高速公路膨脹土特殊路基設計研究

張忠海

摘? 要：高速公路對路基的承載性與穩定性具有較高要求，由于我國幅員遼闊，地形復雜多樣，越來越多的公路基礎設施建設延伸山區，非常容易遇到紅黏土、凍土、黃土、鹽漬土和膨脹土等特殊路基建設情況。特別是膨脹土會對路基承載性帶來不利影響，如果得不到有效處理，易誘發路基沉降、坍塌等病害，因此加強其科學設計顯得尤為重要。文章在對膨脹土的分類、判別與工程特性進行分析的基礎上，重點對高速公路膨脹土路基設計對策進行探討。

關鍵詞：高速公路;膨脹土;特殊路基;設計對策

中圖分類號：U416? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0092-02

Abstract： Expressway has higher requirements for the bearing capacity and stability of subgrade. Because of the vast territory and complex terrain of our country， more and more highway infrastructure construction extends to mountainous areas; therefore， it is very easy to encounter special road infrastructure such as red clay， frozen soil， loess， saline soil and expansive soil. In particular， expansive soil will have a negative impact on the bearing capacity of subgrade. If it is not effectively treated， it is easy to induce subgrade settlement， collapse and other diseases， so it is particularly important to strengthen its scientific design. Based on the analysis of the classification， discrimination and engineering characteristics of expansive soil， this paper mainly discusses the design countermeasures of the subgrade of expansive soil in expressway.

Keywords： expressway; expansive soil; special subgrade; design countermeasure

膨脹土廣泛分布在我國眾多省份與區域，尤其是在河北、陜西、江蘇、河南與四川等地帶分布范圍較為廣泛。高速公路膨脹土路段，若沒有做好相應的路基設計，就容易誘發路基沉降、坍塌等質量缺陷，進而會影響高速公路行車的安全性與穩定性。通過本文論述，旨在可以找到一些有效處理膨脹土路基設計的方法與手段，提高膨脹土路基整體強度與穩定性，確保工程質量。

1 膨脹土的分類、判別及其成因分析

膨脹土本身是一種脹縮性特性很強且涉及到比較多裂隙的地質體，其在失水狀態下會展現出很強的收縮性特性，在吸水狀態下會展現很強的膨脹性特性，這種土質特征容易嚴重破壞工程結構物。膨脹土的這些特性主要源于其具有比較大的塑性、塑限與液限指數，在天然含水率條件下容易處在比較堅硬的狀態，相應的壓縮性也相對較低，這種特性使得其常常容易被工程施工人員和技術人員所忽視，進而會給工程建設埋下潛在的質量與安全隱患。在當前判定膨脹土期間，一般主要采取室內試驗的方式來定性判別土質，相應的判定指標主要側重土土的強度、脹縮性與水穩定性等等。根據它們各項參數的不同，可以將膨脹土劃分成弱膨脹土、中膨脹土與強膨脹土三種類型，具體劃分標準見表1。

鑒于膨脹土本身的特性可知，為了避免其給公路路基工程建設帶來不利影響，需要結合《公路路基設計技術規范》中的相關規定和要求來對膨脹土進行有效處理。比如，基于規范規定可知，強膨脹土具有比較差的穩定性，不可以當成路基填料來使用;中等膨脹土可以結合公路路面結構類型、填料層數、膨脹土特性以及公路等級幾個方面實際情況，選擇恰當的路基改良與處理方法，之后可以用作路基填料;弱膨脹土可以結合當地的水文、地質和氣候等實際情況來進行合理應用。

2 膨脹土的主要工程特性

膨脹土的主要工程特性表現在如下幾個方面：其一，裂隙性特征。膨脹度本身具有相對較于軟弱的結構面以及多裂隙構成的結構體，這極大地影響了其本身的抗剪強度，容易誘發比較嚴重的工程地質問題。其二，脹縮性。膨脹土的親水性特性比較強，只有同水進行相互作用才能夠增大其體積能力與土體濕度。而如果膨脹土體吸收了大量水，那么就會出現大程度膨脹，這樣會容易使道路出現隆起變形破壞，如圖1就是因為膨脹土膨脹造成公路路基板塊突起破壞。

如果膨脹土本身失水，那么其體積也會縮小而出現收縮變化，并使得土體出現裂隙問題，這樣的變化同樣容易誘發道路開裂或土基下沉等一些變形破壞問題。其三，風化特性。膨脹土由于長期暴露在露天環境當中，會極大地受到外在環境當中水分含量的影響而在表層部分出現碎裂泥化，這樣會降低其表層的強度。其四，超固結特性。膨脹土源于上層土層侵蝕作用而逐步形成的，這種特性使得其會反復、嚴重地危害道路，如使公路路面會隨著季節改變而出現波浪變形破壞。

