膨脹土高填方路堤變形控制及邊坡穩定性分析

陳華

摘要 受膨脹土自身屬性影響，在荷載作用下的路堤變形程度較大，為此，進行膨脹土高填方路堤變形控制及邊坡穩定性分析研究。在考慮膨脹土高填方路堤結構構成以及應力情況的基礎上，結合膨脹土路堤與大氣環境之間的濕熱交換對路堤含水率的影響，綜合分析了膨脹土路堤的變形屬性；在路堤變形控制階段，采用水泥攪拌樁對膨潤土高填方工點進行處理，結合膨脹土路堤變形屬性對水泥攪拌樁規格進行差異化設置，輔以鋼塑格柵結構，實現對邊坡穩定性的保障。測試結果表明，不同荷載狀態下，路堤水平方向和垂直方向變形程度均在10.0 mm以內。

關鍵詞 膨脹土；高填方；路堤變形控制；邊坡穩定性；濕熱交換；變形屬性；水泥攪拌樁；鋼塑格柵結構

中圖分類號 TU47文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0079-03

0 引言

膨脹土是一種具有顯著吸水膨脹和失水收縮特性的黏性土，分布廣泛。膨脹土的特殊性質使得其在作為路堤填料時具有很大的不確定性。當膨脹土處于干燥狀態時，其體積收縮、強度增加；而當其吸水時，體積膨脹、強度降低。這種性質的反復變化使得膨脹土路堤在建設和使用過程中面臨巨大的變形壓力和滑坡風險，尤其是在高填方路堤中，由于填筑高度大，土壓力和滑坡力也隨之增大，對路堤的穩定性提出了更高要求。

在開展道路施工建設的過程中，為了能夠最大限度保障工程的質量和穩定性，結合實際的地質構成情況對其進行合理的變形控制措施極為必要[1]。其中，富含強親水性礦物的膨脹土在實際的道路施工建設中較為普遍。在吸水狀態下，膨脹土會發生明顯的膨脹，增加路堤的對外壓力[2]；在失水狀態下，膨脹土又會出現明顯的收縮，對于來自外部的荷載應力能力下降。在上述兩種情況下，都會增加路堤變形的概率，使得邊坡的穩定性受到不同程度的影響，威脅修建于道路周圍的構筑物安全[3]。針對此問題，結合攀西地區某工程實際情況，對膨脹土路堤很容易出現豎向隆起或沉降變形的區域實施有效的控制措施，就成為極為重要的施工環境之一，也是保障最終施工質量的關鍵[4]，無論是在經濟價值方面還是在工程建設方面，都具有重要的實際意義。特別是該工程周邊高填方所用填土均為膨脹土，且具有區別于一般膨脹土的缺點。

為此，該文針對膨脹土高填方路堤變形控制及邊坡穩定性進行了分析研究，并開展了實際應用測試，驗證了設計路堤變形控制技術的應用價值。

1 膨脹土高填方路堤變形控制技術設計

1.1 膨脹土路堤變形屬性分析

實現對膨脹土高填方路堤變形的有效控制，首先需要結合實際情況，對具體的控制強度進行分析。可以簡單地理解為，當膨脹土路堤變形屬性較弱時，可以適當采取較為柔和的控制技術；相反地，當膨脹土路堤變形屬性較強時，可以適當采取更加強硬的控制技術。通過這樣的方式，才能最大限度地有效保障最終采取的路堤變形控制技術能夠實現對邊坡的穩定性。結合上述理論基礎，該文首先開展了對膨脹土高填方路堤變形屬性的分析研究。

