膨脹土地區公路路基常見病害及改擴建設計研究

摘要 為了保證膨脹土地區路基建設質量，該文總結了膨脹土地區路基常見病害特征，并以G80廣昆高速公路南寧至百色段改擴建項目為例，對既有路基病害展開詳細調查，并制定了注漿處治方案。同時，從填方和挖方基底處理、新舊路基拼接、邊坡設計等方面闡述了膨脹土路基改擴建設計要點，研究成果可為類似項目提供借鑒。

關鍵詞 膨脹土；公路路基；病害特點；改擴建設計；路基拼接

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0085-03

0 引言

膨脹土是我國公路建設期間最常見的特殊巖土之一，廣西地區膨脹土分布十分廣泛。膨脹土礦物組成、化學成分等與普通黏性土有很大區別，其具有明顯吸水膨脹、失水收縮特性。膨脹土地區路基容易出現沉陷、開裂、邊坡垮塌等病害，給行車安全帶來很大威脅。在膨脹土路基設計時，不能盲目照搬其他項目處治方案，尤其是設計難度復雜的公路改擴建工程。因此，深入研究膨脹土地區公路路基常見病害及改擴建設計具有一定的現實意義。

1 膨脹土地區路基病害特點

膨脹土是一種富含親水性黏土礦物非飽和土，具有明顯吸水膨脹（自由膨脹率多大于40%）、失水收縮現象，且浸水后容易崩解、受氣候影響容易風化破壞，土體性質十分不穩定。膨脹土作為公路路基填料時，可按有荷壓力下脹縮總率劃分為四個等級，詳見表1[1]。

對于膨脹土地區公路路基，經常出現路基沉陷、邊坡破壞（滑塌、滑坡等）等病害，主要病害類型如下[2]：

（1）路基沉陷

膨脹土地區多為平原區或盆地區域，地勢平緩，難以找到合格路基填料。此時，一般對膨脹土采用改良法和包芯法處理后用以填筑路基。如果全部采用膨脹土填筑路基，其通車后會因雨水下滲或地下水毛細作用產生較大的變形量，且變形持續時間長，可達十余年。隨著膨脹土變形的不斷累積，路基最終會產生沉陷，影響行車安全。

（2）邊坡破壞

邊坡破壞是膨脹土公路路基最嚴重的病害。比如在膨脹土路塹邊坡的坡腳、土巖分界面、裂隙面、軟弱結構層等位置容易出現邊坡滑塌，此類滑塌具有淺層性、牽引性、結構性、長期潛伏性、成群分布等特性，滑體厚度多在3.0～6.0 m，長度可到百米。另外，如果路基基底膨脹土未處理或處理措施不合理，在公路運營期間雨水會滲入基底，使得基底膨脹土強度降低、膨脹變形擠壓路基。此時，路基易出現滑坡失穩病害，滑動面多呈圓弧形。

2 既有膨脹土路基病害處治

在開展膨脹土路基拼接前，要針對既有路基病害特點選擇合理的處治措施，該文以G80廣昆高速公路南寧至百色段改擴建工程為例闡述其路基病害處治方法。

2.1 工程概況

（1）工程背景

文章研究對象為G80廣昆高速公路南寧至百色段，其由南寧至壇洛高速公路（簡稱“南壇高速”）和壇洛至百色高速公路（簡稱“壇百高速”）兩部分組成。南壇高速于2001年開工建設，2003年建成通車，起訖樁號為K592+980～K608+550，設計速度100 km/h，設計標準為雙向4車道；壇百高速于2005年開工建設，2007年建成通車，起訖樁號為K608+550～K785+200，設計速度100 km/h，設計標準為雙向4車道。

近年來，高速公路沿線的交通量逐年增加，頻繁出現交通擁堵現象，尤其是節假日，使得高速公路的服務水平顯著下降。鑒于此，管理部門擬對G80廣昆高速公路南寧至百色段進行改擴建處理，設計標準采用雙向8車道，整體式路基寬度42 m，分離式路基寬20.75 m。

