膨胀性软土地基处理与实例分析研究

杜巍林

摘 要：南宁市以高海拔平地为主的地层，主要为赋存稳定的淤积第四系为主。因为第四系土层较软，流沙层赋存稳定，地下水补给系统较为完整，所以，文章研究方法以划出孤立地下水控制块切断膨胀土的膨胀动力。在较复杂第四系上施工高标准道路，必须严格控制施工质量，才可以保证膨胀土在道路基础部分的膨胀率在控制范围内。

关键词：地下水活动；软土；地基处理；实例分析

引言

南宁位于广西壮族自治区南部偏西，位于东经107°45′～108°51′，北纬22°13′～23°32′之间。南宁地貌以高海拔平地为主，北部有顶部海拔600米低山一座，东部分布较低丘陵若干。山地及丘陵占市区总面积的20%左右。西江自西而东穿过南宁市区，另有郁江、右江、左江、红水河、武鸣河、八尺江等在区域内流经或者汇集。南宁市平地第四系较厚，90%以上平地第四系厚度0.6米以上，40%以上的平地第四系厚度在2.0米以上。但同样因为南宁地区丰富的水系和相对肥沃的土壤，南宁地区往往需要在流动性和膨胀性较强的土地上进行施工。

1 工程概况

本研究工程为某二级公路系统，公路连接永安路与X027县道，永安路是连接西宁市政道路与G7211机场高速的主要道路，而此公路虽然在较厚的第四系土层上建设，但其主要功能是联结马头山开发区与G7211机场高速及西宁市区。道路宽度30米，长度3千米，设计通车量每天7000辆。

工程压覆第四系土层厚度3.6～7.2米，以道路中线两侧扩展1500米为考察区，考察区内第四系厚度0.6～11.4米，丰水期区域内浅层地下水受到西江等水系直接补给，枯水期区域内浅层地下水向西江等水系反补给，所以区域内浅层地下水埋深变化幅度在地表下4～8米变化。这使得工程区域地陷地质灾害严重，土壤的周期性膨胀压力对道路路基的损坏作用较为严重。

地表以下约1.3～1.5米有1层赋存稳定的含水流沙层（底板），该流沙层厚度0.2～0.3米深，是地表土壤含水量补给的主要脉络。

2 土基础处理方法

2.1 土基础处理

将表土剥离约1.5～1.6米深，完整揭露流沙层底板，将底板土地使用手推式夯土机打实，进而使用振动式13吨三轴羊足压路机压平。使用地平仪测量该水平距离设计标高的距离，使用粒度0.5mm以下的粉煤灰拌合粒度2～4mm的石粉压实到-1500标高。以上形成本工程的土基础。

2.2 地下水控制

道路中心线两侧18米采用0.8米排距深孔劈裂水泥注浆，形成阻水层，因为地下水补给方向与道路走向一致，所以阻水层的设置对地下水的自然流向影响较小。

2.3 三合土基础设计

阻水处理之后的土基础具有了一定的稳定性，其地下水扰动较小，所以上覆各层主要目的为吸收和抵抗土基础的小幅度膨胀及变形带来的形变。I层是在粉煤灰基层上铺设生石灰80mm，使用压路机轧实到20mm，部分生石灰渗入粉煤灰层。生石灰可以有效吸收施工过程中进入到基础内的水分，形成水合物，构成致密的阻水层。所以铺设过程中，生石灰不需要单独补水。生石灰上铺设三合土并逐步轧实至-500标高。三合土是I层的主要材料，其可塑性好，承载力大，可以较大幅度的吸收基础形变。三合土采用粒度35～50mm的石灰岩骨料、配合粒径4～6mm的石粉、掺入黏土中搅拌形成。轧实后，1.0米厚度的三合土可以吸收90%以上的参与形变。

