路基膨胀土施工技术

张愿（柳州铁道职业技术学院，广西柳州5616）【摘要】文章阐述了膨胀土的特性和力学原理，膨胀土对路基造成的影响，有针对性地提出了对膨胀土的治理及路基膨胀病害的整治方法和措施。【关键词】膨胀土；膨胀性；膨胀土治理；路基病害整治【中图分类号】U416【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2014）24-0041-021综述在广西南宁、百色地区，分布着膨胀程度不一的膨胀土，膨胀性不同的土体性能变化差异大，其膨胀特性又与土质、土体体积、吸水程度密切相关，变形情况不易预料。膨胀土膨胀特性由南宁~百色依次加重，到百色地区基本上都属于强膨胀土地段。由于膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水率情况下处于较坚硬的状态，不易被工程技术人员发现，但其对工程建设潜在着严重的破坏性。如南宁、百色等膨胀土地区的南昆铁路、南百二级公路和百色水利枢纽，经常产生路堤及边坡坍塌、路堑滑坡、路基基床下沉、翻浆冒泥等质量事故，还时不时产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，影响到路基上的砼路面都会出现裂纹，严重地段抗滑桩都会被剪断。一旦出现膨胀土问题，影响区域宽，整治工程量大，对交通运输干扰也大，造成的危害严重。因此在工程地质上与软土一起被称为“地质杀手”。鉴于膨胀土对工程项目的危害，研究、分析膨胀土特性，找到膨胀土的防治方法就显得非常重要。3膨胀土的工程力学分析膨胀土工程力学性质极不稳定。当土中水分聚集时，土体膨胀，对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀上抬压力而导致建筑物的破坏；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。随着对膨胀土的研究和实验不断深入以及工程施工技术的提高，可以采用非饱和土理论解释其工程力学。膨胀土对建筑工程的影响主要从膨胀土的胀缩性、裂隙性和超固结性方面来解释，三者是相互联系、互相促进的，其中胀缩性是根本的内在因素，裂隙性是关键的控制因素，超固结是促进因素。膨胀土的力学特性受含水量或基质吸力的强烈影响，水分迁移也与它的初始应力状态有关，含水量增加会急剧降低非饱和膨胀土的吸力，使土软化，同时削弱超固结作用，当土体内的裂隙超过吸力临界值就造成裂隙张开、延伸、扩展、贯通直到变形失稳。开挖卸载和由于气候变化引起的含水量变化是外部诱发条件和主导因素。2膨胀土的特性膨胀土一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（以蒙脱石和伊力石为主）所组成的粘性土，具有很强的亲水、持水性和很高的可塑性及粘聚性。它是一种遇水急剧膨胀、强度骤减、失水则严重干缩、坚硬而又常有收缩裂隙的高塑性粘土，其膨胀和收缩一般是互相关联的，但其绝对值不一定相等。从外观看，膨胀土呈灰色、灰白色或黄褐色。天然状态下，呈有棱角的块状或片状，其颗粒大小一般在2～5cm之间；天然干燥状态下呈暗灰色，土块非常坚硬，能承受巨大荷载；天然潮湿状态下，呈发亮的灰黑色或黄色，土体松软。当环境湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形，过分潮湿状态下，经搅动可结成巨大团块或粘条。含水率足够大时，体积膨胀软化成稠状，无法承受荷载，像流塑体，会形成大面积泥石流。“早上软，中午硬，到了下午弄不动”就是对它在含水量变化时土体状态变化的形象总结。笔者在百色田东火车站施工站场线间沟时，看到沟侧面的膨胀土随着轨道上火车通过产生动载变化而发生受载挤压鼓胀、卸载回缩变形的现象，形如“弹性橡皮条”。4膨胀土对路基工程的危害南百二级公路、南昆铁路工程中膨胀土区段路基经常出现边坡、路基不稳定、道路硬化面开裂等问题，实际上都是膨胀土的胀缩变形影响到工程稳定。通常有以下情况。4.1开裂膨胀土用作路基填料会导致局部坍塌、隆起或当含水量较大时，经施工机械搅动，将粘结成塑性很高的巨大团块，很难晾干。且随着水分的逐渐散失，土块可塑性降低，粘聚性越来越强，土体内的力学强度页随着增大，土块就会越来越坚硬，难于击碎、压实，压路机碾压后土间仍存在较大空隙，压实度很难达到密实状态。如果把含水量高的膨胀土晾晒干直接用作路基填料，会增加机械碾压难度，延长工期，且压实质量难以保证。当膨胀土路基遇到雨水，水充填土间空隙，土体颗粒自身【作者简介】张愿（1979—），女，广西罗城人，现就职于柳州铁道职业技术学院，工程师。qiyekejiyufazhan

