浅析膨胀土路基施工治理技术

2020-02-25

福建质量管理 2020年5期

(西华大学土木建筑与环境学院四川成都 610000)

近年来，随着我国经济建设的迅猛发展，大量修建高速公路及高速铁路已是大势所趋，我国是世界上膨胀土分布范围最广、面积最大的国家之一，不可避免地要在膨胀土地区修建公路及铁路。膨胀土是自然地质形成过程中产生的一种多裂隙并具有显著胀缩性的地质体,分布十分广泛,中国云南、贵州、四川、广西、河北、河南、湖北、陕西、安徽和江苏等地，均有不同范围的分布。由于由膨胀土引起的破坏作用包括滑坡、坍塌、结构物破坏、路面变形、开裂、路基翻浆冒泥、以及水土流失等生态环境破坏。通过分析膨胀土路基病害成因提出治理技术，为膨胀土路基施工提供一定的参考。

一、膨胀土的工程特性

(一)胀缩性

由于膨胀土中含有大量的蒙脱石、伊利石等黏土矿物，故其亲水性很强。膨胀土遇水后吸水，体积急剧膨胀，使得其上铺筑的道路路面隆起，如果膨胀土的胀缩受到限制，则会产生大小不可忽略的膨胀力。而失去水分后体积严重收缩，造成土体开裂。如此一来，道路会出现裂缝，而膨胀土会随着季节变化而发生膨胀-收缩-再膨胀周期性变形，其变形特性非常显著，量值较大，给工程带来不可小视的危害。

(二)多裂隙性

膨胀土一般都带有裂隙，主要分为垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三中类型。这些裂隙会将土体分割成多个部分，严重破坏土体的整体性，这些裂隙同时也为水分入渗提供便利，加剧路基病害。膨胀土路基边坡的破坏多是由于膨胀土存在裂隙，在裂隙连接的薄弱面形成滑动面而导致的。

(三)超固结性

膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比较小，密实度大。在膨胀土路基施工中，由于其初始强度较高，路基开挖时膨胀土会出现卸荷膨胀，造成路基边坡坍塌。

(四)崩解性

膨胀土吸水后体积膨胀，在无侧限的条件下会发生吸水湿化。根据其膨胀率大致可分为强、中、弱三级。弱膨胀土吸水后，需要经过较长的时间才能逐渐崩解，且不会完全崩解；强膨胀土吸水后，很快便会完全崩解，不能作为路基填料。

(五)风化特性

在路基开挖后，膨胀土极易产生破坏，其原因是膨胀土在开挖露出后，在风化作用下土体很快出现裂纹，土体结构遭到破坏，强度降低。

(六)强度衰减性

膨胀土的结构强度一般具有较高峰值强度、极低后期残留强度特性，其强度衰减速度与土体成分、结构、干湿变化、风化等因素有关。

二、膨胀土的常见病害

(一)沉陷变形

膨胀土初期结构强度较高，施工时不易压实，路堤建成后，雨水或地面径流沿裂缝下渗，使膨胀上路基受水浸膨胀软化后，发生崩解或强度衰减，在车载作用下基床翻浆冒泥，路基下沉，并促使混凝上路面板块错台、断裂。在上部路面、路基自重与汽车荷载的作用下，路堤易产生不均匀下沉，如伴随有软化挤出则可产生很大的沉陷量，不均匀下沉导致路面的平整度下降，严重时可使路面变形破坏，甚至屡修屡坏。

(二)纵裂

路基填土达不到规范要求的密实度，后期相对沉降较大，同时路肩暴露于空气中，对大气物理作用特别敏感，干湿交替频繁变化，路肩顺路线方向产生纵向开裂而破坏路基。

(三)翻浆冒泥

路基顶部受外部气候、温度等作用，多次膨胀变弱，再经水浸泡溶胀，强度骤减，受力后形成水囊，使道床下沉挤入土中泥浆上翻冒出引起轨道变形。雨季路面渗水，土基受水浸并软化，在行车荷载作用下，形成泥浆，挤入粒料基层，并沿路面裂缝、伸缩缝溅浆冒泥。

(四)坍肩

机械碾压时，路堤外缘压不着，路肩部分土体压实不够，又处于两面临空部位，容易受到风化作用而强度降低。当有雨水渗入时，在上部车辆动荷载作用下，使路基产生滑坍，使路肩错落而向路中心发展。

(五)溜坍

主要是边坡压实不够，表层风化、吸水过饱和，在重力与透压力作用下，沿坡面向下产生塑流状塌移而破坏路堤。溜坍多发生在雨季，与坡度无关。

(六)搓板

搓板是黑色柔性路面最常见的病害之一，除了因沥青面层材料及行驶车辆推挤作用等因素影响外，对于膨胀土地区道路，由于路幅内路基含水率不均匀变化而引起的不均匀收缩，使路面产生幅度很大的横向波浪变形，造成车辆行驶时发生剧烈颠簸震动，同时又进一步加剧路面搓板的形成。

三、膨胀土路基施工治理技术

(1)改良法是改变膨胀土的亲水性和胀缩性的方法，目前国内普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等进行改良处置，亦可用其中的两种或三种进行综合处置。石灰的固化作用是通过离子交换，在相互作用下形成新的矿物而显现出来的，具体的掺灰率根据膨胀土的具体情况根据试验确定。另外，国内外也采用一些化学外掺剂如氢氧化钠、碳酸钠等。通常在加入外掺剂吼，土的性能可得到较大改善。

(2)封闭法对路堤两侧全部采用浆砌片石、混凝土预制块封闭，加深边沟，增设盲沟、渗水沟等措施，封闭法的实质是保持膨胀土中水分不改变，克服膨胀土吸水膨胀、失水收缩，对地表水、地下水均需设置渗水及排水设施，将水引排出路外。

(3)加固法是采用抗滑桩加固。稳定膨胀土填土边坡方法，以及设计考虑土体膨胀压力的挡土墙的方法。

(4)换填法是挖除路基施工范围内的膨胀土，采用工程性质较好的土质填筑的方法。在一定深度以下的膨胀土含水量基本不受外界气候的影响，该深度称为临界深度，该含水量称之为临界含水量。由于各地气候不同，各地膨胀土的临界深度和临界含水量也有所不同。换土深度要考虑受地面降水的影响而使土体含水量急剧变化的深度，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。换土是膨胀土路基处理方法中最简单有效的。由于但容易导致膨胀土地区水土流失、生态环境严重破坏。