探讨膨胀土对公路路基的危害及处理措施

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

　　摘 要：膨胀土是具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土。膨胀土分布十分广泛，近年来，随着我国基础设施建设的迅猛发展，新建了大量的路，在公路的设计、施工过程中，常常会遇到膨胀土。本文主要介绍了膨胀土的一些特征和对公路路基的危害，并提出了相关的处理措施。

　　关键词：膨胀土;特征;危害;处理措施

　　一、膨胀土的主要特征

　　1.1膨胀土的物理性质

　　膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊力土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下：

　　1.1.1含水量

　　膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅1%~2%的量值，就足以引起有害的膨胀。在安康地区，膨胀土对人们的危害较大，建造在膨胀土上的地板，在雨季来临时，土中含水量增加引起的地板翘起开裂屡见不鲜。 　　一般来讲，很干的粘土表示有危险。这类粘土能吸收很多的水，其结果是对结构物发生破坏性膨胀。反之，比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进一步膨胀将不会很大。但应注意的是，潮湿的粘土，在水位下降或其它的条件变化时，可能变干，显示的收缩性也不可低估。

　　1.1.2干容重

　　粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m³的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。在安康地区，人们对这种土的评语是“硬的象石头”。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。

　　1.2膨胀土的力学性质

　　在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。

　　1.2.1膨胀潜势：简单的讲，就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。

　　1.2.2膨胀力：也就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。

　　二、膨胀土对公路路基的危害

　　膨胀土有受水侵湿后膨胀，失水后收缩的特性，很容易引起公路路基的收缩和胀裂，破坏路基的整体强度和稳定性，造成公路的早期破坏，影响行车安全，造成很大的经济损失，常见的病害有：基床翻浆冒泥、路肩鼓胀、路堑侧沟壁挤出等，边坡浅层滑坍和深层滑动的比率也较大，而且具有渐进性和长期性的特点。

　　三、膨胀土公路路基的处理措施

　　3.1粉碎与掺灰拌和

　　针对膨胀土失水时为硬块，吸水时为泥块的特性，要选择适合的粉碎和拌合机械。首先应根据设备的性能确定土的松铺厚度，松铺厚度过厚，造成掺石灰后拌合机械拌不透而产生夹层，因此规定松铺厚度控制在25cm左右，压实厚度不得大于20cm。上土后，用推土机配合平地机推平，方格网布灰。如果土的含水量大则不能直接拌和，应先用铧犁来回翻拌晾晒，直到石灰与土结合比较均匀时，再用旋耕机进行初步粉碎，最后再用宝马路拌机进行拌和。土块粒径施上技术规范规定在5cm以下，但实践发现，土的含水量大时，生石灰粉达不到彻底降低其含水量和消除其膨胀性的目的。土块不能和石灰充分结合仍是粘土块，特别是温度较低时，水分又不易蒸发，碾压后土层顶部一片一片的粘土饼特别明显，影响路基质量。因此，可要求土块粒径控制在3cm以下，使土中水分易于蒸发，和石灰粉充分结合，减少土块本身的膨胀率，有利于提高压实效率。当土的含水量小时，也要用铧犁翻拌，避免直接用旋耕机配合路拌机拌和造成扬尘污染环境。施工时应特别注意要经常检查拌合深度和均匀程度，避免素土夹层。

　　3.2碾压与养生

　　压实时应控制在最佳含水量。如果掺灰拌和后含水量较小，则不能及时碾压，要洒水拌和均匀，达到最佳含水量时方可碾压。压实后经检验合格后马上进行下一步的施工:1)避免水分的蒸发，含水量降低造成表面干裂，降低灰土的强度。2)对石灰土起到覆盖养生的作用。总之，各道工序要紧密衔接，连续施工，分段完成。土层压实后如果不能及时上土应采取覆盖措施。

　　四、实例分析

　　在某公路施工过程中，针对膨胀土特性，根据地质勘测的详实报告及有关处理膨胀土的经验，在施工中采用了综合处理的思想，并进行针对性研究，提出如下处理措施：

　　4.1放缓边坡

　　根据膨胀土填筑、开挖后易滑坡、坍塌现象，在膨胀土施工段采用放缓边坡方法使土体不易塌方，处于自稳状态。

　　4.2加强防护

　　路堑、路堤边坡按设计修整后应立即浆砌护坡、护墙，防止雨水直接侵蚀，吸水后容易产生位移、裂缝。

　　4.3加强排水

　　在膨胀土充盈地段路基两侧及时开挖深沟，有利于地表水和地下水的排出，使该路基不受雨水侵蚀。施工时应避开雨季作业，加强现场排水。

　　4.4挖除换填

　　将膨胀土挖除运至规定堆放点，换填符合要求的好土。

　　4.5掺石灰改良

　　在平整好的路基填土掺加一定量的石灰进行改良，保证含水量不超过规定值，进行充分压实、整形。

　　4.6“金包银法”

　　采用土工格栅、复合土工膜将膨胀土包裹起来，充分利用土工网格的抗拉强度、土与网格的相互咬合摩擦作用来控制塌陷。

　　4.7运输摊铺

　　将膨胀土采用机械挖运至路基上，路基填筑松铺厚度为25cm，压实厚度为20cm，松铺系数1.25。分堆运输后由推土机进行推平，为保证厚度均匀和施工横坡度，采用平地机进行整平。

　　4.8掺灰

　　掺灰施工时，在已平整好的路基上，根据计算石灰的掺量：25kg/㎡，进行方格标注和堆放，由人工均匀撒布。

　　4.9拌和

　　采用路拌机进行拌和，为保证拌和均匀性符合要求，拌和前应先检查齿轮是否有损缺。路拌深度一般为20cm，拌和次数为2～3次。

　　4.10平整

　　拌和均匀后，采用平地机进行二次整平，并对纵、横坡进行适当调整，确保路基顶面不积水。

　　4.11碾压

　　确定在最佳含水量情况下进行碾压，碾压采用20t振动压路机进行，压实遍数根据试验段得出：静压1遍后进行4～5遍振动压实，先快后慢，先轻后重;速度一般控制在3km/h，轮迹重叠宽度为1/2。为消除轮迹和保证表面平整，最后一遍采用18t～20t光轮压路机进行，根据规范要求，严格控制压实度。

　　4.12检验

　　因膨胀土路堤压实后的紧密程度比一般土填筑的路基重，故压实度检测点数应增加一倍。为加快施工检测进度，压实度检测采用核子密度仪进行(由于核子密度仪不能作为标准试验，且数据离散性大，故在施工前采用80～100组与灌砂法进行对比试验，得出其相关线性方程：当相关系数>0.9时才可采用，并根据仪器说明书进行水分修正)。

　　4.13养护

　　根据膨胀土土性，掺灰后的养护是确保质量的关键，施工后表面易出现开裂及浮土，必须进行早晚两次洒水养护，直至施工下一层。

　　结束语：

　　综上所述，膨胀土是影响道路施工的一种特殊土质，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。

　　参考文献：

　　[1]公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)[S].

　　[2]孙惠兰，徐培华.高等级公路膨胀土地段路基施工技术[J].筑路机械与施工机械化，1999，(4).