公路路基路面設(shè)計中膨脹土的處理方法

李家定

摘要：膨脹土以水基礦物質(zhì)為主，粘土成分強(qiáng)，膨脹收縮顯著。近年來，隨著我國公路、橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，路基處理過程中膨脹土問題增多，給工程建設(shè)造成了巨大損失。為了長期保證路基的穩(wěn)定性和路面的平整度，達(dá)到安全舒適行車的目的，必須解決膨脹土引起的一系列工程問題。在工程地質(zhì)勘察中，需要準(zhǔn)確識別膨脹土和非膨脹土，準(zhǔn)確判斷膨脹土的膨脹和收縮程度，有利于合理的路基設(shè)計和地基處理，以確保路基的安全。膨脹土是一種特殊性巖土，影響道路等結(jié)構(gòu)的建設(shè)，在實際工程中，其破壞力是巨大的。本文結(jié)合膨脹土的特性要求和適用范圍，探討了實際工程中的處理方法。

關(guān)鍵詞：公路路基;膨脹土;技術(shù)處理

引言

膨脹土是一種具有較高膨脹性和收縮性的粘性土，其成分通常為親水性較強(qiáng)的伊利石、蒙脫石等粘土礦物。由于它同時具有很強(qiáng)的吸水膨脹和失水收縮的性能，用作筑路土，當(dāng)環(huán)境濕度條件變化時，體積變化很大，進(jìn)而影響工程質(zhì)量。因此，如果判斷為膨脹土，就要考慮其膨脹、收縮特性對道路和建筑的不利影響，設(shè)計與施工時應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施，減少對施工質(zhì)量的影響。

一、 膨脹土的特性及引起其性質(zhì)變化的因素

可膨脹土在半固態(tài)時具有很高的干強(qiáng)度，表面干燥堅硬，內(nèi)部含水量大，反復(fù)濕脹收縮變形，性質(zhì)極不穩(wěn)定，不易破碎和壓實。根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，其工程性質(zhì)主要表現(xiàn)為脹縮性、崩解性、風(fēng)化性、多裂隙性以及強(qiáng)度衰減性等。脹縮性是指其吸水膨脹失水收縮的性質(zhì)，在膨脹過程中，如果受阻就會生成膨脹力;崩解性是指土質(zhì)浸水后膨脹至崩解的性質(zhì);由于膨脹土易受氣候條件影響，常發(fā)生風(fēng)化導(dǎo)致的破壞，因此具有風(fēng)化性;多裂隙性是一種會破壞土質(zhì)完整程度的性質(zhì)，土層可能分裂成為若干土塊，每個土塊的幾何形狀基本一致;強(qiáng)度衰減性則是指膨脹土的抗剪強(qiáng)度在半固體時可達(dá)很高的峰值，但由于其表現(xiàn)為典型的變動強(qiáng)度，一旦浸水，強(qiáng)度就會急劇下降，膨脹土理化試驗分析表明，引起性質(zhì)變化的條件主要有以下幾個方面： （1） 含水量和干容重。膨脹土的體積大小變化和含水量直接相關(guān)，干容重是無水土的容重，是膨脹土的另一個重要指標(biāo)。施工過程中或施工完成后路基粘土含水量的微小變化（數(shù)值變化1%-2%）立即在水平和垂直方向迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致路基病害的發(fā)生。 （2） 膨脹潛勢和膨脹力。溶脹性是指在獲得最高含水量土壤的最大干容重后，將試樣浸入水中并施加一定的附加載荷后，在實驗室中測得的溶脹率。這個百分比可以用來預(yù)測土壤膨脹的最大潛力，膨脹的大小通常與含水量、輸送方式和浸沒時間有關(guān)，因此應(yīng)注意土壤膨脹的變化。膨脹力是在最大膨脹后將特定土壤體積恢復(fù)到其原始體積所需的負(fù)載壓力常數(shù)，是衡量土壤膨脹特性的指標(biāo)。

二、膨脹土的主要特征

2.1 強(qiáng)脹冷縮

膨脹土具有吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性，一般強(qiáng)度高，壓縮性低，容易被誤認(rèn)為是較好的地基土。

2.2 有一段明顯的強(qiáng)度衰減時期

膨脹土的抗剪強(qiáng)度是典型的變強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度極高，殘余強(qiáng)度極低。由于膨脹地基的超固結(jié)作用，初始強(qiáng)度很高，地基發(fā)生膨脹和收縮，隨著風(fēng)化時間的增加，抗剪強(qiáng)度大大減弱。強(qiáng)度衰減的幅度和速率與土壤的物質(zhì)組成、土壤的結(jié)構(gòu)和狀況以及風(fēng)化作用的強(qiáng)度，特別是膨脹和收縮作用的強(qiáng)度有關(guān)。

2.3 許多破碎的結(jié)構(gòu)

膨脹土中的裂縫可分為三種類型：垂直裂縫、水平裂縫和傾斜裂縫。這些裂縫將土層分成具有特定幾何形狀的塊，例如棱柱塊和短柱，從而破壞了土壤的完整性。加長路基邊坡的斷裂多與地層裂縫有關(guān)，滑動面的形成主要受裂縫弱結(jié)構(gòu)面的控制。

