淺談膨脹土路基施工

胡曉春

1 概述

膨脹土是一種高塑性粘土，除具有一般粘土所共有的物理化學性質外，還因含有蒙脫石、伊利石和高嶺土等具有很強的親水、持水性和很高的可塑性及粘聚性。土體遇水急劇膨脹，失水則嚴重干縮、硬裂，其工程力學性質極不穩定。

以前施工時按國內外常規方法，需要換填土，但存在著棄土、取土場地困難，工程造價高，工期長，破壞生態環境等問題。找出膨脹土路基病害發生的主要原因及其根治的有效措施，從而節省能源，降低工程成本，提高路基工程質量。

2 膨脹土的分布及地質特征

2.1 地域分布

我國的云南、四川、湖北、湖南、安徽、河北、陜西、貴州、江西等省都有膨脹土分布。

2.2 地表分布

膨脹土一般分布在表層1 m～2 m范圍內，其下層一般為粉性粘土或砂性土，個別地區也出現表層為30cm～50cm厚的黃褐色中液限粘土，中層是膨脹土，下層為粉性土或砂性土。

2.3 野外特征

1)地貌特征。多分布在二級及二級以上的階地與山前丘陵地區，個別分布在一級階地上，呈龍崗—丘陵與淺而寬的溝谷，地形坡度平緩，無明顯的自然陡坎。在流水沖刷作用下的水溝、水渠，常易崩塌、滑動而淤塞。

2)結構特征。多呈堅硬～硬塑狀態，結構致密，呈棱狀土塊者常具有脹縮性，棱形土塊越小，脹縮性越強，且膨脹時產生膨脹壓力，收縮時形成收縮裂隙。膨脹土對氣候和水文因素具有很強的敏感性。膨脹土多為細膩的膠體顆粒所組成，斷口光滑，土內常包含鈣質結核和鐵錳結核，呈零星分布，有時也富集成層。

3)分布特征。幾乎都是在各種巖漿巖、變質巖和沉積巖中的粘土質巖、泥灰巖和碳酸巖等基巖廣泛發育的基礎上演化而成。上述母巖為膨脹土的發生、發育提供了極為豐富的物質基礎。這些巖石在后期的風化作用過程中，經氧化作用、水合作用、淋濾作用和水解作用等地球化學的演變，在適合于蒙脫石礦物生成的有利氣候條件，經過成土作用，而最后形成富含蒙脫石粘土礦物的膨脹土。

4)地表特征。在路塹邊坡上、在溝谷頭部的膨脹土經常出現淺層滑坡，新開挖的路塹邊坡，在旱季由于強烈的蒸發使土體失水收縮，邊坡表土迅速開裂，土塊間的凝聚力降低，出現剝落;若在雨季開挖邊坡后，大量地表水進入塹體，土體吸水強烈膨脹、軟化，出現表面滑塌。膨脹土的顏色多以灰白、棕紅、黃褐及黑色為主。

5)地下水特征。膨脹土地區多為上層滯水或裂隙水，隨著季節水位變化，常引起地基的不均勻脹縮變形。

3 膨脹土對公路工程的危害

3.1 路堤變形破壞

1)路基沉陷。路堤填筑后，由于大氣物理風化作用和濕脹干縮的效應，土塊崩解，在路基自重和汽車荷載的作用下，路堤易產生不均勻下沉，路堤愈高，沉陷愈大，嚴重時導致路面變形破壞。2)邊坡溜塌。發生在邊坡的腰部或坡腳附近。有呈單個溜塌體出現的局部變形，也有數個溜塌相連，相互疊置，形成溜塌群。邊坡表土松散，坡面不平整，易受地表水沖蝕與積水，產生邊坡溜塌。3)路肩坍塌。由于路肩土體壓實不夠，受氣候風化影響，干縮濕脹頻繁。變形發生較快，常在雨季突然發生，主要受雨水的作用，路肩局部發生，嚴重時則使全部路肩坍毀。4)滑坡。若基底處理不當，則路堤填筑后基底土體易受水浸泡軟化，失去穩定平衡，沿基底軟弱面產生滑動。

3.2 路塹變形破壞

1)剝落。主要發生在蒸發作用強烈的干旱季節，一般旱季愈長，蒸發愈強烈，剝落愈嚴重;而且剝落的松散物質在雨季被水流裹帶搬運則形成泥流，常常淤積邊溝和淤塞涵洞。2)沖蝕。主要發生在雨季。隨著水流的侵蝕發展，形成密集的紋溝，繼而發展成細溝，細溝深切則發展成切溝，密布于坡面;特別是大雨或暴雨季節，水流愈集中，沖蝕愈嚴重。這種作用首先破壞了邊坡坡面的完整性，邊坡開始出現變形。3)溜塌。常發生在雨季，規模較小。由于邊坡表層受強風化的作用，促使土體吸水膨脹軟化，充分吸水飽和或達流塑狀態。坡面產生溜塌現象，可在邊坡的任何部位發生。4)滑坡。路塹開挖使土體臨空，由于坡腳支撐或軟弱夾層被切斷，抗剪強度衰減，加之脹縮效應與風化作用，在水的促滑作用下，使邊坡土體發生連續破壞，喪失穩定平衡，在重力作用下，沿一定軟弱帶向下發生整體位移滑動。滑坡常發生在雨季，呈牽引式出現，大多受軟弱面制約，滑體裂縫密布，呈縱長式。有的滑坡從坡腳可一直牽引到坡頂，具有很大的破壞性。

