摘要:本文結合某工程闡述了公路膨脹土的工程地質分類及性質，分析并提出了其路基的施工處理方法。

　　關鍵詞:膨脹土,路基,處理方法

　　引言：

　　膨脹土是指粘粒成分主要由強親水性礦物質組成,并且具有顯著脹縮性的粘性土。在膨脹土地區的公路工程建設和工程運營會因膨脹土的性質使道路受到極大的破壞。為了保證道路在較長時間內路基的穩定和路面的平整度,達到安全、舒適行車的目的,必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題。近年來,我國巖土工程界在膨脹土微觀結構特征及其工程性質的研究中取得了豐碩的成果,對膨脹土產生工程病害的原因給予了科學的解釋,并提出了許多切實可行的處理辦法。

　　筆者結合公路施工中有關處理膨脹土的經驗,談談如何合理施工處理膨脹土的體會。

　　一、膨脹土的工程地質分類及性質

　　對膨脹土進行判別, 按以下分類標準較為合適。當試驗數據較為缺乏時可參考CBR 試驗中土的浸水膨脹量對膨脹土進行判別與分類。

　　表1　膨脹土分類標準

　　指標 膨脹潛勢等級

　　弱膨脹土 中膨脹土 強膨脹土

　　液限% 40～ 50 50～ 70 > 70

　　塑性指數 18～ 25 25～ 35 > 35

　　自由膨脹率 40～ 65 65～ 90 > 90

　　< 0. 005 mm 顆粒含量% < 35 35～ 50 > 50

　　脹縮總率% 0. 7～ 2. 0 2. 0～ 4. 0 > 40

　　膨脹土的工程性質分為脹縮性、崩解性、裂隙性、超固結性、風化特性、強度衰減性。

　　二、膨脹土的路基處理方法

　　2. 1　換土

　　換土是膨脹土路基處理方法中最簡單而且有效的方法。即挖除膨脹土,換填非膨脹土或砂礫土,換填深度根據膨脹土脹縮性的強弱和當地的氣候條件確定。在一定深度以下的膨脹土含水量基本不受外界氣候的影響,該深度稱之為臨界深度,該含水量稱之為該膨脹土在該地區的臨界含水量。由于各地的氣候不同,各地膨脹土的臨界深度和臨界含水量也有所不同,換土深度要考慮受地面降水的影響而使土體含水量急劇變化的深度,基本上在1～2 m ,即強膨脹土為2 m ,中弱膨脹土為1～1. 5 m ,具體換土深度要根據調查后的臨界深度來確定。

　　2. 2　濕度控制

　　濕度控制包括預濕和保持含水量穩定。為控制由于膨脹土含水量變化而引起的脹縮變形,盡量減少路基含水量受外界大氣的影響,需在施工中采取一定的措施。如利用土工布和粘土將膨脹土路基進行包封,避免膨脹土與外界大氣有接觸,盡量減少膨脹土內部的濕度變化。

　　2. 3　改性處理

　　化學固化就是利用石灰、水泥或其他固化材料通過與膨脹土的物理化學作用進行膨脹土的改性處理,以達到降低膨脹土的膨脹潛勢,增加強度和提高水穩定性的目的。石灰的固化作用是由于鹽基交換、次生碳酸鈣膠結性、粘土顆粒與石灰相互作用形成的新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新的礦物而顯示出來的;水泥的固化作用是由于鈣酸鹽與鋁的水化物和顆粒間膠結作用,膠結物逐漸脫水和新生礦物的結晶作用,從而降低膨脹土的液限,增大了膨脹土的塑限和抗剪強度;NCS 固化

　　材料除具有石灰、水泥的優點消除土的膨脹性外,還具有吸水增強作用,改善土的壓實性并生成微型加筋結構,提高土的強度。

　　三、膨脹土路基的適用范圍及其使用要求

　　3. 1　弱膨脹土

　　弱膨脹土可直接用于填筑上、下路堤, 但不宜用于路床。

　　弱膨脹土用作路堤填料, 壓實含水量宜按最佳含水量+ 3% 控制, 弱膨脹土可直接用于填筑上、下路堤。弱膨脹土最優含水量為17. 5% , 但當含水量為14. 6%時, CB R 值僅為2. 2%; 而含水量為20. 8%時, CB R 值為5. 7%。根據《公路路基設計規范》(JTJ013—95) , 取土場的弱膨脹土可直接用于填筑上、下路堤, 壓實含水量宜按20. 8%控制, 但不宜用于路床。當缺乏優質回填土料時,可考慮用弱膨脹土填筑下路床, 但要十分慎重�，F場碾壓是保證路基壓實度和路基質量的關鍵環節, 應予以充分重視。

