膨胀土地区铁路路基病害分析与整治

薛五红

摘 要：作为在全世界范围内分布非常广泛的一种特殊豁土，膨胀土有着这样的性质，也就是膨胀土当遇水的时候会发生膨胀并且失水收缩开裂，而且当其反复胀缩将会导致土体强度的减小，这些都对于铁路建设工程安全性有都有着巨大隐患。因而对于铁路建设项目的施工以及后来的运营而言，需要地预防整治膨胀土地区铁路基床病害。这些病害主要有路基下沉等表现，而且其中里面基床翻浆最为明显，因此文章从该角度对于膨胀土地区基床病害综合整治方法进行了研究和探讨。

关键词：膨胀土；基床；病害；预防（整治）

1 引言

在全球范围内，膨胀土的分布都非常广泛，一直到当今为止，膨胀土所分布的地方以及国家遍布世界各地[1]，例如中国、俄罗斯、加拿大、印度等国家，膨胀土年蒸发的蒸腾量超过甚至都超过了在半干旱地区年降雨量，而且膨胀土分布比较集中的位置大概处于在北纬60度至南纬50度的区间。可见膨胀土的分布之广，对于一些建设项目工程都有着很大的威胁。

对于膨胀土而言，有明显胀缩性、多裂隙性等特点，而且这些特征都会引起铁路工程施工及维护方面的不安全[2]。到现在为止，中国的京九、南昆等几条铁路干（支）线，运行通车后这些膨胀土地区的路基段都产生了路基病害，甚至有的路基损坏率达到75%，路基基床病害很常见。

2 膨胀土定义与特性

2.1 膨胀土的定义

膨胀土定义为它是一种容易膨胀，并且在失水收缩后开裂的土壤，这种土壤的主要成分成分包括了有着较强的亲水性矿物蒙脱石，伊利石等，在自然条件下，主要是硬质塑料或硬状态，与裂隙发育，常见的表面光滑，划痕，裂纹开闭等，这些大多数存在于盆地的边缘，山前丘陵等地方，膨胀土无明显天然陡坎，它的基本特性包括胀缩性以及抗裂性等[3]。

2.2 膨胀土的基本特性

2.2.1 膨胀土微结构

细小的豁土矿物颗粒是膨胀土微结构的主要成分，同时还有粉粒和砂粒等。伊利石多呈叶片状，薄而细碎；蒙脱石呈球状集合体；长石为长柱状，主要已蚀变为蒙脱石。颗粒主要以微集聚体形态在膨胀土里面[4]。这些土里面的裂隙比较成熟，也许是土在胀缩过程中因受力引起，这些裂隙的存在是促使其强烈膨胀和收缩的原因所在。

2.2.2 湿胀干缩

膨胀土本身的组成物质及微结构特征决定湿胀干缩特性，另外还受膨胀土所处环境条件的影响[5]。改变土壤水分由地下水和地表水造成的气候（降雨，蒸发，气温）变化，漏水和导热系数等动态变化会引起土壤水分变化，水的增加而失去的迁移，促使进一步膨胀收缩变形发生。

2.2.3 多裂隙

原生裂隙多为闭合状的显微裂隙，表现隐蔽征，一般要电子显微镜或光学显微镜等来观察。多裂隙性是膨胀土的比较明显的特征，裂隙的发育使得循环速度加快。加速了土体的破碎与变形的速度，从而导致了土体的干缩湿胀效应更加强烈[6]；因为地下水的渗透以及淋溶将会导致膨胀土的风化作用变得更加恶劣，所以会引起导致伊利石和蒙脱石等强亲水性矿物成分变多。

2.2.4 超固结

在膨胀土颗粒的不断沉积过程中，由于有重力导致渐渐地堆积起来，所以当覆盖层的堆积物在渐渐地变厚，所以导致下面的土体会变得更加紧密。然而，土颗粒的沉积过程由于受到自然地质的复杂作用，一段时期位于连续的堆积加载的阶段，然而在另一时期却会导致卸载作用[7]。所以，土体前期固结所产生的部分结构强度，限制了因卸载产生的膨胀变形，使土体处于超固结状态。土体在不断开挖时，土体内积聚的能量将逐渐释放，卸荷膨胀效应非常明显，另外由于巨大应力集中将在路堑边坡坡脚附近产生，从而造成了塑性区，进而影响路堑边坡的可靠性与安全性。所以，在相同高度和坡度的路堑边坡条件下，膨胀土路堑边坡更易失去可靠性与安全性。

2.2.5 崩解

由于多裂隙膨胀土，雨水迅速沿裂隙土，在墙的两侧潮湿的土壤裂缝，渗透产生不同的内力。在水膜的强大作用楔入效果，不同的土壤颗粒或各种形状的解体，坠落等将发生在周围的土块崩解现象。

2.2.6 风化

风化作用包括物理风化和化学风化。改变土壤颗粒，如所谓的物理风化土壤结构的形状和外观，发展中膨胀土的物理风化作用将进一步加剧裂缝。土壤矿物的化学风化进行更改，肿胀土壤的性质也将受到影响。在这项研究中，依据膨胀土的发生风化现象，伴有不同程度的风化分别为膨胀土可分为三个层次的风化层，这是一个强大的一层，薄弱层和微观层面。

