膨胀土路基处治试验研究

膨胀土路基处治试验研究

周云辉

周云辉

（贵州省交通勘察设计研究院股份有限公司，贵州，550081）

摘要：本论文结合某高速公路的工程实际,就道路沿线膨胀土路基方面存在的问题,提出了工程上的改良措施和处治方案,并通过试验验证了方案的可行性。为同类膨胀土路段路基处理提供参考。

关键词：膨胀土、工程特性、强度特性、路基工程、石灰处治、高速公路

1概述

膨胀土是一种多裂隙并具有显著胀缩性的特殊性土。其中的粘粒成分主要包括两种物质：蒙脱石和伊利石。膨胀土与水作用会发生胀缩并且这种变形具有反复性，对建筑物尤其是轻型建筑、道路、水利渠道和堤坝等都会产生不利的危害。在交通建设中，时常伴有塌陷或隆起等破坏，引发路基的失稳，进而对交通造成不利影响；在普通开挖工程中可能会导致开挖体边坡的滑坡失稳现象。胀缩变形、裂隙特性、超固结是膨胀土最基本的“三性”。膨胀土的工程问题都是由于上述各种情况的复杂影响而造成的。因此，针对某道路工程中遇到的膨胀土路基问题，本文通过对膨胀土一般处治方法的总结分析，提出适合本工程的膨胀土处治方法，从处治前后的工程特性变化进行分析，提出合理的解决方案。

2膨胀土处治方法

膨胀土的处治方法主要有以下几类：⑴换土法；⑵湿度控制法；⑶加土工合成材料；⑷桩基法；⑸化学固化法等。

1）换土法是将膨胀土部分挖除，用非膨胀粘性土或粗粒土包裹或覆盖。根据当地的大气影响深度合理控制换土的厚度。

2）湿度控制法包括预湿法和保持含水率稳定两种方法。该方法主要是为了控制膨胀土含水率的变化，减小膨胀土中水分的蒸发或者渗入。

3）加土工合成材料是从物理性角度出发，使膨胀土和土工合成材料之间形成一个复合整体，利用土工合成材料自身的材料特性，约束和抑制膨胀土的胀缩特性，增强膨胀土的整体强度。

4）桩基法主要是使工程结构物的桩基础穿过膨胀土层，工程结构物的荷载主要由非膨胀土层来承担，从而减小膨胀土膨胀变形和膨胀力对工程结构的影响。

5）化学固化法是指在膨胀土中掺入石灰、水泥、石灰粉煤灰、水泥粉煤灰、土壤固化剂等化学材料改变土的化学成分，从本质上改善了膨胀土的不良工程特性。

由于不同工程的自身条件和所处外部条件的差别，处理方法应该是因地而异的。各种方法的采用，应根据本地区的实际情况，从安全经济角度出发，对膨胀土进行处理。大量的工程实践表明通过化学处理法改良加固膨胀土是十分有效，并且是广泛适用的工程处治措施。

3膨胀土不良工程特性试验研究

3.1膨胀土的击实特性

在回填土工程现场施工中，为使路基填土达到一定的强度和稳定性，需要对现场碾压的干密度和含水率进行控制。而碾压干密度和含水率的获取主要依据击实试验的结果。因此，首先通过击实试验得到膨胀土的最大干密度和最优含水率。

击实试验结果如下图：

图1天然膨胀土击实曲线

根据《公路路基设计规范》对公路路基填土压实度要求，不同位置处路基压实度一般需达到93%以上。按照天然土的击实试验结果：最大干密度为1.661g/cm3，最优含水率为19.1%；压实度93%时对应的干密度为1.545g/cm3，此时对应的施工含水率变化范围为15%~23%；当压实度提高至96%时，干密度要求为1.595g/cm3，而施工含水率的变化范围为16%~23%。从上述结果可以看出：不论是压实度为96%或93%，其施工可压实的含水率变化范围均较小，现场施工含水率控制困难，不利于路基填筑施工。

3.2膨胀土的强度特性

现行路基设计规范和施工技术规范中都将CBR值作为路基填料强度指标的控制参数和路基填料选择的依据，并与压实度一起作为路基施工质量控制的指标。规范中对填方路基不同部位的填料强度做出了强制性规定，CBR不满足要求，不得作为路基填料。膨胀土在干燥时强度大部分能满足规范要求，遇水时强度急剧下降，水稳定性欠佳。而CBR试验很好的模拟了路基处在最不利状态下的情况，是评价路基强度特性的一个有效指标。

