试论公路工程中膨胀土试验及其处理策略

诸葛红玲

摘要：众所周知，在公路工程建设中，膨胀土是一种常见的土壤结构，由于其具有吸水膨胀、失水收缩的可变性，常常对公路路基的稳定性造成严重的影响，因此，为了保证公路路基的稳定以及路面平整度，确保行车安全舒适的体验，加强膨胀土的处理显得尤为重要。基于此，本文主要对公路工程中膨胀土的判别试验及其处理策略进行探讨。

关键词：公路工程;膨胀土;处理策略

1 膨胀土的特点及其对公路工程的影响

膨胀土是公路建设中常见的一种土壤结构，其主要由粘土中的亲水性物质组成的一种富含亲水矿物的高塑性粘土，随着其含水量的增加或减少，其体积会有明显的胀缩变形，因此，具有吸水膨胀、失水收缩、反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂缝发育等特点，非常不稳定。膨胀土有三个主要特征，分别是多裂隙性，超固紧性和湿胀干缩性，由土的自由膨胀率工程地质等综合判定的。它是由土壤自由膨胀率的工程地质学决定的。在公路工程中，膨胀土由于吸水收缩而易于变形。如果在路基施工中使用，不利于路基的稳定，严重时会对路基造成不可弥补的损坏。同时，膨胀土在公路建设中具有很大的阻水作用。由于膨胀土的堵塞作用，施工不能及时完成，造成资源浪费。吸水、膨胀、失水、收缩都会导致路基开裂，影响驾驶员的行车安全和国家税收。为了保证路基的稳定性，确保行车的安全性和舒适性，施工前应采用正确的方法对膨胀土进行判断。另外，如果能够准确了解膨胀土的性质和变化，就可以了解地基的变形趋势，从而采取有效的处理措施。

1.1 强度特性

膨胀土的强度特性十分特殊，在不同条件下具有不同的性能。一般来说，膨胀土具有很强的基坑剪切特性，但当膨胀土失去稳定性时，抗剪强度就会变得很低。这一特性引起了许多专家学者的争论，最终得到了饱和土和非饱和土的强度理论。

1.2、吸水膨胀、失水收缩的特性

由于膨胀土是由多种吸水矿物组成，因此具有吸水性。膨胀土吸水后强度会减弱。膨胀土的强度随着失水而增加。因此，膨胀土在吸水和失水过程中的变形导致了公路的破坏。

2 膨胀土判别试验一一标准吸湿含水率的试验

2.1 标准吸湿含水率试验概念

所谓标准吸湿含水量，主要是指在标准相对湿度和温度条件下，土样在恒重后的含水量，能够反映出标准条件下挖掘土样的最大持水量。在标准吸湿性试验中，膨胀土样品经处理后放入含有溴化钠溶液的容器中。在一定温度下，溶液能够准确测定干燥室中水蒸气的分压，然后放入恒温实验室称重。

2.2 试验原理

2.2.1 BET方程

目前，bet方程在不同的土壤类型中得到广泛应用。在bet中，假设土壤颗粒表面的第一层有气体分子吸附，其能量大于第二层和第三层。

在气体吸附的第一层中，其能量具有一定的固相特性，随后的吸附热与其自身的液相具有相应的特性。根据动力学原理，应用该理论研究了两个假设：一是在吸附平衡条件下暴露的气体分子在第n分子层上的吸附速度，另一是暴露气体分子在第n分子层上的吸附速度，它与n+1分子层的逃逸速度一致，吸附热等于除第一层分子以外所有层的气体液化热。在测定不同压力下吸附气体的体积后，应用bet公式计算出每克土壤上方形成分子层所需的气体量，然后根据气体分子的大小计算出土壤的表面积。另一种方法是极性有机分子吸附法，即将第一极性有机分子以单分子层或双分子层的形式吸附在土壤颗粒表面，根据吸附的重量和有机分子的大小计算土壤的总表面积。

2.2.2 土粒表面水

在蛭石材料中，许多含水无机阳离子具有相对稳定的层间距，镁离子是一个特例。层间距产生转变的温度和湿度是阳离子的函数，这在所有的扩展硅层中都可以看到，阳离子饱和度和阳离子之间的转变通常发生在相同的湿度下，从1.2nm到1.5nm，在相同的相对湿度中，被替代的蛭石层间距会发生变化，但被替代的蛭石层间距不会发生变化。钠晶层即具有部分近似或者近似情况发生，而晶层间距同含水量间也不存在对应关系，即在1.2nm以上以及1.5nm以上这两个阶段，其具有较为稳定的含水量，且形成具有连续特征的系列。

