公路路基路面设计中膨胀土的处理方法

李家定

摘要：膨胀土以水基矿物质为主，粘土成分强，膨胀收缩显著。近年来，随着我国公路、桥梁建设的不断发展，路基处理过程中膨胀土问题增多，给工程建设造成了巨大损失。为了长期保证路基的稳定性和路面的平整度，达到安全舒适行车的目的，必须解决膨胀土引起的一系列工程问题。在工程地质勘察中，需要准确识别膨胀土和非膨胀土，准确判断膨胀土的膨胀和收缩程度，有利于合理的路基设计和地基处理，以确保路基的安全。膨胀土是一种特殊性岩土，影响道路等结构的建设，在实际工程中，其破坏力是巨大的。本文结合膨胀土的特性要求和适用范围，探讨了实际工程中的处理方法。

关键词：公路路基;膨胀土;技术处理

引言

膨胀土是一种具有较高膨胀性和收缩性的粘性土，其成分通常为亲水性较强的伊利石、蒙脱石等粘土矿物。由于它同时具有很强的吸水膨胀和失水收缩的性能，用作筑路土，当环境湿度条件变化时，体积变化很大，进而影响工程质量。因此，如果判断为膨胀土，就要考虑其膨胀、收缩特性对道路和建筑的不利影响，设计与施工时应采取相应的处理措施，减少对施工质量的影响。

一、 膨胀土的特性及引起其性质变化的因素

可膨胀土在半固态时具有很高的干强度，表面干燥坚硬，内部含水量大，反复湿胀收缩变形，性质极不稳定，不易破碎和压实。根据现行《公路路基设计规范》的相关规定，其工程性质主要表现为胀缩性、崩解性、风化性、多裂隙性以及强度衰减性等。胀缩性是指其吸水膨胀失水收缩的性质，在膨胀过程中，如果受阻就会生成膨胀力;崩解性是指土质浸水后膨胀至崩解的性质;由于膨胀土易受气候条件影响，常发生风化导致的破坏，因此具有风化性;多裂隙性是一种会破坏土质完整程度的性质，土层可能分裂成为若干土块，每个土块的几何形状基本一致;强度衰减性则是指膨胀土的抗剪强度在半固体时可达很高的峰值，但由于其表现为典型的变动强度，一旦浸水，强度就会急剧下降，膨胀土理化试验分析表明，引起性质变化的条件主要有以下几个方面： （1） 含水量和干容重。膨胀土的体积大小变化和含水量直接相关，干容重是无水土的容重，是膨胀土的另一个重要指标。施工过程中或施工完成后路基粘土含水量的微小变化（数值变化1%-2%）立即在水平和垂直方向迅速扩大，导致路基病害的发生。 （2） 膨胀潜势和膨胀力。溶胀性是指在获得最高含水量土壤的最大干容重后，将试样浸入水中并施加一定的附加载荷后，在实验室中测得的溶胀率。这个百分比可以用来预测土壤膨胀的最大潜力，膨胀的大小通常与含水量、输送方式和浸没时间有关，因此应注意土壤膨胀的变化。膨胀力是在最大膨胀后将特定土壤体积恢复到其原始体积所需的负载压力常数，是衡量土壤膨胀特性的指标。

二、膨胀土的主要特征

2.1 强胀冷缩

膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性，一般强度高，压缩性低，容易被误认为是较好的地基土。

2.2 有一段明显的强度衰减时期

膨胀土的抗剪强度是典型的变强度，峰值强度极高，残余强度极低。由于膨胀地基的超固结作用，初始强度很高，地基发生膨胀和收缩，随着风化时间的增加，抗剪强度大大减弱。强度衰减的幅度和速率与土壤的物质组成、土壤的结构和状况以及风化作用的强度，特别是膨胀和收缩作用的强度有关。

2.3 许多破碎的结构

膨胀土中的裂缝可分为三种类型：垂直裂缝、水平裂缝和倾斜裂缝。这些裂缝将土层分成具有特定几何形状的块，例如棱柱块和短柱，从而破坏了土壤的完整性。加长路基边坡的断裂多与地层裂缝有关，滑动面的形成主要受裂缝弱结构面的控制。