41|公路桥梁|的亲水性，使得弱膨胀土表面会形成薄薄的蓬松层，强膨胀土会形成弹性十足“橡皮泥”；在干燥季节，随着水分的散失，土体干缩龟裂，雨水通过裂缝浸入土体深处导致膨胀，一旦受到约束，土体中相应会产生膨胀力，当这种膨胀力超过上部荷载或临界荷载时，路基就会出现严重崩解，造成路基局部坍塌、隆起或裂缝。用高粘聚性的膨胀土填筑路堤必须采取防护措施和填土改性，确保公路路基稳定。4.2膨胀土用作各种稳定土材料，会导致翻浆冒泥膨胀土用作稳定土基层材料时，慢慢会严重干缩、龟裂成碎块，经过车辆荷载的重复作用，这些龟裂碎块逐渐松动，逐渐将基层裂缝反射到面层，使面层产生相应的龟裂。若遇阴雨或积雪，路面积水通过这些裂缝灌入土基，土基表面将迅速膨胀、崩解，形成松软层，丧失承载能力，再经过行车碾压，路面就会出现翻浆冒泥，最终导致路面崩溃。4.3膨胀土直接掺入石灰等胶结材料会导致路面龟裂膨胀土一般以块状存在，现有的稳定土搅拌设备几乎无法将其彻底粉碎。在稳定土基层施工过程中，人为掺入石灰等胶结材料，无法进入土块内部发生充分反应，碾压成型后，这些膨胀土小碎块，遇水后会迅速膨胀崩解，从而使基层表面出现大量的小坑窝，经过车轮荷载的反复作用，路面将出现车辙、网裂或龟裂，最终导致路面破坏。5膨胀土的治理强性膨胀土一般不能用作路基和基层填料，中弱性膨胀土用作路基填料时宜采取防治措施进行治理。针对膨胀土的膨胀成因，从土体自身和膨胀触发条件———水这两个方面考虑就行了。一是通过对膨胀土进行改性，以提高路面或路基的结构刚度；二是加强防水保湿措施，如增设隔水层，使路面、路基有较好的排水、隔水条件。治理膨胀土的方法如下。（1）主要是化学改性。如掺石灰、水泥、粉煤灰等来稳定膨胀土，其中加石灰是最普遍和最有效的方法，其掺灰量应通过物理力学性质、膨胀性、水稳性等试验来选用最佳配比。①土工试验确定膨胀土的类型：按公路路基设计规范的工程地质分类为中等膨胀土和弱膨胀土，其中弱膨胀土的自由膨胀率已接近中等膨胀土，都应改性处理后方可填筑路堤。施工路基前取土进行土工试验，以确定膨胀土的类型。②现场试验确定施工路段膨胀土改良的实际压实密度、含水率、掺灰率，合理选取掺灰率。在现场施工条件下，由于土块粉碎、石灰存放、拌和以及压实后养护都达不到室内试验的条件，根据规范和有关实验，结合大量的工程实践经验，膨胀土采用路拌法施工时石灰剂量应比室内试验确定的剂量多1%，一般在最佳含水率下按干土重计算掺灰率为5%较好，自然状态下石灰掺和剂量取8%，此时其胀缩总率和无侧限抗拉压强度都达到规范要求。③根据选用的掺灰率对膨胀土进行处理，改变其矿物成分性质，增强其水稳性，提高工程力学性质。掺和石灰处理分两步进行：先是掺一定比率的石灰，用拌和机充分拌和，整形初压42qiyekejiyufazhan

企业科技与发展2014年第24期（总第388期）后，适量洒水，使土表面膨胀碎块进一步崩解，然后再在土表面掺和一定百分比的石灰，重新拌和充分碾压，如此反复就增强了掺合土的表面强度和水稳定性。（2）低等级公路上，可根据膨胀土分布情况，将砂性土与其对半掺和使用，也可降低土中粘粒和胶粒的相对含量，达到减少膨胀性的效果。也可在基床铺设砂砾垫层，消除膨胀土的胀缩作用，提高路基的承载力。（3）路基成型后，为确保膨胀土改良的性能，可在底基层顶面基床喷洒沥青膜封层，或在基顶采用土工布、防水塑料板封闭处理，也可隔断雨水对膨胀土的浸泡影响，减少膨胀效果。6膨胀土路基基床病害整治由于各种因素，现实中仍然存在着膨胀土路基，并因环境潮湿度的变化，对其上部的公路路面、铁路线路状况及边坡产生了极大的破坏，对这类膨胀土路基，就需要进行处理。（1）基床换填改性土。在膨胀土路堤段，基床以下部分不宜改变土的埋藏条件，以免引起湿度变化，可通过防水保护措施、设置排水系统或增大堤侧土层覆盖厚度，防止地表水直接灌入，保持下伏膨胀土湿度。然后挖除膨胀土基床，置换非膨胀土。（2）土工格室、小型石灰桩、水泥土桩复合地基加固。此方法主要用于厚度2m以上膨胀土路基斜坡或平面地基。通过在土体类钻设桩体，桩体内的亲水物质（石灰、水泥）等就会从周围吸附水分，并作用形成无膨胀性固结物，一方面可以减少膨胀土对水分的吸收而减弱膨胀性，另一方面固结物也稀释膨胀土从而达到治理膨胀的效果。（3）利用生态改性剂（CMA）进行改良。即将CMA生态改性剂（一种中性水溶液）洒入有膨胀土的石灰掺和土表面，通过一系列水分子与石灰土的化学作用，增强石灰土的水稳定性，达到改变膨胀土颗粒结构性，减弱其膨胀能，从而提高土体的抗剪强度，永久地将膨胀土改为非膨胀土。这是一种新型治理方法。此方法施工简单，施工工期短，改性后土体还能种植灌木和草皮，具有绿化与美化环境，还原生态的功能。应用到膨胀土地基与边坡的治理更能起到较好的效果。7结论分析总结膨胀土的特性，在南百二级公路和南昆铁路路基工程中利用膨胀土路基隔水、防水、吸水措施以及土性改良技术，有时是几种技术综合使用，取得了良好效果。随着科学技术进一步发展，对膨胀土的治理理论将会越来越完善，实施也将会越来越成功。参考文献1］TZ202—2008，客货共线铁路路基工程施工技术指南［S］［责任编辑：黄庆发］［