蔡偉紅

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

1 膨脹土的工程特性

（1）脹縮性

一般膨脹土在吸水之后體積會(huì)迅速膨脹，影響路面，而一旦失水，則體積就會(huì)應(yīng)聲收縮，引發(fā)土體的干裂現(xiàn)象，造成路面下沉。膨脹土與黏土存在著脹縮性上的差異，過多的干縮濕脹容易影響到土的有效凝聚力，大大減弱土體強(qiáng)度。

（2）多裂隙性

在膨脹土中，一般有垂直、水平以及斜交裂隙這幾種，藉此將土體層分成如菱塊狀、短柱狀的帶有幾何形狀的一些塊體，對土體的完整性造成影響。膨脹土造成對路基邊坡的破壞一般也是與土中裂隙相關(guān)，并且滑動(dòng)面也主要是受到裂隙的軟弱結(jié)構(gòu)面的控制。通常存在的一些對其裂隙性的闡述：首先是將產(chǎn)生裂隙的原因歸結(jié)于其脹縮的特性，加上反復(fù)膨、縮，周期上的變化，造成土體的結(jié)構(gòu)日見松散化，而這些結(jié)構(gòu)的松散特點(diǎn)又讓雨水得以進(jìn)入，再次引發(fā)脹縮現(xiàn)象。此外還有觀點(diǎn)認(rèn)為，裂隙性造成的應(yīng)力集中以及吸力下降或?qū)е峦翆拥能浕?，從而對土體造成嚴(yán)重破壞。

（3）遇水崩解性

在浸水后，一般膨脹土的體積就會(huì)迅速膨脹，如不存在側(cè)限，就很有可能會(huì)產(chǎn)生吸水濕化現(xiàn)象。不同的膨脹土所具有的崩解性也有區(qū)別：強(qiáng)膨脹土一般在親水之后，短短幾分鐘之內(nèi)就會(huì)完全崩解；弱膨脹土在浸水之后要完成崩解需要較長的一段時(shí)間，而且崩解還不完全。

（4）超固結(jié)性

膨脹土一般都會(huì)帶有很強(qiáng)的超固結(jié)性，天然的空隙小，其初始結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度比較高，在路基挖開之后就會(huì)產(chǎn)生土體的超固結(jié)力釋放現(xiàn)象，隨即邊坡以及路面就會(huì)產(chǎn)生膨脹的現(xiàn)象，目前這一現(xiàn)象被視為是造成邊坡漸進(jìn)性出現(xiàn)破壞的關(guān)鍵原因。

2 破壞特點(diǎn)與常用防治措施

2.1 破壞特點(diǎn)

（1）集中性：裂縫以及路基的下沉等經(jīng)常是成群、成片產(chǎn)生和分布的，破壞的情況比起其他的土壤也更為嚴(yán)重。

（2）方向性：路基的邊坡由于日照的作用，其干濕循環(huán)效應(yīng)突出，因此也常常會(huì)發(fā)生邊坡滑坡現(xiàn)象。

（3）季節(jié)性：膨脹土的路基病害經(jīng)常出現(xiàn)在多雨的季節(jié)，尤其是大旱之后的大雨期。

（4）持續(xù)反復(fù)性：膨脹土的路基多數(shù)帶有持續(xù)、反復(fù)性特點(diǎn),只有多次整治之后才會(huì)穩(wěn)定有效。

2.2 常用防治措施

考慮到膨脹土帶來的危害性，當(dāng)前針對膨脹土的防治以及施工的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了不少研究及實(shí)踐，以下介紹幾種通常的防治措施。

2.2.1 膨脹土改良

對路基的填料進(jìn)行改性處理，也就是摻石灰改良,借助離子交換，次生碳酸鈣膠結(jié)性、黏土顆粒以及石灰之間的作用產(chǎn)生新含水硅酸鈣、硅酸。

2.2.2 保濕防滲

考慮到膨脹土路基常常帶有顯著的吸水膨脹以及失水收縮的特性，所以，應(yīng)當(dāng)著重考慮對路基邊坡以及路肩的土體使用保濕防滲的方式,避免土體出現(xiàn)干縮濕脹及表層風(fēng)化，削弱抗剪強(qiáng)度。