2.4 硬化基础设计

硬化基础利用其刚性对抗膨胀土基础的形变问题，虽然正常状态下年周期变化幅度100mm左右的土层在经过2.1～2.3阶段处理后，其变化幅度远小于10mm，但如果直接在三合土基础上铺设沥青路面，此变化幅度也会对沥青路面带来致命的扰动。文章设计300mm厚度的钢筋混凝土硬化基础，分2层铺设，每层厚度150mm，每层底部20mm布置8mm圆钢作为骨架的钢筋编网作为抗拉支持系统。编网采用200mm×200mm的正方形网格，使用2#扎丝扎紧。混凝土采用C25预拌混凝土浇筑，使用振动棒捣实，顶部机械辅助抹平。

2.5 沥青路面

使用防水改性沥青路面铺设2层共100mm，形成本项目路面。

3 问题及对策分析

3.1 膨胀土的应变影响无法彻底避免

本研究方法，完全避免了1.5m流沙层以上膨胀土变化给路基带来的影响，阻断了10米深度以内的浅层地下水活动，但从仿真分析来看，此方案仍然会形成10mm左右的路基应变，应变过程存在约5%的不均一性，导致路面可能发生较强的剪力。本设计路面为分列式路面，中间设立安全岛隔离带，减小了单一混凝土块的跨度，以求减轻这种不均一性。同时，在路面上每隔30～50米设立泄压槽，使得路快宽度孤立为8×50米，最大程度上减轻了道路变形压力。

3.2 施工质量削弱地质灾害防御

本系统可能出现以下施工质量问题导致基础地质灾害防御能力，导致道路基础的膨胀压力控制力减弱。

3.2.1 夯实不彻底

路面夯实过程是本工程执行的重点，如果夯实过程不能使土基础达到足够的密实度，会使得地下水控制作用减弱。而夯实不彻底带来的地下水作用增强导致的路面土基础膨胀过程加剧，很容易损坏路面。此问题对策只有加强施工质量管理，采用逐层审核和筛查的方式，找到施工质量问题，防止出现因为上覆路面施工掩盖下层路基问题的情况。

3.2.2 筑路材料配比问题

施工用到的隔水砂层、三合土、混凝土、改性沥青都牵扯到材料配比问题，只有严格工程质量管理对材料配比严格控制，才可以在源头上解决施工质量问题。

3.2.3 路面铺设过程中混入杂物

因为大部分道路的铺设过程都允许行人就近通过，这个过程严重扰乱路面的整洁度，不少烟盒、塑料袋、塑料瓶等杂物会在施工基层上丢弃，甚至不少生活垃圾也会在路面基层上倾倒。这些杂物对路面施工质量带来较严重的问题。建立施工场地行人管理制度，请交通及公安机关协助管理随意破坏施工的周边居民及行人，是减少路面杂物的有效措施。同时施工过程中也应该严防其他建筑材料及移出物混入路基表面。

3.2.4 过水地铺设或者下层路面被破坏

因为中途出现降水等强对流天气可能造成路面的积水和积雪，这种状态下直接进行施工，会直接扰乱拌合物的稳定性和配比，严重时可能造成其应力应变特性发生变化。路面因为外力及不当施工也可以引起损坏，损坏过的路面必须经过修复和鉴定后才可以继续下一步施工。

3.2.5 建材质量问题

道路路基施工过程中使用到的石子、石粉、生石灰、钢筋、水泥等建材，较容易出现不健康供应链带来的建材质量问题，这些质量问题可能从源头上直接影响施工质量。严格招投标制度，严防招投标腐败过程，坚决打击在招投标过程中认为干涉招投标结果的企业工作人员，是实建材现质量管理的唯一有效途径。

4 结束语

总之，针对较厚第四系且具有膨胀风险的土层施工较高级别公路，具有一系列行之有效的工程方法。但是这些工程方法施工过程相对复杂，施工过程较难控制，施工方必须具有完善的工程质量管理能力才可以保证施工过程的安全高效。同时，道路基础施工是本系统防止土层膨胀带来的基础破坏。

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