膨胀土路基设计与处理措施

蔡伟红

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

1 膨胀土的工程特性

（1）胀缩性

一般膨胀土在吸水之后体积会迅速膨胀，影响路面，而一旦失水，则体积就会应声收缩，引发土体的干裂现象，造成路面下沉。膨胀土与黏土存在着胀缩性上的差异，过多的干缩湿胀容易影响到土的有效凝聚力，大大减弱土体强度。

（2）多裂隙性

在膨胀土中，一般有垂直、水平以及斜交裂隙这几种，藉此将土体层分成如菱块状、短柱状的带有几何形状的一些块体，对土体的完整性造成影响。膨胀土造成对路基边坡的破坏一般也是与土中裂隙相关，并且滑动面也主要是受到裂隙的软弱结构面的控制。通常存在的一些对其裂隙性的阐述：首先是将产生裂隙的原因归结于其胀缩的特性，加上反复膨、缩，周期上的变化，造成土体的结构日见松散化，而这些结构的松散特点又让雨水得以进入，再次引发胀缩现象。此外还有观点认为，裂隙性造成的应力集中以及吸力下降或导致土层的软化，从而对土体造成严重破坏。

（3）遇水崩解性

在浸水后，一般膨胀土的体积就会迅速膨胀，如不存在侧限，就很有可能会产生吸水湿化现象。不同的膨胀土所具有的崩解性也有区别：强膨胀土一般在亲水之后，短短几分钟之内就会完全崩解；弱膨胀土在浸水之后要完成崩解需要较长的一段时间，而且崩解还不完全。

（4）超固结性

膨胀土一般都会带有很强的超固结性，天然的空隙小，其初始结构的强度比较高，在路基挖开之后就会产生土体的超固结力释放现象，随即边坡以及路面就会产生膨胀的现象，目前这一现象被视为是造成边坡渐进性出现破坏的关键原因。

2 破坏特点与常用防治措施

2.1 破坏特点

（1）集中性：裂缝以及路基的下沉等经常是成群、成片产生和分布的，破坏的情况比起其他的土壤也更为严重。

（2）方向性：路基的边坡由于日照的作用，其干湿循环效应突出，因此也常常会发生边坡滑坡现象。

（3）季节性：膨胀土的路基病害经常出现在多雨的季节，尤其是大旱之后的大雨期。

（4）持续反复性：膨胀土的路基多数带有持续、反复性特点,只有多次整治之后才会稳定有效。

2.2 常用防治措施

考虑到膨胀土带来的危害性，当前针对膨胀土的防治以及施工的技术已经进行了不少研究及实践，以下介绍几种通常的防治措施。

2.2.1 膨胀土改良

对路基的填料进行改性处理，也就是掺石灰改良,借助离子交换，次生碳酸钙胶结性、黏土颗粒以及石灰之间的作用产生新含水硅酸钙、硅酸。

2.2.2 保湿防渗

考虑到膨胀土路基常常带有显著的吸水膨胀以及失水收缩的特性，所以，应当着重考虑对路基边坡以及路肩的土体使用保湿防渗的方式,避免土体出现干缩湿胀及表层风化，削弱抗剪强度。

（1）封闭路基坡面或路肩。借助二灰土或三合土进行封闭,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。此种方法操作简单，效果很好，成本也低，当然也可以用厚度0.25～0.30 m的浆砌片石封面，但这种方法的造价比较高。

a.在路基以及边坡上及时喷沥青膜，如有必要可以延伸，位置可超出边坡特定高度。

b.借助垂直合成纤维完成水流阻截。

c.借助非膨胀土对堤身包盖，厚度控制在1 m以上。

d.坡面封闭。借助3m×3m的石砌棱形骨架，尺寸控制0.35m×0.35m,中间使用二灰土进行封闭，厚度至少15 cm,当然，也可以在格内铺上草皮。

（2）挡土墙的防护

对于挖方路堑段，为避免坡脚处产生太大的剪应力，造成塑性破坏，可以把挡土墙制作成为斜墙体形式，将其与排水沟连接，在避免路面水渗入墙底造成路基软化的同时，强化挡土墙的承载能力，增强抗滑稳定性；此外还应当对路基土进行保护，避免由于雨水漫入造成膨胀。

（3）土钉锚杆护坡

土钉锚杆护坡依托土钉为核心的受力构件，是一种边坡围护结构技术，广泛应用在基坑的围护工程当中。将土钉锚杆以及坡面的筋网架实现结合，对坡面进行框箍，既能够抵制土体产生的膨胀力，避免湿胀变形，控制坡面土的含水率以及干重度，又能够起补偿效果，即便是反复干缩湿胀影响到土体的抗剪强度，但是借助土钉锚杆也能够有效加大坡面筋架对坡面的预应力，保持边坡的稳定。考虑到此类护坡技术具备较高的施工难度，并且成本过高，因此建议对那些膨账潜势较强的路基边坡可以使用此法。