（2）膨脹土分布

經詳細勘察，該高速公路沿線穿越百色盆地，膨脹土分布廣泛，膨脹土地區的路基單幅長度為88 229 m，占

路基總長（189.29 km）的23.3%，膨脹土以弱～中等膨脹為主，局部發育強膨脹土，具體占比見圖1。

結合當地經驗，高速公路沿線的濕度系數經驗值取0.67，膨脹土的大氣影響深度為6.0～8.0 m，而大氣急劇影響深度為大氣影響深度的0.45倍，即2.7～3.6 m。為了保證路基安全，強膨脹土大氣影響急劇層深度按3.6 m控制。

2.2 路基病害檢測結果

為降低膨脹土對原有路基的影響，需查明膨脹土地區路基路段存在的病害。因此，該項目用探地雷達抽選第2標段和第3標段路面病害嚴重路段開展病害調查（布設1條測線），檢測結果表明：

第2標段路基病害以不密實、脫空等為主，主要集中在K702+682～K715+953、K725+016～K725+580路段，病害路段長度為8 432 m，下行車道路基病害長度明顯大于上行車道（上行車道長度為3 213 m，下行車道長度為5 219 m）。

第3標段路基病害以不密實為主，主要集中在K760+020～K760+843、K765+955～K766+428、K772+635～K780+967路段，病害路段長度為5 027 m，上行車道路基病害長度大于下行車道（上行車道長度為2 542 m，下行車道長度為2 485 m）。結合公路歷史養護資料，K772+000～K784+000病害路段曾在2018年和2019年因路基下沉進行過路基注漿加固，該檢測在K772+635～K780+967路段又發現路基存在多處不密實，說明該路段病害頻發，在處置方案時應重點考慮該路段。

2.3 路基病害注漿處治

（1）注漿方案

由上文可知，沿線膨脹土路基病害以不密實、脫空等為主，可采用淺層注漿法進行加固，具體方案如下：①布置方式：路基注漿孔布置形式采用“三角形”，孔中心間距取2.5 m，見圖2；②注漿材料：采用水泥漿注漿，其中水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比宜控制在0.5∶1～1∶1，并添加1.0%～5.0%的水玻璃；③注漿壓實：宜通過現場注漿試驗確定，一般在0.1～0.5 MPa；④停止注漿標準：當出現路堤坡面漏漿、冒漿、路面有抬升現象并持續約5 min、外排注漿孔達到設計注漿量的120%、注漿流量明顯減小（小于初始流量的30%）等現象時，可停止注漿。

（2）注漿量計算

由于膨脹土病害區域采用滲入式注漿，可按照《膨脹土地區公路勘察設計規程》（DB45/T 1829—2018）附錄A的球形擴散理論公式計算注漿擴散半徑，見公式（1）[3]。

式中，r1——漿液擴散半徑（m）；K——土體滲透系數（cm/s）；h1——灌漿壓力（MPa）；r0——灌漿管半徑（cm）；t——灌漿時間（s）；β——黏度比；n——土體孔隙比。

隨后，根據r1計算出注漿范圍內土體體積，再結合土體孔隙比n、水灰比計算出灌注漿液體積和水泥用量。

3 膨脹土地區路基改擴建設計要點分析

3.1 膨脹土基底處理

如果擴建公路的基底是膨脹土，需采用換填、土性改良等方法進行處理。一般情況下，土性改良是通過摻入石灰或水泥來提高土體的強度和承載力。但土性改良法施工控制難度大，會導致土體性能不均勻，難以達到預期效果。同時，石灰和水泥在生產、拌和期間會產生大量的二氧化碳（CO2），污染空氣，破壞周邊生態環境。經對比，建議該項目的膨脹土基底采用換填法進行處理[4]。

（1）填方路段基底處理

基底為弱或中等膨脹土時，對基底1.5 m范圍內的膨脹土進行挖除，并對開挖后的基槽底進行補壓，以消除微裂隙。同時，在補壓后的基槽底面鋪設一層復合土工膜進行封水。復合土工膜要鋪設至征地界樁位置，并對其施加一定預應力，并用錨釘錨固。在復合土工膜的搭接部位和錨固部位，還應涂抹一層熱瀝青防滲。復合土工膜鋪設完成后，再分層回填、壓實合格填料，確保各層填料的壓實度滿足《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）要求。

