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[摘要]本文对膨胀土常用改良方法进了行归纳总结。结合武英高速公路地质资料，对膨胀土及其改良土进行试验研究。评价了该路段膨胀土的工程特性，对于膨胀土的设计与施工，具有重要意义。
[关键词]膨胀土；改良方法；工程特性
[abstract] in this paper, the expansive soil improvement method commonly used in line summarized. Combined with WuYing highway geology data, the expansive soil and improve soil were tested. The evaluation of this route of expansive soil engineering characteristics, for the design and construction of expansive soil, to have the important meaning.
[key words] expansive soil; Improved methods; Engineering characteristics
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
膨胀土是指其粘粒成分主要由亲水性较强的蒙脱石或伊利石等矿物组成，胀缩性能较大的粘性土。由于受形成条件、地质、水文及气候环境等因素的影响，它具有一系列特殊的物理力学性质及胀缩特性，其胀缩性对工程危害很大。膨胀土稳定性差，路基就易产生溜坍、滑坡等严重事故， 还会产生收缩开裂、松散、 剥落等病害。在修筑公路时，由于土地资源的匮乏，一些地区不得不用工程性质不良的膨胀土作为路堤填料。为保证工程的质量，对膨胀性稍强的土需要进行化学改良后方可作为路堤填料。
1 膨胀土路基常用的处理方法
膨胀土按其膨胀性可分为弱膨胀土、中等膨胀土和强膨胀土。路基施工技术规范[1]提出弱膨胀土可用于填筑路基，中等膨胀土经改良处理后可用作填料，强膨胀土则不宜填筑路基。公路工程中膨胀土处理主要涉及以下三个方面[2]：膨胀土边坡稳定及防护；膨胀土隧道的支护与衬砌问题；膨胀土路基的处理。其中膨胀土路基处理最为重要，其常用处理方法主要有以下几种：
（1）换土法
换土是膨胀土路基处理方法中最简单而且有效的方法。即挖除膨胀土，换填非膨胀土或砂砾土，换土深度根据膨胀土的强弱和当地的气候特点确定。在一定深度以下的膨胀土含水量基本不受外界气候的影响，该深度称之为临界深度，该含水量称之为该膨胀土在该地区的临界含水量。由于各地的气候不同，各地膨胀土的临界深度和临界含水量也有所不同。换土深度要考虑地面降水影响而使土体含水量急剧变化的深度，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。
（2）湿度控制法
湿度控制法包括预湿和保持含水量稳定。为控制由于膨胀土含水量变化而引起的胀缩变形，尽量减少路基含水量受外界大气的影响，需在施工中采取一定的措施。如利用土工布或
迁移。
（3）改性处理法
在膨胀土中掺入石灰、水泥或其它固化材料，掺入材料与膨胀土产生了复杂的化学反应，改善土的水理性质，改变土的胀缩性能，提高土体强度，增加路基稳定性。具体来说：石灰的固化作用是由于盐基交换、次生碳酸钙胶结性、粘土颗粒与石灰相互作用形成新的含水碳酸钙、铝酸钙等新矿物而显现出来；水泥的固化作用是由于钙酸盐与铝的水化物和颗粒间的胶结作用，胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，从而降低膨胀土的液限，增大了膨胀土的塑限和抗剪强度；NCS固化材料除具有石灰、水泥的优点消除土的胀缩性外，还有吸水增
强作用，改善土的压实性并生成微型加筋结构，提高土的强度。
不同地區、不同成因的膨胀土，往往具有不同的特性，其改性参数和配比也不尽相同。因此，进行改性施工之前的试验研究是非常必要的。
2 工程概况
为促进区域经济的快速协调发展，武汉市大力进行基础设施建设，新规划建设七条快速出口公路，该路线就是七条快速出口公路之一武汉至英山快速出口通道的一部分。该路线位于武汉市东北部，地貌单元主要有第四纪冲湖积平原、垄岗间洼地。路线走廊内沿西侧起点往东K12+700左右为冲湖积平原，再往东至K15+800左右为垄岗残丘间夹沟汊、洼地，K15+800～K17+740左右为武湖湖区，K17+740至终点为垄岗地貌。沿线地形平缓，多为农田、湖汊或鱼塘，植被发育。地面标高一般在18m～40m之间，相对高差在10m以内。路线全长24.8公里。