4 膨脹土的處治及其質量檢查

4.1 膨脹土地區路堤的施工

一般情況膨脹土不宜用作路基填料，特別是強膨脹土蒙脫石含量高，親水性特強，極易風化，強度衰減又快，穩定性差;同時，施工時難于搗碎壓實，更不宜用來填筑路基。但有時限于條件，必須利用膨脹土做填料時，應考慮以下方面:

1)在有多層膨脹土分布地區，應選擇膨脹性最弱的土層做填料。對于地表經過風化、淋濾搬運或已被耕種的表層土，一般膨脹性較弱，可以用作填料，且只能用于路堤。

2)若采用中等膨脹土作為路床填料時，應改性處理之后方可作為填料。但有時限于條件，必須直接使用中、弱膨脹土填筑路堤時，路堤填成后，必須立即做漿砌護坡封閉邊坡;當填至路床底面時，應停止填筑，改用非膨脹土或用改性處理的膨脹土填至路床頂面設計標高，并壓實。

3)在有礫石層出露或膨脹土中有結核層分布，應盡可能選用礫石料或結核料填筑路基。

4)膨脹土改性處理。在膨脹土中摻入石灰進行改性處理，摻入石灰后膨脹土產生了復雜的化學反應，改善了土的水理性質，改變了土的脹縮性能，提高了土體強度，增加了路基穩定性。

5)取土坑的開挖深度宜控制在當地大氣影響深度之內。這是考慮大氣風化引力作用，并結合膨脹土的脹縮特性的影響臨界深度。

4.2 路堤基底處理

1)施工前將路堤范圍內的樹根、灌木全部挖除，把坑穴填平夯實，排除積水，挖除淤泥，切斷或降低地下水，清除草皮，徹底清理后，對基底進行壓實。必要時可先將土翻松、打碎、再整平、壓實。2)原基底為過濕土時，挖去濕軟土層，換填砂礫土、礫(碎)石土、石碴或將土翻開，摻入石灰或NCS固化材料處理。其最佳摻入劑量，仍按上述要求辦理。3)地面橫坡若為1:5～1:2.5時，原地面挖成臺階，臺階寬度不小于1 m;當地面橫坡陡于1:2.5時，為防止路堤沿基底滑動，先將基底分段挖成不陡于1:2.5的緩坡，再在緩坡上挖寬1 m～2 m的臺階。4)半填半挖路基，必須在山坡上從填方坡腳起向上挖成向內傾斜的臺階，臺階寬度不小于1 m。其中挖方一側，在行車范圍之內的寬度不足一個行車道寬度時，必須挖夠一個行車道寬度，其上路床深度范圍之內的原地面土應予挖除、換填，并按路床填方的要求施工。

4.3 膨脹土地區路塹施工

1)一般原則。路塹施工盡量選在旱季進行，并遵循:先排水，后主體，集中力量，連續快速開挖，及時防護，自上而下，分層逐級施工的原則。2)路塹邊坡形式與坡度。膨脹土地區路塹邊坡必須有相應的防護措施，方可保證邊坡的穩定。但是，強膨脹土邊坡，無論邊坡高低，只能在有支擋的前提下，才能使邊坡達到穩定的目的。所以路塹邊坡的穩定程度，不能單憑坡度來衡量，如果沒有采取有效的防護措施，即使很緩的邊坡，亦難以穩固。

4.4 工程質量檢查

1)路基填料檢查。路堤填筑的層厚，含水量的控制是影響路基工程質量的關鍵指標——“壓實度”的主要因素。只要填料與基底處理達到要求，控制好層厚、含水量并達到規定的壓實度，就可基本避免路基的內在隱患，減少造成上層結構不合格的影響因素。

2)路基寬度、標高、平面位置、平整度、邊坡坡度及邊坡防護檢查。檢查路基的寬度、標高、平面位置、平整度、邊坡坡度及邊坡防護是否符合設計要求。

3)防風化檢查。膨脹土對氣候因素特別敏感，抗風化能力很弱，邊坡開挖后土體極易在水作用下解體或軟化，導致邊坡滑動。要檢查施工中采取必要的防風化措施，是否達到保持土體的原狀結構不受破壞。

4)防水與排水工程檢查。水是導致膨脹土邊坡滑動的主要因素，不僅是產生滑坡的直接誘發因素，而且是土體濕脹干縮的直接參與因素，危害路基穩定性甚大。施工時應檢查防水與排水工程的位置、形式尺寸和底面的縱坡，依照實際地形與合適的位置，將地面水和地下水排出路基以外。

5)擋土墻與涵洞工程的基礎檢查。擋土墻與涵洞工程的基礎，受地基土脹縮變形的影響，變形破壞比較普遍。為了不遭受破壞，基礎的埋置深度應在大氣風化作用影響深度以下。

5 結語

對膨脹土來說，最大的困難在于如何保證其工程的安全與穩定。本文通過分析膨脹土的特性，提出膨脹土公路施工就地取材進行工程處治的措施，能夠因地制宜，把膨脹土造成公路病害的經濟損失減少到最低程度。

［1］JTG D30-2004，公路路基設計規范［S］.

［2］尤曉暐.路基路面［M］.北京:北京交通大學出版社，2006.

［3］孫繼偉，王 軍.淺談膨脹土路基施工［J］.鐵道工程學報，2004(4):82-83.

［4］高志強.高速公路膨脹土路基施工［J］.山西建筑，2010，36(8):298-299.