膨胀土地区道路设计研究

潘思祎 王洪涛 刘千帆

摘要：膨胀土在我国分布较广，各地土的性质和力学性能各异，确切了解膨胀土的特性及其在工程中施工要素对公路及铁路建设具有重要意義。本文通过介绍膨胀土的特性，对公路工程的危害，膨胀土的防治，以及试验寻找更多有效防治措施，为类似工程提供借鉴。

关键词： 膨胀土 ； 特性危害试验 ； 措施

1引言

土具有随处可见，开采方便，通过就地取材、不需要任何人工处理就能够直接使用。但对于土的类别、物理性质以及使用品质等方面还是不清楚，经常会出现在施工过程中盲目使用，特别是膨胀土。膨胀土在施工过程中经常是被列入到特殊土范围中，在施工中进行严格处理。

随着交通建设的高速发展，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。我们国家加大了对膨胀土的科学研究力度，各地相继取得了一些成功的治理经验。但仍有许多需要我们不断摸索。所以，膨胀土的处理是工程建筑行业的重要课题。

一、膨胀土的特性

膨胀土一般系指黏粒成分主要由亲水性矿物（黏土矿物）组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土，一般强度较高、压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的地基土。

缩特性，但胀缩量不大，对工程无太多影响；而膨胀土的膨胀一收缩一再膨胀的周期性变化特性非常显著，常给工程带来危害。因此需将其与一般黏性土区别，作为特殊土处理。膨胀土亦可称为胀缩性土。

我国膨胀土除少数形成于全新世（Q4）外，其地质年代多属于第四纪晚更新世（Q3）或更早一些，具有黄、红、灰白等色，常呈斑状，并含有铁锰质或钙质结核，具有如下一些工程特性：

1.野外特性膨胀土一般分布在Ⅱ级或Ⅱ级以上的河谷阶地、丘陵区及山前缓坡地带。旱季地表常出现裂缝，雨季闭合。

膨胀土结构致密，为坚硬或硬塑状态，一般液性指数IL≤0，塑性指数IP>17。膨胀土距地表1～2 m内常见竖向张开裂隙，向下逐渐尖灭，并有斜交和水平裂隙。膨胀土地区的地下水多为上层滞水裂隙水，随季节水位变化大，引起地基不均匀胀缩变形。

2.矿物成分膨胀土的矿物成分主要是次生黏土矿物蒙脱土和伊利土。蒙脱土矿物晶格极不稳定，亲水性强，浸湿时强烈膨胀。伊利土的亲水性较高，次于蒙脱土。当地基中含较多的蒙脱土和伊利土时，遇水发生膨胀隆起，失水产生收缩下沉和干裂，对建筑物危害很大。

二、施工应注意的问题

1.加强土的粉碎和拌和的均匀性，避免出现素土夹层

在实际施工过程中如果遇到了膨胀土，在这样的道路路基上施工我们就要严格按照工程要求遵循在旱季时期进行施工，避免在雨季施工，同时还要注意先排水后施工，对于工程需要挖坑的地方要及时、快速开挖，严格遵循挖槽分段化，提高作业速度，减少整个基槽因为长时间施工而造成的曝晒、风干，除了遵循以上条件外，还应该注意以下几点：

施工中要加强土的粉碎，就要严格控制最大粒径的数量，尤要控制>5mm，悦悦的土块，旋耕时要掌握好“最佳时机”，因含水量过大或过小均不利于破碎。通常是在土块的外表含水量较大于最佳的含水量的时候旋耕与粉碎，这样效果是比较好的。粘性得土块表面的含水量一般都是较小而且内在的含水量却是很大。为此，尝试在寒冬前需要备土，让土受到冻而疏散，解冻完后再作相关的破碎施工，这样效果就比较好了，为了避免一些石灰土会产生一些大土块的集中区与素土夹层，可以将碾压的厚度尽量控制在20cm左右的范围内，旋耕机最大的旋耕深度在25cm左右，这样就使得旋耕时的下层路基土会稍耕起点，只要再把石灰拌和的均匀些，一般就不会出现所谓的素土夹层。

2.加强边缘地带的碾压

边缘地带，即软硬路肩部位，常是施工的薄弱环节。尤其在膨胀土地区，块体常集中该处，如碾压不实将成隐患。如其中一段，在填80cm第一层时，由于边缘块体集中，碾压达不到压实度，加之边沟水位较高，边缘带受浸泡成软塑状态失去强度，只有采取挖掉重做的处理方法。这种情况手指一般可以伸进。失水后可见收缩裂缝，间距16-20cm，单缝成踞齿状，上宽6-7mm，下宽2-3mm裂缝间还可见宽1-3mm龟裂纹。此即因边缘地带碾压不实，加之边沟渗水所致。故加强边缘地带碾压妥善处理好十分重要。

三、膨胀土地基的工程措施

膨胀土地基的工程建设，应根据当地气候条件、地基胀缩等级、场地工程地质和水文地质条件，结合当地建筑施工经验，因地制宜采取综合措施，一般可以从以下几方面考虑：

1.设计措施

（1）建筑场地的选择。根据工程地质和水文地质条件，建筑物应尽量避免布置在地质条件不良的地段（如浅层滑坡和地裂发育区，以及地质条件不均匀的区域）。重要建筑物最好布置在胀缩性较小和土质较均匀的地方。山区建筑应根据山区地基的特点，妥善地进行总平面布置，并进行竖向设计，避免大开大挖，建筑物应依山就势布置。同时应利用和保护天然排水系统，并设置必要的排洪、截流和导流等排水措施。有组织的排除雨水、地表水、生活和生产废水，防止局部浸水和渗漏现象。

（2）结构处理。在I、Ⅱ、Ⅲ级膨胀土地基上，一般应避免采用砖拱结构和无砂大孔混凝土、无筋中型砌块建造的房屋。为了加强建筑物的整体刚度，可适当设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖腰箍。单独排架结构的工业厂房包括山墙、外墙及内隔墙均宜采用单独柱基承重，角端部分适当加深，围护墙宜砌在基础梁上，基础梁底与地面应脱空10～15 cm。建筑物的角端和内外墙的连接处，必要时可增设水平钢筋。

（3）地基处理。基础埋置深度的选择应考虑膨胀土的胀缩性、膨胀土层埋藏深度和厚度以及大气影响深度等因素。基础不宜设置在季节性干湿变化剧烈的土层内。一般基础的埋深宜超过大气影响深度。当膨胀土位于地表下3 m，或地下水位较高时，基础可以浅埋。若膨胀土层不厚，则尽可能将基础埋置在非膨胀土上。膨胀土地区的基础设计，应充分利用地基土的承载力，并采用缩小基底面积、合理选择基底型式等措施，以便增大基底压力、减少地基膨胀变形量。

4.总结

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，在笔者参加的两项工程的施工中，处理膨胀土的措施正在施工中应用，有的措施已显示出良好效果，有些对其功效尚需进一步加强证实。

参考文献

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