對于膨脹土高填方路堤而言，大多是采用分層壓實的方式進行施工。在具體的施工階段，對應的壓實控制含水率，以及初始干密度均為設計階段制定的固定參數，這也為膨脹土高填方路堤變形屬性的分析帶來了極大便利。除此之外，對于膨脹土高填方路堤實際應用階段的應力情況進行綜合分析，也是關系到最終路堤變形屬性分析結果的關鍵。對于各膨脹土填筑層而言，一方面，其受到來自上覆土層自重、上部結構自重的固定荷載作用；另一方面，其也受到來自列車的不固定荷載作用（考慮為靜載）。但是需要注意的是，膨脹土路堤與大氣環境之間的濕熱交換不可避免，由此帶來的最直接影響就是路堤含水率會在一定范圍內發生改變，具體的平衡含水率將在6～8年內逐漸達到。但是受膨脹土自身濕脹特性的影響，在此階段發生膨脹變形是膨脹土路堤發展的必然趨勢。其中，該文關于具體的膨脹率計算方式可以表示為：

式中，εi——第i層膨脹土的膨脹率參數；εm——在無荷載的情況下，對應第i層膨脹土的膨脹率參數；we——第i層膨脹土的平衡含水率；w0——第i層膨脹土的原始含水率參數；Pi——第i層膨脹土受到的上覆壓力強度參數；Pm——第i層膨脹土的恒體積膨脹力參數；G——第i層膨脹土的相對比重參數；ρ0——第i層膨脹土的初始干密度參數；n——擬合參數，為正整數，取值范圍為[1-10]。

按照上述所示的方式，在實現對膨潤土平衡含水率達標過程中，可以分析計算具體的膨脹率，那么對應的膨脹土路堤變形程度的計算方式可以表示為：

Δ=∑εihi （2）

式中，Δ——膨脹土路堤變形量；hi——第i層膨脹土的厚度參數。

借助這樣的方式，對膨脹土路堤變形屬性做出準確分析，可以更好地理解膨脹土的工程性質，為后續的變形控制提供執行基礎。

1.2 膨脹土高填方路堤變形控制

在膨脹土高填方路堤的建設中，對路堤變形的控制至關重要。結合1.1部分對膨脹土路堤變形屬性的分析結果，接下來探討如何有效地控制其變形。該文在開展膨脹土高填方路堤變形控制的過程中，采用水泥攪拌樁對膨潤土高填方工程進行處理[5]。其中，水泥攪拌樁的規格以1.1部分分析得到的膨脹土路堤變形量結果為基礎，具體的設置標準如表1所示：

按照表1所示的方式，實現對水泥攪拌樁規格的合理設置。通過分析表1可知，水泥攪拌樁的規格設置與膨脹土路堤的變形量有關，隨著變形量的增加，樁徑、樁距和樁長都有所變化。隨著變形量的增加，水泥攪拌樁的樁徑逐漸增大，從0.5 m增加到3.0 m；樁距逐漸減小，從1.5 m減小到0.5 m；樁長逐漸增加，從7.0 m增加到8.5 m。為了更好地控制變形，采用更大直徑和更長樁長的水泥攪拌樁，同時減小樁距，這種設置方式可以更好地提高路堤的穩定性。

在對水泥攪拌樁的樁位進行布局時，該文以膨脹土高填方路堤邊坡所在平面為基礎，按照呈現等邊三角形的方式進行布局。其中，具體的布局方式如圖1所示。

在按照圖1所示的方式對水泥攪拌樁進行布局時，需要注意的是，保障樁加固材料的強度能夠達到實際應力條件下的邊坡穩定控制需求，也是最小化邊坡變形問題的關鍵[6]。針對此，該文將42.5級普通硅酸鹽水泥作為具體的施工材料，并在目標路堤底部鋪設鋼塑格柵結構，使其與水泥攪拌樁以組合的形式存在，構成樁-網復合地基結構，最大限度地降低應力條件下受膨脹土自身屬性帶來的變形。在對鋼塑格柵的鋪設標準進行設置時，該文按照沿路堤縱向每3 m通鋪一層的方式開展具體施工。

