膨脹土路基病害分析與加固措施

【摘 要】我國膨脹土分布范圍廣，膨脹土對公路路基的危害一直以來都受到廣泛的關注，本文對膨脹土的組成分類、工程特性、對公路造成的危害以及路基的防護措施做了詳細的分析研究。

【關鍵詞】膨脹土;路基危害;路基防護

膨脹土是由大量親水性黏土礦物組成的一種具有吸水膨脹、軟化、崩解和失水急劇收縮開裂，并能產生往復變形的黏性土。膨脹土對工程建筑的災害幾乎是無所不有的，在膨脹土地區建筑物經常會出現開裂變形，路基邊坡出現大量坍方、滑坡。我國膨脹土分布范圍很廣，并且大面積存在于地表或者地表下淺層，對建筑、路基等的施工設計有很大影響。

1.膨脹土的分類

膨脹土的判別與分類方法并沒有統一的標準，具體判別時要根據現場的工程地質、自由膨脹率、和建筑的破環程度來綜合評定，工程地質和自由膨脹率是膨脹土的主要判定標準。

根據工程地質和自由膨脹率可以將膨脹土大概劃分為三個等級。

（1）強膨脹土，主要成分是蒙脫石，自由含水率大于80%，線總膨脹率大于4%，呈灰白色、灰綠色，具有極發育的網狀裂隙，易風化成細粒狀，鱗片狀。

（2）中等膨脹土，含有大量的蒙脫石和伊利石，自由膨脹率在55%~80%之間，線總膨脹率2%~4%，顏色呈棕、紅、灰色，滑感較強，裂隙較發育，風化后為碎粒狀，含有鈣質的結核。

（3）弱膨脹土，含有蒙脫石、伊利石和高嶺石，自由膨脹率在30%~55%，線總膨脹率0.7%~2%，以黃褐色為主，黏土中含有較多的沙粒，有滑感，風化呈碎粒裝，鈣質鐵錳結核較多。

2.膨脹土的工程特性

2.1脹縮性

膨脹土具有吸水體積膨脹，失水體積收縮的特性，土中含有蒙脫石越多，含水率越低膨脹土的膨脹量和膨脹力越大。

2.2崩解性

膨脹土浸水后體積發生膨脹，在無側限的情況下強膨脹土很快就會完全崩解，弱膨脹土隨著時間的增加也會慢慢崩解且可能不完全。崩解特性還和起始濕度有關。

2.3多裂隙性

膨脹土的裂隙形成原因復雜可劃分為原生裂隙和次生裂隙，原生裂隙是膨脹土在形成過程中經過外界的物理化學作用脹縮效應形成的，次生裂隙則是有原生裂隙演變而來。裂隙的形狀有垂直、水平、斜交三種類型。

2.4超固結性

膨脹土大都是歷史上受過超壓的作用處于超固結狀態。具有密度高、天然孔隙率小、初始結構強度高的特點。土體開挖后，固結應力會釋放，邊坡與路基面會出現卸荷狀態使邊坡易破壞

2.5強度衰減性

膨脹土的初期強度極高，但由于吸水膨脹的特性，經過反復脹縮作用原始結構就會破壞，殘余強度極低。受風化作用的土體很快就會產生碎裂、剝落、泥化的現象，是土體原始結構改變很多，強度嚴重降低。

3.膨脹土的路基危害

膨脹土的路基危害主要表現在路面、路塹和路基的病害。

3.1路面的病害

波浪變形，由于膨脹土路基的含水量的不同，土體就會產生不均勻的脹縮，從而使上部路面產生很大幅度的橫向波浪變形，隨著季節和年度的變化，波浪變形也會相應改變。

濺漿冒泥，雨季時土體會吸水軟化，在車輛的反復碾壓中就會形成泥漿，路面開裂后就會沿著裂縫冒泥，當地下水位過高影響路基時也有可能發生這種現象。

3.2路塹病害

沖蝕，坡面松散的土體在雨水或地表徑流的沖刷下，表面上的微裂縫反復脹縮，并逐漸擴大嚴重，最終使土坡呈碎粒狀，影響邊坡的穩定性。沖蝕破壞了破面的整體性，沿破面形成了很多的沖溝，形成惡性循環。

剝落，邊坡表面受到常年的風化作用，土塊分解成細粒狀、鱗片狀，應力釋放，在重力作用下土粒沿破面下滑剝落。這種現象主要發生在夏季少水的干旱季節，甚至剝落嚴重時陽坡比含水量較多的陰坡面破壞更加嚴重。剝落的土堆積在邊溝和坡腳會影響路面的正常使用，造成新的危害。

溜坍，在雨季膨脹土局部表層吸水飽和，在重力與滲透的影響下會沿發生向下溯流坍滑的現象，坍落截面呈馬蹄形。

滑坡，由于土體抗剪強度的降低，土坡會發生大范圍的下滑現象，有明顯的滑床，滑床后壁陡直，前緣平緩，有很大的破壞性。膨脹土的滑坡與土的類型和結構有很大的關系，與邊坡的高度和土坡坡度無明顯的相關性。采用一般的措施防止膨脹土的滑坡危害作用不大，要做相應的特殊處理。