（1）封閉路基坡面或路肩。借助二灰土或三合土進(jìn)行封閉,厚度至少15 cm,也可以使用土工合成材料，但外部要有0.5 cm的黏土。此種方法操作簡單，效果很好，成本也低，當(dāng)然也可以用厚度0.25～0.30 m的漿砌片石封面，但這種方法的造價(jià)比較高。

a.在路基以及邊坡上及時(shí)噴瀝青膜，如有必要可以延伸，位置可超出邊坡特定高度。

b.借助垂直合成纖維完成水流阻截。

c.借助非膨脹土對堤身包蓋，厚度控制在1 m以上。

d.坡面封閉。借助3m×3m的石砌棱形骨架，尺寸控制0.35m×0.35m,中間使用二灰土進(jìn)行封閉，厚度至少15 cm,當(dāng)然，也可以在格內(nèi)鋪上草皮。

（2）擋土墻的防護(hù)

對于挖方路塹段，為避免坡腳處產(chǎn)生太大的剪應(yīng)力，造成塑性破壞，可以把擋土墻制作成為斜墻體形式，將其與排水溝連接，在避免路面水滲入墻底造成路基軟化的同時(shí)，強(qiáng)化擋土墻的承載能力，增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性；此外還應(yīng)當(dāng)對路基土進(jìn)行保護(hù)，避免由于雨水漫入造成膨脹。

（3）土釘錨桿護(hù)坡

土釘錨桿護(hù)坡依托土釘為核心的受力構(gòu)件，是一種邊坡圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)，廣泛應(yīng)用在基坑的圍護(hù)工程當(dāng)中。將土釘錨桿以及坡面的筋網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)結(jié)合，對坡面進(jìn)行框箍，既能夠抵制土體產(chǎn)生的膨脹力，避免濕脹變形，控制坡面土的含水率以及干重度，又能夠起補(bǔ)償效果，即便是反復(fù)干縮濕脹影響到土體的抗剪強(qiáng)度，但是借助土釘錨桿也能夠有效加大坡面筋架對坡面的預(yù)應(yīng)力，保持邊坡的穩(wěn)定?？紤]到此類護(hù)坡技術(shù)具備較高的施工難度，并且成本過高，因此建議對那些膨賬潛勢較強(qiáng)的路基邊坡可以使用此法。

2.2.3 加固路基

（1）建造抗滑樁

對于那些有著不良的工程及水文地質(zhì)的路段，為避免產(chǎn)生危害性較強(qiáng)的滑坡事故，建議在路基的兩側(cè)使用單排或雙排預(yù)制樁，并及時(shí)于樁體之間加設(shè)冠梁，進(jìn)行橫向的支撐等多種措施，強(qiáng)化路基的整體性以及抗滑穩(wěn)定性，增強(qiáng)支撐效果。

（2）建造重力式的擋土墻

大量的工程實(shí)踐已經(jīng)證明，膨脹土擋土墻的破壞模式經(jīng)常會(huì)在墻體的上部被剪斷。這主要是由于膨脹土的路基擋土墻受力特點(diǎn)所影響的，一個(gè)是擋土墻必須承受一般土的壓力，此外還要承受土體膨脹的壓力，它的作用范圍處于墻體的中、上部，也就是在墻背填土含水率產(chǎn)生變化的范圍內(nèi)，即沿墻高的2 m處即可。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

公路長為2.871 85 km，設(shè)計(jì)路寬為8.50 m，按二級公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)修建。擬建項(xiàng)目位于昆明市兔耳關(guān)附近，地貌上屬侵蝕溶蝕中山區(qū)，相對高差一般小于50 m，總體場地起伏大，并見幾個(gè)落水洞。擬建項(xiàng)目地面高程介于2 070.52～2 144.56 m之間，相對最大高差74.04 m，地形起伏較大，地面坡度一般20°～40°。

