛車輛推擠作用等因素影響外，對于膨脹土地區道路，由于路幅內路基含水率不均勻變化而引起的不均勻收縮，使路面產生幅度很大的橫向波浪變形，造成車輛行駛時發生劇烈顛簸震動，同時又進一步加劇路面搓板的形成。

三、膨脹土路基施工治理技術

(1)改良法是改變膨脹土的親水性和脹縮性的方法，目前國內普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等進行改良處置，亦可用其中的兩種或三種進行綜合處置。石灰的固化作用是通過離子交換，在相互作用下形成新的礦物而顯現出來的，具體的摻灰率根據膨脹土的具體情況根據試驗確定。另外，國內外也采用一些化學外摻劑如氫氧化鈉、碳酸鈉等。通常在加入外摻劑吼，土的性能可得到較大改善。

(2)封閉法對路堤兩側全部采用漿砌片石、混凝土預制塊封閉，加深邊溝，增設盲溝、滲水溝等措施，封閉法的實質是保持膨脹土中水分不改變，克服膨脹土吸水膨脹、失水收縮，對地表水、地下水均需設置滲水及排水設施，將水引排出路外。

(3)加固法是采用抗滑樁加固。穩定膨脹土填土邊坡方法，以及設計考慮土體膨脹壓力的擋土墻的方法。

(4)換填法是挖除路基施工范圍內的膨脹土，采用工程性質較好的土質填筑的方法。在一定深度以下的膨脹土含水量基本不受外界氣候的影響，該深度稱為臨界深度，該含水量稱之為臨界含水量。由于各地氣候不同，各地膨脹土的臨界深度和臨界含水量也有所不同。換土深度要考慮受地面降水的影響而使土體含水量急劇變化的深度，具體換土深度要根據調查后的臨界深度來確定。換土是膨脹土路基處理方法中最簡單有效的。由于但容易導致膨脹土地區水土流失、生態環境嚴重破壞。

四、結語

膨脹土是一種影響道路建設的特殊土質，在實際工程中其破壞力是巨大的，本文通過分析膨脹土的工程特性，探究膨脹土路基的常見路基病害及成因，提出相應整治措施用以提高膨脹土路基穩定性，以保證膨脹土路基滿足使用要求，為在膨脹土地區修筑公路及鐵路提供參考借鑒。