按照上述所示的方式，實現對膨脹土高填方路堤變形的有效控制，最大限度保障其穩定性，確保在應力狀態下不會出現大幅度的變形。

2 邊坡穩定性分析

2.1 測試環境

在測試該文設計的膨脹土高填方路堤變形控制技術實際應用效果的過程中，以某道路的路基工程為基礎，開展了對比分析。其中，對施工環境的基本概況進行分析發現，對應路基的總施工長度為3.125 km；起始位置的里程信息為K0+000，終點位置的里程信息為K3+162。在此基礎上，考慮膨脹土高填方路堤變形控制的主要影響因素為施工環境的基礎地質情況，因此對其進行了統計分析。其中，侵蝕丘陵地貌單元為擬建道路路基工程場地的主要特征，在沿線周邊范圍，大多為田地、水塘及林地類型的地質。從整體地勢角度對其進行觀察可以發現，其呈現出東低西高的趨勢，對應的地質構造也較為簡單，相關地震活動整體呈現較弱的特點，因此，可以初步判斷施工區段的構造具有相對穩定的屬性。在此基礎上，對擬建場范圍內的特殊性巖土構成情況進行統計，其主要分為雜填土、淤泥、淤泥質粉質黏土、泥質粉砂巖。為了提高雜填土、軟土的承載力，為工程性質提供保障，將膨脹土作為路基填料，對其進行填筑治理。其中，不同地質構成的具體參數信息如表2所示。

以表2所示的數據信息為基礎，分別采用該文設計的路堤變形控制技術，以及文獻3和文獻4提出的路堤變形控制技術開展對比測試。通過分析不同荷載狀態下的變形情況，對該文設計技術的應用效果以及變形控制性能做出客觀評價。

2.2 測試結果與分析

在上述基礎上，對不同控制技術下邊坡的穩定性進行分析時，該文分別在不同測試區段設置了10個監測點，統計不同荷載條件下的位移均值，具體的測試結果如表3所示。

結合表3所示的測試結果，對三種不同變形控制技術的應用效果進行分析可以看出：在文獻3技術和文獻4技術下，當無列車通過時（荷載強度為0），水平方向和垂直方向上的變形情況基本一致，且穩定在較低水平。當常規列車通過時（荷載強度為60.0 kPa），文獻3技術下測試路基水平方向和垂直方向上的變形程度明顯加大，分別達到了14.25 mm和59.64 mm；相比之下，文獻4技術下測試路基水平方向和垂直方向上的變形程度相對較小，分別為10.53 mm和34.71 mm。但是當滿載列車通過時（荷載強度為70.0 kPa），文獻4技術下測試路基水平方向和垂直方向上的變形程度，與常規列車通過時（荷載強度為60.0 kPa）相比，對應的增幅分別達到了5.69 mm和29.38 mm，穩定性明顯較低。在此基礎上，對該文設計的變形控制技術的測試結果進行分析，其中，當無列車通過時（荷載強度為0），對應路基的水平方向和垂直方向變形程度均在1.10 mm以內；當常規列車通過時（荷載強度為60.0 kPa），水平方向和垂直方向變形程度均穩定在6.0 mm以內；當滿載列車通過時（荷載強度為70.0 kPa），水平方向變形程度低于對照組10.0 mm以上，垂直方向變形程度低于對照組55.0 mm以上，表明該文設計的膨脹土高填方路堤變形控制技術能夠有效提高邊坡的穩定性。

3 結束語

由于膨脹土具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，因此在實際應用中，控制其變形和保持邊坡穩定性成為一個技術難題。為了能夠進一步保障道路在荷載條件下的穩定性，最大限度地降低路基的變形程度，該文對膨脹土高填方路堤變形控制及邊坡穩定性進行分析研究，從實際的角度出發，充分考慮了膨脹土的屬性特征以及應力條件下的變形機制，設計了針對性的控制技術，切實實現了提高邊坡穩定性的目的。實驗結果表明，當荷載強度為0時，對應路基的水平方向和垂直方向變形程度均在1.10 mm以內；當荷載強度為60.0 kPa時，水平方向和垂直方向變形程度均穩定在6.0 mm以內；當荷載強度為70.0 kPa時，水平方向變形程度低于對照組10.0 mm以上，垂直方向變形程度低于對照組55.0 mm以上，該文設計的膨脹土高填方路堤變形控制技術能夠有效提高邊坡的穩定性。

參考文獻

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