膨胀土对公路路基的危害及处理措施

膨胀土对公路路基的危害及处理措施

章文进

湖北省路桥集团有限公司湖北武汉430056

摘要：文章主要针对膨胀土对公路路基的危害以及处理措施进行分析，结合膨胀土的应用以及所造成的危害为出发点，对其展开深入探索，不断从中分析原因，并且积极总结优化措施，改善公路路基问题。

关键词：膨胀土；公路路基；危害；处理措施

膨胀土是一种具有较高胀缩性的粘性土质，其成分一般为亲水性较强的伊利石、蒙脱石等粘土矿物。由于其同时具有较强的吸水膨胀特性与失水收缩特性，当其作为公路建设土质且环境湿度条件发生变化时，就会产生显著的体积变化，如果变形受到约束，其内部就可能产生较大的应力，影响工程的质量。因此一旦判定为膨胀土，必须从其胀缩特性等各方面考虑其对路基及路基上建筑的影响，并采取相应的控制手段，减少其对施工质量的影响。

1.膨胀土的特性及导致其性质变化的因素

膨胀土呈半固态时有非常高的干强度，表面干硬、内部含水量大，具有反复湿胀干缩变形的特点，且性质极不稳定，难以破碎压实。根据现行《公路路基设计规范》的相关条款，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【1】。

通过对膨胀土的理化试验分析发现，引起其性质变化的条件主要包括以下几个方面：（1）含水量和干容重。膨胀土的含水量与其体积的大小、变化有直接的关系，而干容重则是土质在不含水分状态下的容重，是膨胀土的另一项重要指标。在施工过程中或施工完成后，路基粘土中含水量的微小变化（量值变化1%-2%）都会立即使其向着水平和竖直两个方向迅速膨胀，导致路基病害的发生。（2）膨胀潜势和膨胀力。膨胀潜势是指在实验室最佳含水量状态下得到土质的最大干容重后，使试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率【2】。这一百分率可用于预测土质可能的最大膨胀量，而膨胀量的大小一般和水分含量、转移方式、以及水分浸入时间有关，因此应在工程中重视对施工环境条件的改造。膨胀力即特定土质体积膨胀至最大后，回复到原始体积所需的荷载压力常数，是一种衡量土质膨胀性质的尺度。

2.膨胀土的辨别

一般以根据野外特征，结合室内试验指标及路基的破坏特点进行综合辨别的方法来定，其主要特征为：

1）多出现于二级及二级以上河谷阶地、垅岗、山梁、斜坡、山前丘陵和盆池边缘，地形坡度平缓，无明显自然陡坎。

2）在自然条件下，土的结构致密，多呈硬塑或坚硬状态；具有黄红、褐、棕红、灰白或灰绿等色；裂缝较发育，有竖向、斜交和水平三种，隙面光滑，有时可见擦痕，裂缝中常充填灰绿、灰白色粘土，土被烘干后裂隙回缩变窄或闭合。

3）自由膨胀率不小于40%；天然含水量接近塑性，塑性指数大于17，多数在22～35之间；液性指数小于零；天然孔隙比范围在0.5～0.8之间。

4）土中成分含有较多亲水性强的蒙脱石、多水高岭石、伊利石（水云母）和硫化铁、蛭石等，有明显的湿胀干缩效应，暴露在空气中，易干缩龟裂。

3.膨胀土对公路路基施工的危害性

膨胀土具有的吸水膨胀、失水收缩、反复变形等特性极易造成路基的涨裂和收缩，使其整体强度和稳定性均遭到破坏，其危害性与软弱路基造成的危害相似，不但形成公路早期破损，对人民生命、财产安全构成威胁，而且很难修复。具体表现为：膨胀土路基施工过程中，降雨导致土中含水量的增加引起路基的膨胀开裂；不均匀的含水量引起土质不均匀的涨缩导致路基的变形；受风化作用明显的边坡坡面随着水分的挥发而开裂剥落，又在降雨时受到冲蚀，甚至在吸水饱和时导致破坏性极大的滑坡的形成【3】。因此，在膨胀土地区路基建设前，必须以充分的地质勘查和土工试验确定当地土质的物理性质和力学特性，以及各种性质对施工的影响，进行特别的设计和施工指导，采取有针对性的路基处理措施。

