試論公路工程中膨脹土試驗及其處理策略

諸葛紅玲

摘要：眾所周知，在公路工程建設中，膨脹土是一種常見的土壤結構，由于其具有吸水膨脹、失水收縮的可變性，常常對公路路基的穩定性造成嚴重的影響，因此，為了保證公路路基的穩定以及路面平整度，確保行車安全舒適的體驗，加強膨脹土的處理顯得尤為重要。基于此，本文主要對公路工程中膨脹土的判別試驗及其處理策略進行探討。

關鍵詞：公路工程;膨脹土;處理策略

1 膨脹土的特點及其對公路工程的影響

膨脹土是公路建設中常見的一種土壤結構，其主要由粘土中的親水性物質組成的一種富含親水礦物的高塑性粘土，隨著其含水量的增加或減少，其體積會有明顯的脹縮變形，因此，具有吸水膨脹、失水收縮、反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂縫發育等特點，非常不穩定。膨脹土有三個主要特征，分別是多裂隙性，超固緊性和濕脹干縮性，由土的自由膨脹率工程地質等綜合判定的。它是由土壤自由膨脹率的工程地質學決定的。在公路工程中，膨脹土由于吸水收縮而易于變形。如果在路基施工中使用，不利于路基的穩定，嚴重時會對路基造成不可彌補的損壞。同時，膨脹土在公路建設中具有很大的阻水作用。由于膨脹土的堵塞作用，施工不能及時完成，造成資源浪費。吸水、膨脹、失水、收縮都會導致路基開裂，影響駕駛員的行車安全和國家稅收。為了保證路基的穩定性，確保行車的安全性和舒適性，施工前應采用正確的方法對膨脹土進行判斷。另外，如果能夠準確了解膨脹土的性質和變化，就可以了解地基的變形趨勢，從而采取有效的處理措施。

1.1 強度特性

膨脹土的強度特性十分特殊，在不同條件下具有不同的性能。一般來說，膨脹土具有很強的基坑剪切特性，但當膨脹土失去穩定性時，抗剪強度就會變得很低。這一特性引起了許多專家學者的爭論，最終得到了飽和土和非飽和土的強度理論。

1.2、吸水膨脹、失水收縮的特性

由于膨脹土是由多種吸水礦物組成，因此具有吸水性。膨脹土吸水后強度會減弱。膨脹土的強度隨著失水而增加。因此，膨脹土在吸水和失水過程中的變形導致了公路的破壞。

2 膨脹土判別試驗一一標準吸濕含水率的試驗

2.1 標準吸濕含水率試驗概念

所謂標準吸濕含水量，主要是指在標準相對濕度和溫度條件下，土樣在恒重后的含水量，能夠反映出標準條件下挖掘土樣的最大持水量。在標準吸濕性試驗中，膨脹土樣品經處理后放入含有溴化鈉溶液的容器中。在一定溫度下，溶液能夠準確測定干燥室中水蒸氣的分壓，然后放入恒溫實驗室稱重。

2.2 試驗原理

2.2.1 BET方程

目前，bet方程在不同的土壤類型中得到廣泛應用。在bet中，假設土壤顆粒表面的第一層有氣體分子吸附，其能量大于第二層和第三層。

在氣體吸附的第一層中，其能量具有一定的固相特性，隨后的吸附熱與其自身的液相具有相應的特性。根據動力學原理，應用該理論研究了兩個假設：一是在吸附平衡條件下暴露的氣體分子在第n分子層上的吸附速度，另一是暴露氣體分子在第n分子層上的吸附速度，它與n+1分子層的逃逸速度一致，吸附熱等于除第一層分子以外所有層的氣體液化熱。在測定不同壓力下吸附氣體的體積后，應用bet公式計算出每克土壤上方形成分子層所需的氣體量，然后根據氣體分子的大小計算出土壤的表面積。另一種方法是極性有機分子吸附法，即將第一極性有機分子以單分子層或雙分子層的形式吸附在土壤顆粒表面，根據吸附的重量和有機分子的大小計算土壤的總表面積。