3.2 膨脹土路基填筑采用的處理措施

K0+024～K0+147路段挖方路塹位于擬建公路前段，中線最大挖方深度約9.00 m，施工后將在左側(cè)形成高約8.5 m、右側(cè)形成高約5 m的人工邊坡。根據(jù)鉆孔揭露，挖方路塹段上覆黏土②層，揭露厚度4.80～8.00 m，下部為黏土③層，揭露厚度7.80～9.10 m，無地下水，工程地質(zhì)條件一般。邊坡高度大于6 m，建議坡比按1∶1.50～1∶2.00選用，頂部設(shè)置截（排）水溝，下部設(shè)置擋土墻，擋墻基礎(chǔ)可置于③層，基礎(chǔ)宜適當(dāng)加寬加深，擋墻高度宜高于③層頂標(biāo)高。由于上覆黏土②層具土疏松現(xiàn)象，應(yīng)采取框梁加植物護(hù)坡方式進(jìn)行坡面防護(hù)，邊坡開挖后應(yīng)及時(shí)防護(hù)封閉。

K0+024～K0+147為該公路中一路段，且其位于擬建公路起點(diǎn)，中線最大填方高度約9.00 m。根據(jù)鉆孔揭露，該路段表層為厚0.60～1.90 m的填土①層，為軟弱土，分布不連續(xù)；下部為黏土②、黏土④層及基巖灰?guī)r⑤1、灰?guī)r⑤2層。無地下水，軟弱土層對路基穩(wěn)定影響較大，填方施工后可能會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降等現(xiàn)象，建議對該層進(jìn)行清除處理，加強(qiáng)排水設(shè)計(jì)，采取適當(dāng)?shù)幕靥畈牧?，?∶1.50的坡比分層回填壓實(shí)，兩側(cè)加強(qiáng)支擋設(shè)計(jì)，可采用擋墻方式。選用黏土②、黏土④層為基礎(chǔ)持力層，基礎(chǔ)應(yīng)擴(kuò)大加深。

基于以上已經(jīng)了解到的基本情況，提出強(qiáng)膨脹土無法用來進(jìn)行路基填筑，使用弱性膨脹土填料的時(shí)候應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改性，也就是摻加一些外加劑的改良膨脹土。這是借助于膨脹土中加入一定的石灰、水泥或者其它的固化材料，借助固料以及膨脹土黏土礦物中的豢脫石、伊利石以及高嶺土作用，降低脹縮性，將其胺縮總率壓縮至零，從而改變膨脹土。對路基的填料進(jìn)行改性的最普通方法也就是摻石灰，借助其作用經(jīng)由離子交換，次生碳酸鈣膠結(jié)性、黏土顆粒與石灰產(chǎn)生含水碳酸鈣、硅酸等礦物。至于加入石灰的配比以及處理的膨脹總率最好不超0.7。以各類指標(biāo)進(jìn)行評定后得出這就是弱膨脹土，因此使用一定量的石灰加入措施對膨脹土完成改質(zhì)，從而滿足高速公路的路基建筑要求。

4 結(jié)語

膨脹土是一種對于道路及其它構(gòu)造物建設(shè)都會(huì)產(chǎn)生一定程度影響的特殊土質(zhì)，而在實(shí)際施工過程中，其對工程的具大破壞力是顯而易見的。要想把膨脹土的問題解決好，就要從影響其物理力學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素等多方面加以考慮，通過調(diào)整土的力學(xué)性質(zhì)加以處理。就每一個(gè)工程來看，它們都有其自身的特點(diǎn)及建設(shè)條件，在本文分析的道路工程設(shè)計(jì)中，處理膨脹土的相關(guān)措施已經(jīng)被應(yīng)用于工程實(shí)踐，其結(jié)果表明處理措施有良好的施工效果，已驗(yàn)證其有效性。

[1]胡拔香.隨岳高速公路膨脹土路基施工技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

[2]陳景星.南鄧高速公路膨脹土路基處治技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

[3]王恒博.軟土地區(qū)鐵路復(fù)線路基工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)2010.