寧豪杰，鄭 豪

（湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000）

通過對我國某地區(qū)一處高速公路工程施工區(qū)域施工區(qū)域的巖土條件進行勘察和分析，膨脹土多露于二級或者二級以上的階地、山前以及盆地的邊緣地帶，整體的地形相對比較平緩，不存在明顯的自然陡坡，這也是膨脹土分布的基礎(chǔ)規(guī)律。通過這一分布規(guī)律的有效分析和研究，在公路工程的地質(zhì)勘測工作過程中，由于該地區(qū)的膨脹土在整體的深度和水平方向上的分布不同，具有較強的不均勻性以及不連貫性，再加上公路工程的施工規(guī)范要求，對勘測點位的間距設(shè)置過大，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一些雞窩狀和零散分布的膨脹土路段。比如，該區(qū)域的膨脹土表層具有明顯的覆蓋層，本次高速公路工程施工穿越了一處盆地區(qū)域，將數(shù)公里的膨脹土路段當(dāng)作普通的土壤路段進行施工，直到路基開挖一年之后邊坡陸續(xù)出現(xiàn)破壞，才發(fā)現(xiàn)該路段存在大量的膨脹土條件。由于膨脹處沒有得到人們的重視，故經(jīng)常會出現(xiàn)公路路基工程施工問題。又如，在此次高速公路施工段，運用膨脹土填筑路基施工完成之后出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的縱向裂縫問題，長度超過200m的路段整治花費總投入超過了1000多萬元，所造成的經(jīng)濟損失非常嚴(yán)重。

1 施工區(qū)域地質(zhì)條件和膨脹土的分布條件

通過對該地區(qū)的地質(zhì)條件進行詳細(xì)的勘察和分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)由外向內(nèi)呈現(xiàn)逐級下降的趨勢，山地、丘陵、臺地以及平原構(gòu)成了環(huán)形層狀的地貌條件，梯級結(jié)構(gòu)構(gòu)成非常明顯。其中，土壤地質(zhì)條件以花崗巖分布最為廣泛，占到了整個區(qū)域施工面積的45.6%，其次為玄武巖和砂頁巖膨脹土，大致可以分為玄武巖次生紅土型、湖積硬黏土型以及砂頁巖風(fēng)化殘積膨脹土三種類型。玄武巖次生紅土型膨脹土盡管多表現(xiàn)為熱性膨脹土，但是由于玄武巖的次生紅土在該地區(qū)分布非常廣泛，因此其是該地區(qū)的路用性質(zhì)。湖積硬黏土盡管分布存在一定的局限性，但是經(jīng)常表現(xiàn)為中強性膨脹土，對于路線邊坡的工程施工影響最為明顯。在對湖積硬黏土膨脹土進行分析的過程中，需要對邊坡工程的地質(zhì)條件進行全面的分析和研究，由于砂頁巖風(fēng)化殘積土屬于非典型的膨脹出，雖然表現(xiàn)為弱膨脹土但是經(jīng)常是以雞窩狀進行分布，因此工程技術(shù)人員在對這一膨脹土的認(rèn)知程度上相對比較有限。

2 玄武巖次生紅土型膨脹土分布及成因

2.1 玄武巖的分布特征

新生代火山巖在我國一些海南島北部區(qū)域分布非常廣泛，堿性玄武巖系列的巖石條件主要分布在凹陷帶邊緣，并且形成于第三紀(jì)。拉斑玄武巖系列的巖石，主要分布在雷瓊凹陷帶的中心部位形成于第四紀(jì)。在凹陷區(qū)域地區(qū)主要是以二氧化硅、鈉質(zhì)強堿性巖石材料作為主要的構(gòu)成形式，同時內(nèi)部還有比較多的尖晶石和橄欖巖石等。

硬黏土型膨脹土在分布過程中主要處于新生代湖泊和盆地區(qū)域，主要表現(xiàn)為舒緩波狀結(jié)構(gòu)，由于新生代火山的日常活動相對比較頻繁，因此在新生代的盆地區(qū)域經(jīng)常會受到地質(zhì)破壞，湖積硬黏土型膨脹土僅在局部區(qū)域存在。硬黏土型膨脹土在分布條件方面，主要表現(xiàn)為裂隙中充填土為主、灰綠色黏土為輔，在自然條件下會慢慢形成一種更加堅硬的地質(zhì)條件。湖積硬黏土的膨脹土，在公路的路線邊坡區(qū)域經(jīng)常會出現(xiàn)坍塌和損壞問題，主要是以臺階式的滑坡作為主要的損壞方式，滑坡后部區(qū)域通常呈現(xiàn)出一個75°左右的傾斜角，并且存在陡立拉裂面底部的滑動面角度范圍在5～15°。由于該地區(qū)的氣候條件屬于比較劇烈的干濕循環(huán)作用條件，在膨脹土的脹縮活動帶和開發(fā)過程中，下半部分會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的脹縮活動，同時活動帶內(nèi)部形成了二元結(jié)構(gòu)活動帶，有效控制了膨脹土的開挖邊坡所導(dǎo)致的滑塌問題，使得該類型的邊坡具有較強的破壞性，具體如圖1～圖4所示。其中需要注意的是，當(dāng)開挖邊坡率為1∶1.5時，初始的開挖湖積硬黏土的膨脹土，路塹邊坡可能在開挖半年之后仍然保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)依照常規(guī)的開挖方法加以進行，這種滯后破壞的特征延續(xù)時間相對較長，但是如果不采取有效的膨脹土邊坡加固處理方法，破壞問題會時有發(fā)生。

