公路路基施工膨胀土处理浅析

摘要:膨胀土具有很高的膨胀潜势,对保证道路在较长时间内路基稳定和路面的平整度都会产生一定的影响,文章对公路膨胀土路基处理方法进行了探讨。

关键词:公路路基;膨胀土;土工实验

中图分类号:TV741 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)29-0155-02

一、问题的提出

膨胀土是指黏粒成分主要由强水性矿物质组成,并且具有显著胀及缩性的黏性土。在广西某口岸道路施工图设计中,通过对该地区进行地质勘测,发现该地区出露的地层主要为膨胀土,该土具有吸水膨胀、失水收缩并往复变形的性质,对路基的破坏作用不可低估,并且构成的破坏是不易修复的。为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度,达到安全、舒适行车的目的,必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。所以,膨胀土的处理是该工程的重要课题。

二、膨胀土的物理性质及力学性质分析

膨胀土按黏土矿物分类,可以归纳为两大类:一类以蒙脱石为主,另一类以伊力土和高岭土为主。蒙脱石黏土在含水量增加时出现膨胀,而伊力土和高岭土则发生有限的膨胀,引起膨胀土发生变化的条件,分析概述如下:

(一)含水量

膨胀土具有很高的膨胀潜势,这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水量保持不变,则不会有体积变化。在工程施工中,建造在含水量保持不变的黏土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当黏土的含水量发生变化,立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化,仅1%～2%的量值,就足以引起有害的膨胀。在安康地区,膨胀土对人们的危害较大,建造在膨胀土上的地板,在雨季来临时,土中含水量增加引起的地板翘起开裂屡见不鲜。

一般来讲,很干的黏土表示有危险。这类黏土能吸收很多的水,其结果是对结构物发生破坏性膨胀。反之,比较潮湿的黏土,由于大部分膨胀已经完成,进一步膨胀将不会很大。但应注意的是,潮湿的黏土,在水位下降或其他的条件变化时,可能变干,显示的收缩性也不可低估。

(二)干容重

黏土的干容重与其天然含水量是息息相关的,干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0kN/m3的黏土,通常显示很高的膨胀潜势。在有些地区,人们对这种土的评语是“硬的像石头”。这表明着黏土将不可避免地出现膨胀问题。

(三)力学性质

在工程地质中,这种黏土的膨胀现象很普遍,我们通过土工实验,得出黏土的力学指标,以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析,主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。

1.膨胀潜势:简单地讲,就是在室内按AASHO标准压密实验,把试样在最佳含水量时压密到最大容重后,使有侧限的试样在一定的附加荷载下,浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件,如润湿程度、润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此,在工程施工中,改造膨胀土周围的环境条件,是解决膨胀土工程问题的一个出发点。

2.膨胀力,也就是膨胀压力。通俗地讲,就是试样膨胀到最大限度以后,再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的黏土来说,其膨胀压力是常数,它仅随干容重而变化。因此,膨胀力可以方便的用作衡量黏土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲,干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。

(四)土工实验

为了全面地了解膨胀土的物理及力学特性,指导该道路路基的施工设计,特对该地区进行了地质勘察,并进行了一系列土工实验。从实验的数据中可以发现含水量、干容重等外部及内部因素对膨胀土所产生的力学变化。以下土工实验由广西交通勘察设计院完成。

综上所述,膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外,压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件,就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形,从而采取相应的地基处理措施。

三、膨胀土路基处理

在对道路工程设计中,针对膨胀土的物理性质及力学性质,根据地质勘测的翔实报告及有关处理膨胀土的经验,设计中采用了综合处理的思想,并进行了针对性的研究,提出如下措施:

1.填高不足1米的路堤,必须换填非膨胀土,并按规定压实。

2.使用膨胀土作填料时,为增加其稳定性,采用石灰处治,石灰剂量范围10%～12%,要求掺灰处理后的膨胀土,其胀缩总率接近零为佳。

3.路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层,必要时须铺一层土工布,从而形成包心填方。

4.路堑边坡不要一次挖到设计线,沿边坡予留厚度30～50cm一层,待路堑挖完后,再削去予留部分,并以浆砌花格网护坡封闭。

5.路堤与路堑分界处,即填挖交界处,两者土内的含水量不一定相同,原有的密实度也不尽相同,压实时应使其压实得均匀、紧密,避免发生不均匀沉陷。因此,填挖交界处2米范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶,翻松,并检查其含水量是否与填土含水量相近,同时采用适宜的压实机具,将其压实到规定的压实度。

6.施工时应避开雨季作业,加强现场排水。路基开挖后各道工序要紧密衔接,连续施工,时间不宜间隔太久。路堤、路堑边坡按设计修整后,应立即浆砌护墙、护坡,防止雨水直接侵蚀。

7.膨胀土地区路床的强度及压实标准应严格遵守国家有关规定、规范。

四、结语

膨胀土是影响道路及其他构造物建设的一种特殊土质,在实际工程中,其破坏力是巨大的。解决膨胀土的问题,应着重从影响其物理、力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑,从而通过改变土的力学性质达到处理的目的。一个工程有其自身的特点及建设条件,在该口岸道路设计中,处理膨胀土的措施正在施工中应用,许多措施已显示出良好效果。

作者简介:陆建平(1975- ),男(壮族),广西南宁人,广西壮族自治区桂西公路管理局助理工程师,研究方向:公路桥梁施工技术。