膨脹土路基設計與處理措施

蔡偉紅

（天津市市政工程設計研究院，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迅速膨脹，影響路面，而一旦失水，則體積就會應聲收縮，引發土體的干裂現象，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，并且滑動面也主要是受到裂隙的軟弱結構面的控制。通常存在的一些對其裂隙性的闡述：首先是將產生裂隙的原因歸結于其脹縮的特性，加上反復膨、縮，周期上的變化，造成土體的結構日見松散化，而這些結構的松散特點又讓雨水得以進入，再次引發脹縮現象。此外還有觀點認為，裂隙性造成的應力集中以及吸力下降或導致土層的軟化，從而對土體造成嚴重破壞。

（3）遇水崩解性

在浸水后，一般膨脹土的體積就會迅速膨脹，如不存在側限，就很有可能會產生吸水濕化現象。不同的膨脹土所具有的崩解性也有區別：強膨脹土一般在親水之后，短短幾分鐘之內就會完全崩解；弱膨脹土在浸水之后要完成崩解需要較長的一段時間，而且崩解還不完全。

（4）超固結性

膨脹土一般都會帶有很強的超固結性，天然的空隙小，其初始結構的強度比較高，在路基挖開之后就會產生土體的超固結力釋放現象，隨即邊坡以及路面就會產生膨脹的現象，目前這一現象被視為是造成邊坡漸進性出現破壞的關鍵原因。

2 破壞特點與常用防治措施

2.1 破壞特點

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

（2）方向性：路基的邊坡由于日照的作用，其干濕循環效應突出，因此也常常會發生邊坡滑坡現象。

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

（4）持續反復性：膨脹土的路基多數帶有持續、反復性特點,只有多次整治之后才會穩定有效。

2.2 常用防治措施

考慮到膨脹土帶來的危害性，當前針對膨脹土的防治以及施工的技術已經進行了不少研究及實踐，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，次生碳酸鈣膠結性、黏土顆粒以及石灰之間的作用產生新含水硅酸鈣、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，應當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,避免土體出現干縮濕脹及表層風化，削弱抗剪強度。

（1）封閉路基坡面或路肩。借助二灰土或三合土進行封閉,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，但這種方法的造價比較高。

a.在路基以及邊坡上及時噴瀝青膜，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,中間使用二灰土進行封閉，厚度至少15 cm,當然，也可以在格內鋪上草皮。

（2）擋土墻的防護

對于挖方路塹段，為避免坡腳處產生太大的剪應力，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，強化擋土墻的承載能力，增強抗滑穩定性；此外還應當對路基土進行保護，避免由于雨水漫入造成膨脹。

（3）土釘錨桿護坡

土釘錨桿護坡依托土釘為核心的受力構件，是一種邊坡圍護結構技術，廣泛應用在基坑的圍護工程當中。將土釘錨桿以及坡面的筋網架實現結合，對坡面進行框箍，既能夠抵制土體產生的膨脹力，避免濕脹變形，控制坡面土的含水率以及干重度，又能夠起補償效果，即便是反復干縮濕脹影響到土體的抗剪強度，但是借助土釘錨桿也能夠有效加大坡面筋架對坡面的預應力，保持邊坡的穩定。考慮到此類護坡技術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的路段，為避免產生危害性較強的滑坡事故，建議在路基的兩側使用單排或雙排預制樁，并及時于樁體之間加設冠梁，進行橫向的支撐等多種措施，強化路基的整體性以及抗滑穩定性，增強支撐效果。

（2）建造重力式的擋土墻

大量的工程實踐已經證明，膨脹土擋土墻的破壞模式經常會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所影響的，一個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生變化的范圍內，即沿墻高的2 m處即可。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

公路長為2.871 85 km，設計路寬為8.50 m，按二級公路建設標準修建。擬建項目位于昆明市兔耳關附近，地貌上屬侵蝕溶蝕中山區，相對高差一般小于50 m，總體場地起伏大，并見幾個落水洞。擬建項目地面高程介于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，施工后將在左側形成高約8.5 m、右側形成高約5 m的人工邊坡。根據鉆孔揭露，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，頂部設置截（排）水溝，下部設置擋土墻，擋墻基礎可置于③層，基礎宜適當加寬加深，擋墻高度宜高于③層頂標高。由于上覆黏土②層具土疏松現象，應采取框梁加植物護坡方式進行坡面防護，邊坡開挖后應及時防護封閉。

K0+024～K0+147為該公路中一路段，且其位于擬建公路起點，中線最大填方高度約9.00 m。根據鉆孔揭露，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；下部為黏土②、黏土④層及基巖灰巖⑤1、灰巖⑤2層。無地下水，軟弱土層對路基穩定影響較大，填方施工后可能會產生不均勻沉降等現象，建議對該層進行清除處理，加強排水設計，采取適當的回填材料，按1∶1.50的坡比分層回填壓實，兩側加強支擋設計，可采用擋墻方式。選用黏土②、黏土④層為基礎持力層，基礎應擴大加深。

基于以上已經了解到的基本情況，提出強膨脹土無法用來進行路基填筑，使用弱性膨脹土填料的時候應當進行改性，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。對路基的填料進行改性的最普通方法也就是摻石灰，借助其作用經由離子交換，次生碳酸鈣膠結性、黏土顆粒與石灰產生含水碳酸鈣、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。以各類指標進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，從而滿足高速公路的路基建筑要求。

4 結語

膨脹土是一種對于道路及其它構造物建設都會產生一定程度影響的特殊土質，而在實際施工過程中，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性質變化的內在因素和外在因素等多方面加以考慮，通過調整土的力學性質加以處理。就每一個工程來看，它們都有其自身的特點及建設條件，在本文分析的道路工程設計中，處理膨脹土的相關措施已經被應用于工程實踐，其結果表明處理措施有良好的施工效果，已驗證其有效性。

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