2.3 试验目的

《公路土工试验规程》JTGE40-2007中，阐述了对两种检测土壤含水量的方法，一种是恒温恒湿箱法，另一种是干燥缸法，其中，恒温恒湿箱法可以准确地控制温度和湿度，但需要为实验室重新配置一个新的恒温恒湿箱，这不仅增加了实验室的造价，而且也增加了实验室的建设成本;而干燥缸法法可以准确地控制湿度，但为了控制温度，需要在室内安装两台空调以保证温度。不过，由于这两种检测方法都需要较大造价成本，因此，为节约成本，提高检测方法的适应性。

3 结合实例分析处理策略

在我司承建的某一公路项目施工中，遇到了部分土质为膨胀土的施工段，由于该试验室在建设之初未考虑膨胀土的相关试验，为了节约成本，通过对试验方法、试验装置的具体研究，在不增加设备和增盖试验室用房的前提下，利用现有仪器（水泥试验用恒温恒湿养护箱），完成了膨胀土辨别工作，为后续工程建设提供指导，具有积极的研究意义。一般来说，膨胀土地基常用的处理方法有五种：

3.1 采用非膨胀性材料/灰土做换土，根據变形计算结果控制换土厚度。采用砂、碎石处理平坦场地上I、I级膨胀土地基，垫层宽于基底宽度，厚度至少为300mm，同样采用与垫层相同的材料填筑基底两侧，并做好基底防水。换土后，基底承载力会大大提升，能够彻底改善地基土性质，并且能缩短工期。

3.2 改良土质

石灰能够改善膨胀土的性质，在膨胀土中加入生石灰可以改变土的性质，达到预期的效果。因此，在膨胀土中加入石灰可以改变膨胀土的膨胀力、强度、水稳定性和结构紧实度。不过，该方法的缺点是设备和工艺要求高，设备成本高，在市场上推广应用存在难度。

3.3 土工格栅加筋法

土工格栅加筋法也是一种重要的物理处理方法，它充分利用了土工格栅的抗拉强度、土与土工格栅之间的相互作用和摩擦力。一方面，在土体中加入格栅网后，土体由于含水量的增加而均匀进入边坡，使土体膨胀松散，提高了路基表层土体的整体性和抗剪强度，从而保证了路基表层土体在雨季饱和后不会大幅度减少，重量过重而不稳定;。另一方面，通过吸收干缩引起的某些土体的收缩应力，抑制了膨胀土开裂的宽度和深度，同时也防止了膨胀土的严重开裂，土工格栅加筋法可以看作是封闭覆盖法的一个特例。土工格栅与边坡膨胀土相互作用形成一种特殊的土工格栅与边坡膨胀土的混合物，可以封闭和覆盖路堤核心部位的膨胀土。

3.4 优化提高公路路表排水系统

公路作为户外设施，常年受到风吹日晒雨淋，而膨胀土的特性是由膨胀土的吸水性造成的，容易损坏公路路基，因此，做好公路排水系统非常重要，通常，可以根据公路的实际情况，在公路路堤边坡设计路肩排水沟，防止雨水渗入道路。同时可以能够及时清除道路上的雨水，以防止车辆在雨中打滑，造成交通意外，通过各种排水设施加强排水能力，保障司机和乘客的安全。

4 结语

总之，随着我国经济建设步伐的加快，公路工程建设质量逐渐受到了社会各界的高度关注，在公路工程中路基施工是重要的基础工作，只有打好基础才是保证安全的关键所在。而膨胀土作为一种特殊性质的土壤，是公路工程建设的一个技术难题，因此，一定要做好膨胀土的路基，确保公路工程的质量安全性，同时还需要公路工程在膨胀土路基这块做好防护和应急措施，以及其相关控制技术，以高标准、严要求进行施工，确保路基的质量安全。

参考文献：

[1]周铭伟，杨润泽.西非某国膨胀土段路基路面破坏原因和解决方案[J].交通世界（建养机械），2013，（5）：154-155.

[2]李连臣.高等级公路膨胀土地段路基施工技术[J].散装水泥，2005，（07）