高速公路膨脹土路基病害防治及施工控制

【摘要】隨著科學技術的發展，治理膨脹土災害的新方法逐漸完善，膨脹土地基處理一般采用換土、砂石墊層、土性改良等方法；膨脹土邊坡治理一般采用支擋結構、土工合成材料、沉箱結構等方法。如土性改良、土工織物等。根據工程的特性、土的脹縮性能、環境情況及施工條件等因素進行綜合技術經濟比較，確定治理方法。

【關鍵詞】公路工程；膨脹土；路基病害；施工控制

近年來，隨著高速公路建設的不斷發展，膨脹土的工程地質問題越發凸顯。在膨脹土地區公路路基和邊坡若處理不當，常出現大量坍方、滑坡；公路路面常大段出現幅度較大的隨季節變化的波浪變形，對公路的建設及運營危害極大。因此，積極研究高速公路膨脹土工程的路基病害及防治技術，意義深遠。

1.膨脹土的主要特性

（1）土的粘土礦物成分富含有親水性礦物成分，如蒙脫石、伊利石和高嶺石等；（2）有較強的脹縮性；（3）有裂隙性結構；（4）有顯著衰減性；（5）多含有鈣質或鐵質結核；（6）一般呈棕、紅、黃、褐及灰白色；（7）自然坡度平緩，無直立陡坡；（8）對公路路基及工程建筑有較強的潛在破環作用。

2.膨脹土公路工程的路基病害

在高速公路工程中，因膨脹土的表層風化效應、濕脹干縮效應以及施工時壓實或防護不夠等原因，常造成諸多的公路路基病害，主要如下：

2.1路堤和路塹邊坡失穩

在膨脹土路堤中，若壓實不夠，膨脹土遭風化或受水浸濕后，抗剪強度顯著降低，易導致路肩溜塌或路堤溜滑的現象。對膨脹土路塹，旱季時，邊坡表面易遭風化而發生剝落現象。雨季時，一些未加防護或防護不力的路塹邊坡，其表土在水流沖蝕下會形成坡面溝狀沖蝕現象，表層遭受強風化和受水浸濕后易發生沿坡面向下的呈流塑狀態的局部溜塌、溜滑和較大規模的滑坡現象。另外，坡面松散土體與坡腳剝蝕堆積物，經水流裹帶搬運形成泥流，易堵塞邊溝或涵洞，甚至可沖毀路基、掩埋路面。膨脹土路堤和路塹邊坡的破壞具有長期潛伏性，多在公路運營3-5年后發生滑坡不斷。有些堅硬狀態的膨脹土路塹邊坡，其破壞的潛伏期甚至更長。

2.2路面和土基波浪式沉陷變形

在施工及運營期間，膨脹土路基在受到風化和雨水浸濕后，因濕脹干縮效應的作用，土體崩解。加之路幅內土基的含水量的不均勻變化，導致土基不均勻沉陷，路面出現波浪式變形。對路堤而言，該波浪式沉陷較明顯，且路堤越高，沉陷越大，嚴重時可導致路面變形破壞。路面的波浪式變形直接制約車輛的行駛速度，影響行運舒適性，并給交通事故埋下隱患。

2.3路基翻漿冒泥

未經換填或封閉處理的膨脹土路基，在旱季和雨季干濕循環效應的作用下，加之車輛行駛荷載的作用，造成表面松弛。當路面滲水、路基土被雨水浸泡后，土體崩解，強度降低，基床表層土發生泥化。

2.4路基道渣囊

路基土泥化后，路面基層的碎石等道渣易陷入或被擠入泥化的基床土中而形成囊狀結構。道渣囊現象一方面會導致路面結構破壞，同時道渣囊又成為路基中滲水通道和儲水載體，進一步使深層土體濕水泥化．從而加劇道渣囊的發展，造成惡性循環。

3.膨脹土路基主要治理技術

3.1換土法

換土法是最簡單有效的方法，即將轉換的土層挖除，再回填壓密特性較好的土進行壓實或夯實，形成良好的持力層，從而改變地基的承載力特性，提高抗變形和穩定能力。因各地氣候各異，膨脹土的臨界深度和臨界含水量也不同，換土深度要考慮受地面降水影響而使土體含水量急劇變化的深度，基本上在1m-2m．即強膨脹土為2m，中、弱膨脹土為lm～1.5m，具體換土深度要根據調查后的臨界深度來確定。