3 病害的预防和整治

3.1 整治原则

文章根据膨胀土基床的病害，其产生以及发展，并且结合了膨胀土特性以及水等的相互作用，并且这些整治的工程设计和施工质量，以及轨道和路基的养护维修质量都有着密切的关系。所以，要从这些因素开始进行考虑，并且对于膨胀土的基床病害进行综合性整治以及对其进行预防，因此在膨胀土基床病害整治中必须依据下面的原则：

（1）消除基床土质不良等不利条件，主攻其一，兼顾其它的措施。（2）加强和改善路基排水条件，保持良好的排、截水设施，防止地下水侵入基床。（3）改善道床及轨道结构，加强轨道维修以缓和列车的冲击作用。（4）改良基床填土的性质。

3.2 整治方法和措施

3.2.1 排、截水

防治膨胀土基床病害重点之处是排、截水，依据实际情况设置反滤层及泄水孔的深侧沟，纵向渗沟等。

3.2.2 设置改性桩

一般常用的主要有石灰桩、石灰煤碴桩以及水泥桩等，具体结果如图1所示。

3.2.3 设置土工合成材料

设置土工合成材料要依据病害产生的原因，选择不透水型的土工膜等。

3.2.4 换填部分基床膨胀土

路堑地段一般换填深度为0.6m，如图2所示，在与侧沟交界处设置作用良好的反滤层及泄水孔。路堤地段的换填深度，要视填筑膨胀土的土性等级，以及道碴陷槽、道碴囊的深度而定。

3.2.5 设置缓冲层一砂垫层或砾石垫层

这种垫层对降低其下膨胀土的含水量的变动幅度，减少膨胀土胀缩特性产生的主要外部原因，起到一定的作用；同时，可以在一定程度上缓冲和调整胀缩变形。缓冲层一般为0.3m。

4 工程实例

4.1 膨胀个土填料改良室内试验

以某工程为例，根据设计石灰（包括生石灰、熟石灰）4%、5%、6%、7%、8%、10%掺入重量制备膨胀土试样，对膨胀土试样做改良室内试验。

4.2 改良前填料的物理力学性质

要排除麦面粉为基础的填充物，是一种超固结高塑性排除土壤，较高的自然力量，水的物理性能差，那种扩张的背后压实土壤比原状土大得多，通过湿试验，膨胀力，无侧限的测试结果，原来是在一个弱膨胀原状土压实微扰被改造成一个强大的多数膨胀土压实和扩张后成正比变化的程度的关系。

4.2.1 物理特性

试验表明，原状土具有较高的机械强度，将值达到27.50，膨胀土无侧限强度达到280kPa，弱力扩张膨胀土样分别约为420kPa，180kPa。

4.2.2 胀缩特性

从测试结果表明：弱膨胀土样自由膨胀平均值分别约为31.1%和18.5%，弱膨胀土样品的指标在50kPa的扩张负载量。

4.2.3 水理特性

通过崩解试验土样显示：一种弱膨胀土浸泡三个小时，崩解约70%，在48小时解体率为85%；中性膨胀土浸泡两个小时，55%崩解，24小时完全崩解。

4.3 填料改良后物理性质及颗粒级配的变化

4.3.1 物理性质的变化

通过塑土，液试验表明：液限是基本相同的膨胀土改良前后，随着灰分含量增加掺杂略有增加，但在限塑膨胀土改良，当与灰混合显著增加率为5%或约15.9%的增幅，中性那种膨胀土大约16.3%，28.8%-36.7%的弱膨胀土样。

4.3.2 颗粒级配的变化

从测试看出：经过改良，膨胀细土结构，孔隙率降低，蒙脱石颗粒的球形集合体显著增厚，进一步验证了用石灰改良土作用。

4.3 室内试验结果

铁路建设项目是弱或中度作为填料，有膨胀土，塑料，液限和较高的水分含量，主要由谷物为主排除粒度粉末没有强烈的源泉。较弱的中性灰色超过6%的性膨胀土是5%最好的膨胀土混合。石灰改良土壤粒径分布显著改善；显著降低塑性指数，等于或小于10的平均数；37.6%以下的平均膨胀率的自由；无侧限强度上的提高（包括饱和无侧限强度）的最低年龄限制以上，达到690kpa外形显著较大，无副作用7D饱和强度，在880kPa以上的无侧限强度值；在840kPa。28D饱和无侧限强度值以上，无侧限强度1.3mpa的上面，因此，石灰改良D类可用于填充膨胀土填筑路堤。

5 结束语

通过理论分析，石灰改良测试，现场测试等方式，探讨了工程膨胀土的地质特性，原理以及铁路基床病害和病害的治理，进行了较深入的讨论，有针对性地提出施工技术，提高实验室检测，施工工艺和操作后路基状况。

参考文献

[1]张树军.改良膨胀土填筑路基的施工工艺及质量控制技术研究[D].成都：西南交通大学，2006.

[2]王浩.DAH石灰混合溶液渗透方法改良膨胀土技术研究[D].西安：长安大学，2003.

[3]赵满庆.裂隙土基床病害整治研究[D].成都：西南交通大学，2002

[4]魏建兵.膨胀土路堤桩板墙土工离心模型试验研究[D].成都：西南交通大学，2008

[5]杨位洗.地基及基础山.第三版.中国建筑工业出版社，199：399-400.

[6]刘成宇.土力学[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[7]李隽蓬，谢强.工程地质[M].成都：西南交通大学，2001.