根据击实试验所得最大干密度，在最优含水率下按照规范对不同位置处压实度要求进行制样，压实度选取为（93%、94%、96%），用静压法制样。通过试验得到填料的CBR强度值如下：

表2素土不同压实度CBR强度值

从表中可以看出，对应于不同压实度，天然土的CBR强度值均小于规范要求，不能满足规范要求。

从天然膨胀土的击实特性和强度特性试验结果得到：天然膨胀土在现场施工中要达到相应压实度的含水率变化范围较小，不利于施工；不同压实度下CBR强度值不能满足规范要求，膨胀土不能直接作为路基填料使用。因此，利用膨胀土作为路基填料必须采取一定的处治措施后才能使用。

4石灰处治膨胀土试验研究

根据前文对膨胀土处治方法的评价分析，鉴于工程所在地区丰富的石灰资源，选取石灰作为本工程膨胀土的处治材料。

膨胀土中掺入石灰后，土体颗粒和结构等方面会发生一系列的变化，根据前人关于改良膨胀土的击实试验成果可以知道，改良土的最大干密度和最优含水率相比于天然土都会发生一些变化。为了对石灰处治膨胀土的各项工程特性进行研究，本文进行了石灰处治土干法重型击实试验，以期确定对于本工程而言，石灰处治后土体的最大干密度和最优含水率的变化情况。

根据工程经验，石灰掺量为2%~3%时基本能消除膨胀土的膨胀性，因此，本工程选取3%为处治膨胀土的石灰掺量，通过击实试验得到处治前后的最大干密度和最优含水率变化如下：

图2石灰处治膨胀土击实曲线对比

通过试验发现，掺入石灰后，处治膨胀土的最大干密度较天然土有一定程度降低，从1.661g/cm3降低至1.612g/cm3，最优含水率较天然土有一定程度提高，从19.1%增大至20.9%。从图2中还可以看出，经过石灰处治的膨胀土击实曲线相比于处治前击实曲线平缓了很多，也就可认为石灰处治膨胀土的含水率变化对其填土压实的影响不大，即说明在含水率较大的变化范围之内能够保证填土达到工程压实的要求。按照试验结果可得：天然土达到93%压实度的可变含水率变化范围在15%~23%，而石灰处治膨胀土达到对应压实度要求的可变含水率变化范围为10%~29%，较天然土扩大一倍。石灰处治膨胀土可压实的含水率变化范围的扩大，有利于现场施工控制。

通过对石灰处治膨胀土的击实试验，表明了该处治方法对施工的有利性。但其强度是否能满足规范对填土的要求，本节仍通过验证处治后的CBR强度指标来衡量评定处治效果。通过相应CBR试验，得到膨胀土处治后的强度指标如下表：

表3石灰处治膨胀土不同压实度CBR强度值

压实度/%939496

CBR/%24.532.145.8

从上表试验结果显示：经过石灰处治后的膨胀土在不同压实度下CBR强度值较天然土有较大提高，能够满足路基不同压实层的强度要求，石灰处治膨胀土能够作为路基填料进行使用。

根据对石灰处治膨胀土的试验研究，掺入3%石灰后的处治膨胀土可压实的施工含水率变化范围增大，有利于填料的碾压施工；石灰处治膨胀土强度满足规范要求，可作为路基填料。

5结语

在分析膨胀土处治方法的基础上，结合工程实际问题，通过试验对膨胀土处治前后的基本物理力学性质进行了对比，证明了石灰处治膨胀土的可行性：天然膨胀土的工程特性较差，不能满足规范对路基填料的要求；石灰处治膨胀土可压实的施工含水率变化范围较天然土要大很多，有利于保证现场碾压施工的进行，且其压实强度远超过规范要求，可作为路基填料使用。通过本文的试验研究保证了工程的顺利进行，证明了石灰处治膨胀土是一种有效的工程处治措施。

参考文献

[1]曾过生，高速公路膨胀土路基综合处治技术研究硕士论文哈尔滨工业大学

[2]赵旭荣，侯天顺，王红波，膨胀土改良方法探讨.路基工程，2008

[3]张等，《干旱半干旱地区膨胀土路基处理技术研究》研究报告[R].