3.3路堤危害

沉陷，路堤和普通地基一樣會發生不均勻的沉降，這是因為膨脹土路堤施工時不易被粉碎，也不容易被壓實，在風化、濕脹和路基自重、汽車外荷載的作用下就會發生路堤的變形。路堤越高沉陷越嚴重，嚴重時難以修復。

邊坡溜坍與滑坡，主要由于施工過程中邊坡填料不當，壓實不夠或者排水做的不夠完善，多發生在邊坡的坡腰和坡腳附近。填料時如果使用膨脹土，就會形成軟弱帶；沒有按要求打碎填土塊，填土的質量差；在基礎底部沒有清理干凈淤泥或者有水分存在；邊坡的防護措施不當等都可能引起滑坡，膨脹土的滑坡在堤身和基底都能發生滑動。

路肩的坍滑，路堤肩部如果壓實不好，填土達不到設計的密實度，兩面處于臨空的部位，當有雨水長期滲入時，經過干濕交替的影響會在路肩順路線方向產生縱向開裂，形成很長的張開裂縫。

4.膨脹土地區的選線與路基設計原則

（1）路基盡可能的避免高路堤和深長路塹，不能避免時要考慮橋隧的方案。當作為路基考慮時，要有相應的保證路基穩定性的措施。路塹附近有重大建筑物時，路基和建筑物要保持在一定的距離，或者以隧道的形式通過，負責就要加強防護措施。

（2）強膨脹土最好不要作為路堤填充料，考慮到經濟要求必須使用時，必須加入石灰水泥等無機結合料進行拌合，膨脹性較弱的土可作為地基下層使用。

（3）路基邊坡穩定性驗算時不能以膨脹土天然狀態下原狀土塊的峰值作為驗算依據，要考慮到膨脹土的變動特性和強度衰減特性。

（4）膨脹土大多屬于超固結土，路塹開挖會釋放土的一部分固結應力，邊坡如果長期出去外界條件的卸荷狀態下必然會引起路堤邊坡的破壞，因此在施工時可以采取相應措施減少固結應力的損失，保持膨脹土較高的初始強度，以減少公路的防護加固工程降低公路危害。

（5）施工時要先做好排水的步驟，然后進行開挖并進行防護、支擋，這樣可以防止土體過早的發生濕張作用。路基施工時盡可能的減少深挖高填。由于膨脹土的特殊性，對于深路塹、高土堤很難保證穩定性，發生病害時加固措施消耗大，遇到這種地質狀況時要和橋隧方案進行比較選擇。

5.提高膨脹土路基穩定性的措施

5.1確定合適的路基斷面和路基排水

路基斷面的設計總體要求是降低膨脹土的濕脹效應，盡可能的減少路面出現的季節性的破浪形變形，斷面設計時要做好防水，減少水分的變化，特別是不均勻的變化。

首先路面要采用不透水的材料，一般的公路可以采用柔軟的面層和較厚的粒料基層，高等級公路用厚層石灰土作為基層比較合適；其次擴大路基頂面橫坡的坡度，擴寬路肩，使其不少于2m，路肩的全部面層用與路面相同的結構鋪砌，并做好防水措施。邊溝盡可能的加寬，溝底在土基以下至少40m。路的兩側不能種樹，因為有些樹吸水量大，對膨脹土的濕脹性影響顯著，如果種樹的話要選擇生長較慢，吸水量低，并且要和邊溝保持一定的距離。路基排水設施要精心布置，排水措施的合理性可以有效的防止膨脹土的危害。

5.2調整適當的路基高度

膨脹土不易被粉碎，也不容易壓實，機械施工時快度的大小、數量不好控制，膨脹土即使被粉碎破壞機構后，膨脹土的特性依然存在，不能徹底消除濕脹干縮性能。路堤填筑后會在長期的物理風化作用下土塊崩解，加上路基荷載的震動影響會發生路基下沉壓縮的現象。經過實際觀測路基越高后期的下沉量就越大，路基過高還容易發生外擠的情況，從而產生更大的沉降量。所以路基在設計時要根據當地的實際環境采用合適的高度，一般保持在3m以內，如特殊情況需要加高時，則必須考慮到路基沉降問題，做出相應的防護措施。

5.3控制壓實

膨脹土的壓實性越高，密度越大，研究表明其膨脹量和膨脹力越大；膨脹土的含水量很難降低，即使花費高代價達到目的后，也會很快返回原狀，一個地區的含水量也常年處于一個范圍內不會有太大的變化。所以膨脹土路基壓修建時保持低密度、高含水量，即在輕型壓實標準最佳含水量下壓實到較低的干密度。

【參考文獻】

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