　　3. 2　中膨脹土

　　中膨脹土在最優含水量附近, 其膨脹量大且CB R 值小于3. 0% , 未能達到規范要求, 需要對中膨脹土處理, 如采用改性膨脹土或包邊處理。采用摻石灰改性時, 石灰摻入量為4%～ 6%的石灰改性土CB R 值均大于8% , 膨脹量小于0. 04% , 脹縮總率小于0. 7% , 即可達到路用要求。取土場的中膨脹土在最優含水量附近, 其膨脹量大且CB R 值小于3. 0% , 未能達到規范要求, 需要對中膨脹土進行改性處理, 如直接用于填筑路堤, 壓實含水量應按18. 0% 控制, 且應對堤身采取適當的防護措施, 如采用改性膨脹土進行包邊處理, 以達到防水、防風化的目的。在路堤填筑施工過程中, 建議用石灰改性中膨脹土的質量摻合比為5. 0% , 壓實含水量按23. 0% 控制。中膨脹土摻粉煤灰改性后, 改性土的CB R 值有所提高, 但在最優含水量條件下, 其膨脹量略偏大, 相應的CB R 值相對偏低。但只要控制好施工時的壓實含水量, 如大于最優含水量2% ～ 3% ,CB R 值和脹縮總率可滿足筑堤的設計要求。建議粉煤灰摻合量為40% 時, 壓實含水量按19. 0%控制; 粉煤灰摻合量為50% 時, 壓實含水量按23. 3% 控制。

　　中膨脹土經石灰- 粉煤灰改性后[摻合比為:m (粉煤灰) ∶m (石灰) ∶m (土) = 40∶4∶56, 膨脹性基本消除(膨脹量小于0. 02%) , 擊實土樣CB R 值均大于100% , 改性效果明顯。

　　四、試驗結果及分析

　　(1) 根據科學試驗段現場試驗結果和按有關規范進行的數據分析處理, 石灰改良路堤、不改良包邊路堤及路塹的不浸水和浸水剪切試驗的抗剪強度(C、U) 和殘余抗剪強度(C r、Ur) 值列于表2中; 石灰改良路堤和不改良包邊路堤的不浸水與浸水載荷試驗的承載力基本值、變形模量及回彈模量列于表3 中。

　　表2　抗剪強度試驗結果匯總表

　　試驗段名稱 不浸 浸水

　　C/kPa /( )

　　Cr/kPa r/()

　　C/kPa /( )

　　Cr/kPa r/()

　　石灰改良段 69.9 39.1 48.1 33.5

　　不改良包邊段 94.5 28.0 68.7 12.2

　　路塹段 37.2 27.2 22.8 17.4 24.9 11.3 17.6 6.6

　　表3　載荷試驗結果匯總表

　　名稱 不浸水載荷 浸水載荷

　　承載力基本/kpa 變形模量/Mpa 承載力基本/kpa 回彈模量/Mpa

　　石灰改良段 258 20.6 165 46.3

　　不改良包邊段 287 23.0 100 21.4

　　( 2) 經石灰改性的中膨脹土填筑路堤, 其抗剪強度、地基承載力和回彈(變形) 模量均較高, 即使在浸水條件下, 其力學指標雖有所下降, 但仍可滿足高速公路有關規范的設計要求。由此可見, 石灰改性中膨脹土用于填筑路堤是可行的。

　　( 3) 不改良包邊段路堤在不浸水條件下, 中膨脹土抗剪強度指標、地基承載力和回彈(變形)模量同樣較高, 可滿足高速公路有關規范的設計要求; 但路堤堤芯部分一旦充分浸水, 相關指標明顯下降, 難以達到高速公路有關規范的設計要求。因此, 不改良包邊的路堤型式不能用于浸水路堤,而僅適用于非浸水路堤。

　　(4) 膨脹土路塹的邊坡穩定性直接受控于土的抗剪強度指標。路塹膨脹土的現場剪切試驗結果表明, 天然膨脹土的峰值強度與殘余強度指標浸水后急劇下降; 路塹開挖后未及時防護, 多次干濕循環造成土的抗剪強度急劇下降, 多處已發生不同程度的滑坡。因此, 為了保證路塹邊坡的長期穩定性, 在路塹開挖后, 宜及時采用合適的防護型式進行路塹邊坡的防護施工。

　　(5) 鑒于路堤局部地段表面下約60 cm 深度范圍內存在含水量偏高的軟弱夾層, 以及路基表面長時間的直接暴露, 經歷了多次干濕循環, 龜裂現象比較嚴重, 為確保路堤的質量, 建議對現有路床60 cm 范圍內的路堤進行重新填筑。對襄荊高速公路膨脹土沿線的施工而言, 宜在路基施工完成后盡快進行路面的施工, 以減小干濕循環對路基的不利影響。

　　五、結語

　　膨脹土是影響道路及其他構造物建設的一種特殊土質, 在實際工程中, 其破壞力是巨大的。高速公路上必需認真對待膨脹土路基的問題。特別是當弱、中膨脹土作為路基填料時, 應著重從影響其物理、力學性質變化的內在因素和外在因素上考慮,從而通過改變土的力學性質達到處理的目的。