2.2.2 土粒表面水

在蛭石材料中，許多含水無機陽離子具有相對穩定的層間距，鎂離子是一個特例。層間距產生轉變的溫度和濕度是陽離子的函數，這在所有的擴展硅層中都可以看到，陽離子飽和度和陽離子之間的轉變通常發生在相同的濕度下，從1.2nm到1.5nm，在相同的相對濕度中，被替代的蛭石層間距會發生變化，但被替代的蛭石層間距不會發生變化。鈉晶層即具有部分近似或者近似情況發生，而晶層間距同含水量間也不存在對應關系，即在1.2nm以上以及1.5nm以上這兩個階段，其具有較為穩定的含水量，且形成具有連續特征的系列。

2.3 試驗目的

《公路土工試驗規程》JTGE40-2007中，闡述了對兩種檢測土壤含水量的方法，一種是恒溫恒濕箱法，另一種是干燥缸法，其中，恒溫恒濕箱法可以準確地控制溫度和濕度，但需要為實驗室重新配置一個新的恒溫恒濕箱，這不僅增加了實驗室的造價，而且也增加了實驗室的建設成本;而干燥缸法法可以準確地控制濕度，但為了控制溫度，需要在室內安裝兩臺空調以保證溫度。不過，由于這兩種檢測方法都需要較大造價成本，因此，為節約成本，提高檢測方法的適應性。

3 結合實例分析處理策略

在我司承建的某一公路項目施工中，遇到了部分土質為膨脹土的施工段，由于該試驗室在建設之初未考慮膨脹土的相關試驗，為了節約成本，通過對試驗方法、試驗裝置的具體研究，在不增加設備和增蓋試驗室用房的前提下，利用現有儀器（水泥試驗用恒溫恒濕養護箱），完成了膨脹土辨別工作，為后續工程建設提供指導，具有積極的研究意義。一般來說，膨脹土地基常用的處理方法有五種：

3.1 采用非膨脹性材料/灰土做換土，根據變形計算結果控制換土厚度。采用砂、碎石處理平坦場地上I、I級膨脹土地基，墊層寬于基底寬度，厚度至少為300mm，同樣采用與墊層相同的材料填筑基底兩側，并做好基底防水。換土后，基底承載力會大大提升，能夠徹底改善地基土性質，并且能縮短工期。

3.2 改良土質

石灰能夠改善膨脹土的性質，在膨脹土中加入生石灰可以改變土的性質，達到預期的效果。因此，在膨脹土中加入石灰可以改變膨脹土的膨脹力、強度、水穩定性和結構緊實度。不過，該方法的缺點是設備和工藝要求高，設備成本高，在市場上推廣應用存在難度。

3.3 土工格柵加筋法

土工格柵加筋法也是一種重要的物理處理方法，它充分利用了土工格柵的抗拉強度、土與土工格柵之間的相互作用和摩擦力。一方面，在土體中加入格柵網后，土體由于含水量的增加而均勻進入邊坡，使土體膨脹松散，提高了路基表層土體的整體性和抗剪強度，從而保證了路基表層土體在雨季飽和后不會大幅度減少，重量過重而不穩定;。另一方面，通過吸收干縮引起的某些土體的收縮應力，抑制了膨脹土開裂的寬度和深度，同時也防止了膨脹土的嚴重開裂，土工格柵加筋法可以看作是封閉覆蓋法的一個特例。土工格柵與邊坡膨脹土相互作用形成一種特殊的土工格柵與邊坡膨脹土的混合物，可以封閉和覆蓋路堤核心部位的膨脹土。

3.4 優化提高公路路表排水系統

公路作為戶外設施，常年受到風吹日曬雨淋，而膨脹土的特性是由膨脹土的吸水性造成的，容易損壞公路路基，因此，做好公路排水系統非常重要，通常，可以根據公路的實際情況，在公路路堤邊坡設計路肩排水溝，防止雨水滲入道路。同時可以能夠及時清除道路上的雨水，以防止車輛在雨中打滑，造成交通意外，通過各種排水設施加強排水能力，保障司機和乘客的安全。

4 結語

總之，隨著我國經濟建設步伐的加快，公路工程建設質量逐漸受到了社會各界的高度關注，在公路工程中路基施工是重要的基礎工作，只有打好基礎才是保證安全的關鍵所在。而膨脹土作為一種特殊性質的土壤，是公路工程建設的一個技術難題，因此，一定要做好膨脹土的路基，確保公路工程的質量安全性，同時還需要公路工程在膨脹土路基這塊做好防護和應急措施，以及其相關控制技術，以高標準、嚴要求進行施工，確保路基的質量安全。

參考文獻：

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