3 高速公路膨脹土路基設計的對策研究

3.1 膨脹土的改良方法

基于膨脹土的工程特性可知，其會對高速公路路基施工的承載性與穩固性產生比較大的影響。在那些缺乏優質土資源的區域，如果必須要選擇利用膨脹土當作路基的填料，那么為了避免后續膨脹土路基出現質量病害，就需要采取恰當的手段與方法來改良膨脹土，常用的改良手段與方法如下：

（1）加入纖維材料。在土壤環境中水分含量增加的條件下，膨脹土中的蒙脫石等一些活性黏土礦物質本身會展現出極強的吸水性，并且會在吸水之后出現膨脹變化。而如果可以在膨脹土當中適當地加入一些纖維材料，那么可以使所形成的公路路基和纖維材料之間形成切應力，這樣就可以對膨脹土特殊路基向外膨脹的變形進行有效地限制。有關實踐與研究已經表明，通過將一定量的乙烯纖維添加到膨脹土中，膨脹土壤的膨脹情況得到有效改良。此外，在膨脹土中的蒙脫石出現吸水膨脹變化之后，所添加的纖維材料會相應地被拉長，這樣能夠對膨脹土壤的外擴進行限制，同樣對其變形進行有效抑制，這樣極大地減少膨脹土對高速公路路基施工帶來的各種不利影響，同時添加纖維材料的施工成本相對較低，所以在高速公路膨脹土路基施工中廣泛應用。除了乙烯纖維之外，丙烯纖維也是成為改良膨脹土的重要添加料。

（2）加入風化砂。通過在膨脹土當中適當地添加一定量的風化砂，也起到改良膨脹土的作用，如借助比例適當的風化砂確定，可以適當地增加膨脹土壤中大物質顆粒的整體含量，降低土壤當中吸水物質的活性;通過在膨脹土壤中加入風化砂，同樣可以對土壤空隙進行填充，保證膨脹土路基在吸水之后的土壤擁有充足的膨脹范圍與空間;通過添加風化砂，對膨脹土壤的整體膨脹系數進行改善，有利于減小不同土壤顆粒之間的摩擦力;基于風化砂在膨脹土路基施工中的應用，也有利于提升土壤內環境含水量，以此降低膨脹土本身的吸水性。通過上述這些添加風化砂作用的發揮，可以對膨脹土路基的變形進行有效控制，但是在實際施工中要注意充分攪拌膨脹土同一定比例的風化砂，避免攪拌不充分或不均勻而使膨脹土出現了二次變形問題。

3.2 其他方法

除了對膨脹土進行改良之外，如果高速公路膨脹土段路基施工中的條件允許，那么為了確保整個膨脹土段路基施工的質量，同樣可以采取下述幾種方法：

（1）換填法。換填法就是將不滿足高速公路路基承載性能要求的土體直接替換為那些滿足施工要求和規定的填料或土體，以此改善路基的承載性。在膨脹土進行換填處理期間，可以采用灰土、砂石以及一些非膨脹土進行換填，保證換填之后的路基滿足設計規定與施工要求，減小其變形量。在實際的膨脹土換填施工期間，主要是將基底部位處的膨脹土挖除掉300～500mm，之后再在其中相應地回填灰土、砂石等一些膨脹性比較小的填料。在此基礎上，要做好換填之后的碾壓施工處理，力求可以最大程度降低路基變形量，避免其在未來出現不均勻沉降變化。

（2）樁基法。樁基是當前路基加固施工中廣泛應用的一種地基處理方式，其可以使地基沉降量控制在0，不僅適用于江河區域地基加固，同樣適用于膨脹土段公路路基處理。樁基一般具有相對較大的長細比，深度也達到了數十米，甚至一些達到了數百米，由于樁基持力層設置在承載力很強的土層或巖石層中，所以保證了其本身具有良好的承載性。但是在膨脹土段應用樁基加固路基期間，要保證整個樁基施工工序與過程的準確性，避免出現斷樁或垂直度不準等問題。

（3）預濕（膨脹）法。也是處理膨脹土路基中比較常用的一種施工處理工藝，可以對膨脹土內部的濕度進行平衡，降低了膨脹土路基的變形破壞。預濕膨脹法主要是在膨脹土路基施工之前的膨脹土中加水使其保持濕潤膨脹狀態，這樣可以使其在后續使用中不會繼續出現過大的吸水膨脹變形，有效保護了膨脹土路基結構。

4 結束語

總之，膨脹土路基是高速公路路基施工中一種特殊路基形式，本身容易誘發比較嚴重的路基沉降病害。在實際的高速公路膨脹土路基設計與施工中，需要結合工程的實際情況，在對膨脹土進行科學改良的基礎上，靈活地選用換填法、樁基以及預濕（膨脹）法等來全面確保膨脹土路基施工質量。

參考文獻：

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