基底為強膨脹土時，其處理方法與上述類似，主要區別在于基底開挖深度的不同，強膨脹土的開挖深度要超出大氣急劇影響深度。

在實際處理時，還應注意以下幾點：①地形受限時，可增設擋墻。擋墻基礎埋深要大于大氣影響急劇層深度，并在擋墻基礎下方設置鋼管樁；②基底膨脹土因積水軟化成軟（弱）土時，應按軟（弱）土地基制定處理方案；③填方護坡道及排水溝外側采用厚10 cm的C20混凝土進行封閉，以防止地表水浸入下層膨脹土地基。

（2）挖方路段基底處理

挖方路床為弱或中等膨脹土時，應對路床范圍內進行超挖處治，并對基槽底進行補強壓實消除微裂隙，碾壓完成后鋪設復合土工膜；挖方路床為強膨脹土時，其超挖范圍應取路床頂至大氣影響急劇層層底或路床底部（以二者底深更大者控制），其他同上，如圖3所示。

另外，挖方路塹的邊溝底應設置排水滲溝以排泄地下水，且滲溝基底應低于路床底以下不小于0.5m，防止地下水滲入路床。

3.2 膨脹土新舊路基拼接

由于老路邊坡經過雨水侵蝕、風化等作用，表面松散，在拼寬路基前要沿著老路邊坡法向清坡，清坡厚度取30 cm，并按1∶0.5削坡。為了增加新舊路基之間的整體性，要從下往上開挖臺階（臺階寬度不小于1.0 m），每開挖一級臺階及時填筑一級，嚴禁將臺階全部開挖后再填筑路基。同時，還需在基底、路床上臺階底部、路床下臺階中部各鋪設一層土工格柵；路堤部分采用土工格柵加筋反包處理，如圖3所示。

3.3 膨脹土邊坡設計

結合當地經驗，膨脹土邊坡設計應遵循“緩邊坡、寬平臺、固坡腳”的基本原則，邊坡分級高度不大于80 m，邊坡平臺寬度不小于2.0 m，邊坡坡率取1∶1.25～1∶3，且不得陡于老路邊坡。同時，邊坡坡面的防護方案應結合膨脹土特性、邊坡高度等確定，防護方案見表2[5]。

4 結論

該文總結了膨脹土路基常見病害，以G80廣昆高速公路南寧至百色段改擴建工程為例，分析了其設計要點，主要結論如下：

（1）膨脹土路基具有明顯的吸水膨脹、失水收縮特點，在運營期間容易出現路基沉陷、邊坡破壞等病害。

膨脹土路基沉陷可采用注漿法加固，注漿孔可按三角形布置，間距2.5 m，且注漿體積可利用球形擴散理論計算。

（2）改擴建公路路基基底是膨脹土時，宜優先采用換填法處理，并在基槽底面鋪設一層復合土工膜進行封水。

（4）膨脹土新舊路基的拼接可采用開挖臺階、鋪土工格柵、反包土工格柵等措施。同時，路基邊坡應結合膨脹土特性、邊坡高度等確定防護措施。

參考文獻

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[2]王雨威，胡艷麗，張銳.高速公路改擴建膨脹土路堤處置方法研究[J].中外公路， 2024（1）：1-8.

[3]江二中，盤柱，莫鵬.膨脹土填方路基邊坡滑坡成因分析及治理方案研究[J].西部交通科技， 2023（6）：82-85.

[4]劉華超.淺談膨脹土對公路路基沉降和邊坡穩定性的影響[J].交通科技與管理， 2023（9）：138-140.

[5]狄恩州.濟寧環湖膨脹土筑堤道路拓寬加固處治及無損檢測技術研究[D].山東交通學院， 2022.

收稿日期：2024-08-19

作者簡介：任翔宇（1991—），男，碩士，工程師，從事高速公路設計工作。