4.路基施工质量控制措施

4.1膨胀土的处理方法

4.1.1换土和含水量控制

换土是指用非膨胀土代替膨胀土进行施工，这种方法简单、有效、但成本较高。决定换土深度时应综合考虑当地土质与气候、季节等条件。含水量控制则是指在施工中采取相关措施，对土质进行预湿并始终保持其含水量的稳定，具体方法有利用粘土或土工布包封膨胀土路基，阻止水分的迁移及土质与外界土壤、空气的接触，从而减少因含水量变化而引起的涨缩问题。

4.1.2膨胀土改性

膨胀土地区寻找、利用大量非膨胀土会导致工程成本的大幅上涨，因此目前多采用改良膨胀土性能的处治方法，间接利用膨胀土，提高填筑效率。工程中常见的改良方法是利用掺加石灰的方式对膨胀土进行处理。一方面，石灰中的钙离子、镁离子可以通过离子交换作用将土中的钠离子和钾离子置换出来，增加离子的单位重量，另一方面，石灰中的氢氧化钙可以吸收二氧化碳而通作碳酸化作用得到水稳定性很高的碳酸钙晶体，提高石灰土的后期强度，且石灰可以与土中的氧化

铝作用，形成稳定的碳酸钙和铝酸钙【4】。应注意的是，掺入的石灰量及掺灰时机都应根据具体土质进行试验对比，并在施工现场进行实时监测，保证改性膨胀土达到施工标准要求。

4.2施工过程中的控制措施

4.2.1前期处理

原地面处理时要深挖排水沟，降低水位，保证积水及时排出。路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层，路堑边坡不要一次挖到设计线，沿边坡予留厚度30cm～50cm一层，待路堑挖完后，再削去予留部分，并以浆砌花格网护坡封闭。路堤与路堑分界处，两侧含水量和密实度不一定相同，压实时应使其压实的均匀紧密，避免发生不均匀沉陷。填挖交界处2m范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶，翻松，并检查其含水量是否与填土含水量相近，同时将其压实到规定的压实度。

4.2.2施工过程

加石灰使土体砂化，并初步降低含水量。用挖土机将土料挖起堆放“焖灰”3d。通过推土机反复推碾，减小土块粒径，降低含水量。保证掺灰量并处理均匀。掺灰前，用轻型压路机把填土压平，地面上打方格，方格面积以每个方格内堆放一车消石灰控制，再用推土机把石灰摊平。用稳定土拌合机进行粉碎两遍以上；粉碎后土块大小控制在大于5cm的颗粒含量低于5%，大于2cm的颗粒含量低于20%。土块粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试，合格后连续碾压到规定的压实度。每层土的碾压时间不能超过1d，压路机碾压行驶开始时宜慢速，且最大速度不超过4km/h。直线段由两边向中间碾压，小半径曲线段由内侧向外侧碾压，横向接头对振动压路机一般重叠0.4m~0.5m。施工应避开雨季，路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工。路堤、路堑边坡按设计修整后，应立即浆砌护墙、护坡，防止雨水直接侵蚀。

结束语：

膨胀土是影响道路建设的一种特殊土质，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。在以前的施工中，有的措施已显示出良好效果，应进一步总结和借鉴，最大限度地减少膨胀土对公路施工造成的危害。

参考文献

[1]喻学福.浅谈盐碱土对公路路基的危害及处治措施[J].河南科技，2014，（16）：74.[2017-08-02].

[2]周敏.公路膨胀土路基的判别分析与处理措施初探[J].中外建筑，2011，（07）：172-173.[2017-08-02].

[3]王江水.谈膨胀土对公路路基施工的危害及控制对策[J].中国城市经济，2011，（29）：253.[2017-08-02].

[4]胥娟丽，张宇.浅谈膨胀土对路基的危害和处理方法[J].科技信息（科学教研），2007，（19）：357+476.[2017-08-02].