3.2溫度控制

包括預濕膨脹土和保持含水量穩定兩個方面，即用工合成材料、漿砌片石等材料把膨脹土隔離，并配有良好的排水系統，使其含水量保持在一定的范圍之內。

3.3改性處理

即利用石灰、水泥或其他固化材料通過與膨脹土的物理化學作用進行膨脹土的改性處理，以達到降低膨脹土膨脹潛勢、增強強度和水穩性的目的。其中，石灰的固化作用是因鹽基交換、次生碳酸鈣膠結性、粘土顆粒與石灰相互作用形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物而顯現出來：水泥的固化作用是因鈣酸鹽與鋁的水化物和顆粒間的膠結作用，膠結物逐漸脫水和新生礦物的結晶作用，從而降低膨脹土的液限，增大膨脹土的塑限和抗剪強度；NCS固化材料除具有石灰、水泥的優點消除土的脹縮性外，還有吸水增強作用，改善土的壓實性并生成微型加筋結構，提高土的強度。

3.4土工織物

即在對路基做整體穩定性分析的基礎上，一方面，通過土中鋪設網格吸收部分土體因干燥失水收縮產生的應力，抑制邊坡土體開裂的寬度和深度：另一方面，土中加網格可抑制因水分進入坡面引起膨脹土膨脹、松散，提高路基表面土體的整體性和抗剪強度，保證邊坡表面土體雨季飽水后，不致于因強度降低過多、自重過大而失穩。

3.5支擋結構

主要有網格式加筋土擋土結構穩定膨脹土邊坡、用土釘墻處理膨脹土路塹邊坡以及十字形錨桿骨架護坡和粱形錨桿骨架護坡。支擋結構主要應用于兩方面，對于開挖的強膨脹土或中等膨脹土邊坡采取預防支擋措施，以便防止滑坡的發生；對于已發生滑動的邊坡進行治理支擋措施，使工程運行正常。

4.膨脹土路基施工控制要點

4.1施工安排要點

對于膨脹土路基，以保證地基和填筑的土方工程不被水浸泡，應避免在雨季施工，并加強現場排水。膨脹土路基開挖后，各工序務必緊密銜接．連續作業，分段完成，路基填筑后，其邊坡防護等不能間隔時間過久以免邊坡長期暴露，或越冬再做路面，做好膨脹土路基的防水、保濕、防風化工作。膨脹土路堤施工前，應就地按規定做試驗路段。

4.2路堤基底處理要點

挖除路堤范圍內的灌木、樹根，填平夯實坑穴，排除積水，挖除淤泥，切斷或降低地下水。清理徹底后，壓實基底。對填高不足1m的高速公路路堤，須挖去地表80-l00cm的膨脹土，換填非膨脹土或改性處理的膨脹土，并按規定壓實。原基底為過濕土時，應挖去濕軟土層，換填礫石土、砂礫土、石渣或將土翻開，摻入石灰或固化材料處理。地面橫坡為1：5～1：2.5時，將原地面挖成寬度不小于1m的臺階，當地面橫坡陡于1：2.5時，為防止路堤沿基底滑動，可先將基底分段挖成不陡于1：2.5的緩坡，再在緩坡上挖寬1-2m的臺階。高速公路陡坡地段的半填半挖路基，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1m，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，則應挖夠一個行車道寬度，其上路床深度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路堤填筑與壓實要點

對路堤、零填、路堤基底進行壓實，壓實標準按《公路路基施工技術規范》處理。應修正經改性處理后的膨脹土測定的最佳含水率及最大干密度的標準值，即實施填筑的含水量大于最佳含水量的標準1%－2%，實施填筑最大干密度低于最大干密度的標準值驗合格后方可填筑上一層。路堤與路塹分界處土內的含水量不一定相同，原有的密實程度也不同，壓實時務必均勻、緊密，避免發生不均勻沉陷。

4.4路堤排水與邊坡防護要點

路堤排水能使地面徑流形成良好的排水網系，防止地面徑流沖蝕路基，消除膨脹土濕脹干縮的有害影響，促進膨脹土地區路基路面的穩定。施工中對所有的排水工程都要采取漿砌加固。膨脹土路堤邊坡的防護，經改性處理或用非膨脹土外包封閉的可按一般路基防護處理，路堤的邊坡防護通常采用植被防護和砌石防護。

5.結束語

膨脹土是影響公路建設的一種特殊土質，在實際工程中，其不良影響是巨大的。膨脹土地區的路基處理是一個很復雜的問題，需要考慮多種因素。另外，由于各個地區的氣候特點和膨脹土的地質成因相差較大，造成膨脹土具有顯著的區域性特征，膨脹土用作路堤填料所表現的工程特性差異較大，因此需根據工程的具體地域特點采取合適的處理方法。 [科]