2.4 膨脹土的風(fēng)化特性

大面積土壤受氣候因素影響，易受風(fēng)化破壞。因此，根據(jù)風(fēng)化程度，一般分為強(qiáng)、中、弱三層。強(qiáng)風(fēng)化層，位于地表或邊坡表層，受大氣作用與生物作用強(qiáng)烈，干濕效應(yīng)顯著，土體碎裂多呈砂礫與細(xì)小鱗片狀，結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)完全喪失，厚度1.0～1.5m;弱風(fēng)化層，位于地表淺層，大氣與生物作用有所減弱，但仍較強(qiáng)烈，干濕效應(yīng)也較明顯，土體割裂多呈碎塊狀，結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)大部分喪失，厚度約1.0～1.5m;微風(fēng)化層，位于弱風(fēng)化層下，大氣與生物作用已明顯減弱，干濕效應(yīng)亦不顯著，土體基本保持有規(guī)則的原始結(jié)構(gòu)形體，多呈棱塊狀、短柱狀等塊體，結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)僅部分喪失，厚度為1.0m左右。

三、公路路基膨脹土的施工及處理

3.1 土壤變化

在廣泛的路基處理方法中，換土是最簡單、最有效的方法。換土顧名思義就是將可膨脹土開挖，并用碎石土代替，換土深度由可膨脹土的強(qiáng)度和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c決定。一定深度以下的可膨脹土的含水量基本不受外界氣候的影響，該深度稱為臨界深度，含水量稱為該地區(qū)可膨脹土的臨界含水量。由于各地氣候不同，膨脹土的臨界深度和臨界含水量因地而異。換土深度應(yīng)考慮土壤水分因地面降水而迅速變化的深度，基本為1-2m，即高膨脹土為2m，弱膨脹土為1-1.5m。需要特定的土壤置換深度，并由調(diào)查后的臨界深度確定。

3.2 濕度控制

濕度控制方法包括預(yù)濕和保持穩(wěn)定的水分含量。施工時需要采取一定的措施，控制膨脹土含水量變化引起的脹縮變形，盡量減少外界大氣對路基含水量的影響。例如，土工布或粘土用于包裹膨脹土路基，以避免膨脹土與外部大氣直接接觸，并最大限度地減少膨脹土內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移。膨脹土預(yù)潤濕在水利工程建設(shè)中常用于用水潤濕下伏土壤或覆蓋不可膨脹土，以達(dá)到膨脹土中的水分平衡。

3.3 變形處理

化學(xué)固化是利用石灰、水泥或其他固化材料，通過與可膨脹土的物理化學(xué)作用對可膨脹土進(jìn)行改性，達(dá)到降低可膨脹土的膨脹性，提高其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的目的。具體來說：石灰的硬化作用是由于鹽堿的交換、二次碳酸鈣的結(jié)合、粘土顆粒與石灰的相互作用，形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物。由于水合物與鈣鹽和鋁顆粒之間的結(jié)合，水泥逐漸脫水，新礦物的結(jié)晶降低了膨脹土的液限，增加了膨脹土的塑限和剪切強(qiáng)度。石灰和水泥的優(yōu)點是，除了消除土體的膨脹和收縮外，還具有增強(qiáng)吸水、增加土體密度和形成微加固結(jié)構(gòu)，增加土體強(qiáng)度的作用。過去在處理膨脹土方面有很多成功的案例，這種處理方法的成敗在很大程度上取決于固體材料的技術(shù)指標(biāo)和施工工藝。施工時，要綜合考慮各種方法，因地制宜，可以多種方法綜合使用。

3.4 大面積土坡的穩(wěn)健保護(hù)

膨脹土開挖邊坡的傳統(tǒng)處理方案是采用全封閉的固體保護(hù)，防止非飽和土吸收降水，主要方法有砂漿和砌筑路面的防治、混凝土六角塊路面的保護(hù)、土釘墻加強(qiáng)邊坡、防滑樁、重力式擋土墻等。此類方法應(yīng)避免在雨季施工，路基開挖后，各工序應(yīng)緊密銜接，連續(xù)施工，防止雨水滲入的時間過長，剛性保護(hù)并不能解決膨脹土在大氣風(fēng)化深度范圍內(nèi)的脹縮問題，耐久性較差。

結(jié)語

綜上所述，本文對路基膨脹土的設(shè)計及處理方法進(jìn)行了分析，道路建設(shè)對整個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義，擴(kuò)大道路工程建設(shè)可以進(jìn)一步發(fā)展我國的交通運輸業(yè)。道路路基的實際施工，不可避免地受到不良土壤的影響，從而惡化了道路路基的施工質(zhì)量。本文首先分析了膨脹土的特性及引起其性質(zhì)變化的因素，然后介紹了膨脹土路基施工的特征。加強(qiáng)對膨脹土的研究，加強(qiáng)對膨脹土的認(rèn)識，需要在按照施工規(guī)范進(jìn)行施工的同時合理應(yīng)用新的施工理論。在路基上進(jìn)行分析，以定制更好的發(fā)展策略。因此，作為道路建設(shè)者和設(shè)計者，有必要充分認(rèn)識路基廣闊土壤的特點，以保證我國道路建設(shè)穩(wěn)定性的提高，促進(jìn)我國路基建設(shè)水平的提高。

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