2.2 砂頁巖風(fēng)化殘積土型非典型膨脹土的土質(zhì)特征

圖1 膨脹土的開挖邊坡

圖2 膨脹土邊坡監(jiān)測

圖3 膨脹土邊坡加固處理

圖4 湖積硬黏土型膨脹土的路塹邊坡破壞模式

為了有效分析該地區(qū)砂頁巖風(fēng)化殘積土的非典型土壤地質(zhì)特征，對沿線區(qū)域的各種類型的膨脹土進行取樣實驗和分析。通過詳細(xì)的分析和檢測之后發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的膨脹土屬于中強度膨脹土。從自由膨脹率蒙脫石含量、黏粒含量以及液性指標(biāo)方面來看，和其他膨脹地區(qū)的中強膨脹土相類似；從蒙脫石的含量來看，屬于熱性膨脹土；從黏性土的含量來看，屬于弱膨脹土。但是從土壤的自由膨脹率來看，則屬于非膨脹類型的土壤，其中需要注意的是，該地區(qū)的風(fēng)化殘積土型非典型成長土。由于地質(zhì)條件的特殊性和一些濱海的黏土條件有些類似，土壤條件屬于膨脹土和非膨脹土之間的性質(zhì)，該土壤不管是從自由的膨脹率、蒙脫石的實際含量以及黏土的含量等多項塑性指標(biāo)來看，多數(shù)都可以判定為非膨脹土；從顆粒的分析結(jié)果來看，這種土壤屬于黏土質(zhì)材料，相比于普通的砂土材料，由于受到蒙脫石材料含量的影響，其中多數(shù)都可以判定為非膨脹土。

從顆粒分析結(jié)果來看，該類型的土壤屬于黏土質(zhì)材料，相比于普通的砂土材料，蒙脫石的含量過高，會直接影響到填料的具體特性，使其不能作為一種正常的路基填料被加以使用，因此其稱之為非典型膨脹土。通過相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)分析可以得出，該地區(qū)砂頁巖風(fēng)化殘積土型非典型膨脹土平均黏土的含量為27.25%，小于30%的平均含量，平均自由膨脹率為37.05%，小于標(biāo)準(zhǔn)含量的40%；蒙脫石的平均含量為6.25%，小于標(biāo)準(zhǔn)含量的7%，但是其中需要注意的是，其平均值的近似大小分別為91%、85%以及95%。尤其是這種類型的土壤活性指標(biāo)平均值達到了75%，在活性強度和土壤的黏性含量上超過了71.5%，土壤結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)出砂性土的特點，土壤的整體透水性較強，防滲透性較差，保溫性效果較低，因此對工程的整體施工帶來了較大的困難。

為了進一步分析和說明蒙脫石對土壤性質(zhì)所產(chǎn)生的影響，假設(shè)蒙脫石的比表面積大小設(shè)定為810m2/g。依照相關(guān)數(shù)據(jù)計算分析，可以得出砂頁巖殘積土非典型膨脹土、硬質(zhì)黏土膨脹土以及玄武巖次生紅土型土壤在蒙脫石的含有量所占有的表面積比例分別為75%、85%以及70%，表面積越大則膨脹土的脹縮性表現(xiàn)越明顯。因此，可以從側(cè)面說明砂頁巖殘積土當(dāng)中6.25%的蒙脫石含量，可能比玄武巖的次生紅土7.78%的蒙脫石含量脹縮性能表現(xiàn)更加明顯。在填筑施工過程中可以發(fā)現(xiàn)，玄武巖次生紅土膨脹土可以使用濕法壓實的方式進行填筑施工，而砂頁巖屬于非典型膨脹土，無法滿足施工的壓實程度以及路基填筑的施工要求，主要是因為填料在攤鋪施工過程中，砂頁巖殘積土非典型膨脹土可以保證土壤中的水分不會受到影響，同時在還有蒙脫石的細(xì)顆粒土壤當(dāng)中，整個膨脹土的總量占比達到了71.5%，大部分的水分和填料攤鋪、壓實工作在正式開始施工之前已經(jīng)被完全蒸發(fā)和散失，變成了壓實的土壤材料。盡管含水量標(biāo)準(zhǔn)和施工的含水量基本相同，但實際上已經(jīng)無法被充分進行壓實，造成路面壓實層的強度不斷下降，形成比較嚴(yán)重的工程施工質(zhì)量問題。因此，對于砂頁巖殘積土非典型膨脹土的路用工程性質(zhì)，需要相關(guān)人員進行進一步的分析和探索。

3 結(jié)束語

為了有效防止膨脹土路段因為沒有勘測具體，造成工程施工出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要不斷加大對膨脹土的土質(zhì)形成原因的研究工作力度，邊坡工程的地質(zhì)特性、路用性質(zhì)等方面問題都需要相關(guān)人員加以充分了解。由于膨脹土的整體分布范圍相對較廣，在研究工作過程中需要相關(guān)人員具有較高的專業(yè)素養(yǎng)充分的工作優(yōu)勢，不斷提高巖土勘察工作的整體質(zhì)量和效果，有效判斷膨脹土的詳細(xì)分布規(guī)律。