2.2.3 加固路基

（1）建造抗滑桩

对于那些有着不良的工程及水文地质的路段，为避免产生危害性较强的滑坡事故，建议在路基的两侧使用单排或双排预制桩，并及时于桩体之间加设冠梁，进行横向的支撑等多种措施，强化路基的整体性以及抗滑稳定性，增强支撑效果。

（2）建造重力式的挡土墙

大量的工程实践已经证明，膨胀土挡土墙的破坏模式经常会在墙体的上部被剪断。这主要是由于膨胀土的路基挡土墙受力特点所影响的，一个是挡土墙必须承受一般土的压力，此外还要承受土体膨胀的压力，它的作用范围处于墙体的中、上部，也就是在墙背填土含水率产生变化的范围内，即沿墙高的2 m处即可。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

公路长为2.871 85 km，设计路宽为8.50 m，按二级公路建设标准修建。拟建项目位于昆明市兔耳关附近，地貌上属侵蚀溶蚀中山区，相对高差一般小于50 m，总体场地起伏大，并见几个落水洞。拟建项目地面高程介于2 070.52～2 144.56 m之间，相对最大高差74.04 m，地形起伏较大，地面坡度一般20°～40°。

3.2 膨胀土路基填筑采用的处理措施

K0+024～K0+147路段挖方路堑位于拟建公路前段，中线最大挖方深度约9.00 m，施工后将在左侧形成高约8.5 m、右侧形成高约5 m的人工边坡。根据钻孔揭露，挖方路堑段上覆黏土②层，揭露厚度4.80～8.00 m，下部为黏土③层，揭露厚度7.80～9.10 m，无地下水，工程地质条件一般。边坡高度大于6 m，建议坡比按1∶1.50～1∶2.00选用，顶部设置截（排）水沟，下部设置挡土墙，挡墙基础可置于③层，基础宜适当加宽加深，挡墙高度宜高于③层顶标高。由于上覆黏土②层具土疏松现象，应采取框梁加植物护坡方式进行坡面防护，边坡开挖后应及时防护封闭。

K0+024～K0+147为该公路中一路段，且其位于拟建公路起点，中线最大填方高度约9.00 m。根据钻孔揭露，该路段表层为厚0.60～1.90 m的填土①层，为软弱土，分布不连续；下部为黏土②、黏土④层及基岩灰岩⑤1、灰岩⑤2层。无地下水，软弱土层对路基稳定影响较大，填方施工后可能会产生不均匀沉降等现象，建议对该层进行清除处理，加强排水设计，采取适当的回填材料，按1∶1.50的坡比分层回填压实，两侧加强支挡设计，可采用挡墙方式。选用黏土②、黏土④层为基础持力层，基础应扩大加深。

基于以上已经了解到的基本情况，提出强膨胀土无法用来进行路基填筑，使用弱性膨胀土填料的时候应当进行改性，也就是掺加一些外加剂的改良膨胀土。这是借助于膨胀土中加入一定的石灰、水泥或者其它的固化材料，借助固料以及膨胀土黏土矿物中的豢脱石、伊利石以及高岭土作用，降低胀缩性，将其胺缩总率压缩至零，从而改变膨胀土。对路基的填料进行改性的最普通方法也就是掺石灰，借助其作用经由离子交换，次生碳酸钙胶结性、黏土颗粒与石灰产生含水碳酸钙、硅酸等矿物。至于加入石灰的配比以及处理的膨胀总率最好不超0.7。以各类指标进行评定后得出这就是弱膨胀土，因此使用一定量的石灰加入措施对膨胀土完成改质，从而满足高速公路的路基建筑要求。

4 结语

膨胀土是一种对于道路及其它构造物建设都会产生一定程度影响的特殊土质，而在实际施工过程中，其对工程的具大破坏力是显而易见的。要想把膨胀土的问题解决好，就要从影响其物理力学性质变化的内在因素和外在因素等多方面加以考虑，通过调整土的力学性质加以处理。就每一个工程来看，它们都有其自身的特点及建设条件，在本文分析的道路工程设计中，处理膨胀土的相关措施已经被应用于工程实践，其结果表明处理措施有良好的施工效果，已验证其有效性。

[1]胡拔香.随岳高速公路膨胀土路基施工技术研究[D].西安：长安大学，2011.

[2]陈景星.南邓高速公路膨胀土路基处治技术研究[D].西安：长安大学，2007.

[3]王恒博.软土地区铁路复线路基工程施工关键技术研究[D].西安：长安大学2010.