2.4 膨胀土的风化特性

大面积土壤受气候因素影响，易受风化破坏。因此，根据风化程度，一般分为强、中、弱三层。强风化层，位于地表或边坡表层，受大气作用与生物作用强烈，干湿效应显著，土体碎裂多呈砂砾与细小鳞片状，结构联结完全丧失，厚度1.0～1.5m;弱风化层，位于地表浅层，大气与生物作用有所减弱，但仍较强烈，干湿效应也较明显，土体割裂多呈碎块状，结构联结大部分丧失，厚度约1.0～1.5m;微风化层，位于弱风化层下，大气与生物作用已明显减弱，干湿效应亦不显著，土体基本保持有规则的原始结构形体，多呈棱块状、短柱状等块体，结构联结仅部分丧失，厚度为1.0m左右。

三、公路路基膨胀土的施工及处理

3.1 土壤变化

在广泛的路基处理方法中，换土是最简单、最有效的方法。换土顾名思义就是将可膨胀土开挖，并用碎石土代替，换土深度由可膨胀土的强度和当地气候特点决定。一定深度以下的可膨胀土的含水量基本不受外界气候的影响，该深度称为临界深度，含水量称为该地区可膨胀土的临界含水量。由于各地气候不同，膨胀土的临界深度和临界含水量因地而异。换土深度应考虑土壤水分因地面降水而迅速变化的深度，基本为1-2m，即高膨胀土为2m，弱膨胀土为1-1.5m。需要特定的土壤置换深度，并由调查后的临界深度确定。

3.2 湿度控制

湿度控制方法包括預湿和保持稳定的水分含量。施工时需要采取一定的措施，控制膨胀土含水量变化引起的胀缩变形，尽量减少外界大气对路基含水量的影响。例如，土工布或粘土用于包裹膨胀土路基，以避免膨胀土与外部大气直接接触，并最大限度地减少膨胀土内部的水分转移。膨胀土预润湿在水利工程建设中常用于用水润湿下伏土壤或覆盖不可膨胀土，以达到膨胀土中的水分平衡。

3.3 变形处理

化学固化是利用石灰、水泥或其他固化材料，通过与可膨胀土的物理化学作用对可膨胀土进行改性，达到降低可膨胀土的膨胀性，提高其强度和水稳定性的目的。具体来说：石灰的硬化作用是由于盐碱的交换、二次碳酸钙的结合、粘土颗粒与石灰的相互作用，形成新的含水硅酸钙、铝酸钙等新矿物。由于水合物与钙盐和铝颗粒之间的结合，水泥逐渐脱水，新矿物的结晶降低了膨胀土的液限，增加了膨胀土的塑限和剪切强度。石灰和水泥的优点是，除了消除土体的膨胀和收缩外，还具有增强吸水、增加土体密度和形成微加固结构，增加土体强度的作用。过去在处理膨胀土方面有很多成功的案例，这种处理方法的成败在很大程度上取决于固体材料的技术指标和施工工艺。施工时，要综合考虑各种方法，因地制宜，可以多种方法综合使用。

3.4 大面积土坡的稳健保护

膨胀土开挖边坡的传统处理方案是采用全封闭的固体保护，防止非饱和土吸收降水，主要方法有砂浆和砌筑路面的防治、混凝土六角块路面的保护、土钉墙加强边坡、防滑桩、重力式挡土墙等。此类方法应避免在雨季施工，路基开挖后，各工序应紧密衔接，连续施工，防止雨水渗入的时间过长，刚性保护并不能解决膨胀土在大气风化深度范围内的胀缩问题，耐久性较差。

结语

综上所述，本文对路基膨胀土的设计及处理方法进行了分析，道路建设对整个国家的经济发展具有十分重要的意义，扩大道路工程建设可以进一步发展我国的交通运输业。道路路基的实际施工，不可避免地受到不良土壤的影响，从而恶化了道路路基的施工质量。本文首先分析了膨胀土的特性及引起其性质变化的因素，然后介绍了膨胀土路基施工的特征。加强对膨胀土的研究，加强对膨胀土的认识，需要在按照施工规范进行施工的同时合理应用新的施工理论。在路基上进行分析，以定制更好的发展策略。因此，作为道路建设者和设计者，有必要充分认识路基广阔土壤的特点，以保证我国道路建设稳定性的提高，促进我国路基建设水平的提高。

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