武湖两侧垄岗段发育的第四系更新统冲洪积粘性土层、第四系残积粘性土层，主要矿物成份为伊利石，含极少量蒙脱石，小于0.002mm粘粒含量小于35％，自由膨胀率一般小于65％，胀缩总率一般在2.0％以下，塑性指数一般在15～28之间，总体上具有弱膨胀潜势。对垄岗段20m左右位置所取膨胀土原状土样进行试验鉴定，其土工试验结果如表1。
表1武英高速公路膨胀土土工试验结果
3 膨胀土的改性试验
由于膨胀土具有胀缩的特性，若将膨胀土作为路基填料，必须进行改性处理后方可利用。改性的主要方法是在膨胀土中加入石灰等材料。在膨胀土中加入石灰进行改性处理后，膨胀土中的蒙脱石、伊利石与石灰发生复杂的物理、化学变化，通过微观结构的变化达到土的力学性质的改变，最终使膨胀土降低亲水性，提高自身的稳定性，以达到用于高速公路路基填料的目的。本文对武英高速公路膨胀土进行掺石灰处理试验。
3.1 击实试验
对膨胀土样进行击实试验，采用重型击实试验法。对素土、素土加石灰，石灰含CaO56%(以下试验均采用这种石灰),掺灰量为4%、5%、6%时的击实试验。素土及各种含灰量击实试验求得的最大干密度和最隹含水量结果见表2。试验结果表明：掺灰量越多最大干密度越小，最佳含水量越大。
表2击实试验求得的最佳含水量和最大干密度
3.2 膨胀量及承载比（CBR）试验
土的膨胀量是衡量土能否用于路基填料的主要指标之一。根据土工试验规程的要求[3]，土的膨胀性实验一般以土的自由膨胀率为指标。但这种确定土的膨胀性试验方法与路基土的实际受力状态有明显差异。本文采用CBR击实筒制作试样，测定试样在有侧限条件下底部浸水及全部浸水后的相对膨胀率，这更能反映路基土受自然环境影响的实际情况。
将膨胀土（含中砂红土）按重型击实试验，最佳含水量；按不同掺灰比、不同压实度制作试样，经3d后，测试膨胀量和CBR值，其结果见表3。
表3 不同掺灰量、不同压实度时膨胀量与CBR值
从试验结果可以看出，随掺石灰量的增加，承载比有很大的提高，远远大于不掺石灰时的强度。在最佳含水量时，随压实度的提高掺石灰土的膨胀量有所减少。同时掺石灰量的提高可以适当降低土的膨胀量。因此对于该工程中以棕红色为主、粘土中含中砂，具有弱膨胀性的土，采用掺加石灰来进行改性，具有良好的效果。并随掺灰量的增加，土的性能越好。从上述列表数据来看，掺量为4％、5％、6％土样均能满足土基填料的要求。
3.3 掺石灰膨胀总率试验
土的膨胀力是指当土的体积膨胀时，路面所受到的压力。在土工试验规程中，膨胀力的测试一般使用压缩仪，采用加压平衡法进行。将膨胀土按不同的掺灰量进行试验，结果如表4。
表4 掺石灰膨胀总率试验结果
从表3试验结果可知，随掺灰量的增加，膨胀力降低。和CBR试验得出的膨胀量的结果一致。规范规定，利用掺加石灰来进行弱膨胀土的改性，以胀缩总率不超过0.07为石灰掺量控制指标。从上述数据来看，石灰掺量为4％、5％、6％的土样均能满足规范中胀缩总率的规定要求。
4结束语
（1）掺石灰改性后的膨胀土，其强度完全可以达到路堤对填料的要求。该工程中，石灰掺量为4～6％的膨胀土均能满足规范规定的填筑材料性能的要求。综合各因素，当石灰掺量为5％时，其强度及膨胀量相对较优。
（2）当土质为弱膨胀土时，掺石灰后其性能随着石灰掺量的适度增加而优化。石灰对膨胀土有很好的改性效果。采用掺灰土填筑路基时,在可压实的情况下，尽可能提高压实度，以降低路基膨胀量及膨胀力。
通过对武英高速公路路基膨胀土改性处理的试验研究证明，膨胀土的不良性能可以改良。根据工程的性质不同，改良物质的采取难易度，综合考虑各方面因素，选择经济合理有效的各种方法，对膨胀土进行改良、治理，确保膨胀土地区建筑物的稳定与安全。
参考文献
[1] JTJ033-95.公路路基施工技术规范[S].
[2] 李在允，李振中.谈膨胀土路基处理技术[J].工程技术.2005：36-37.
[3] JTJ051-93.公路土工试验规程[S].
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
[关键词]膨胀土；改良方法；工程特性
[abstract] in this paper, the expansive soil improvement method commonly used in line summarized. Combined with WuYing highway geology data, the expansive soil and improve soil were tested. The evaluation of this route of expansive soil engineering characteristics, for the design and construction of expansive soil, to have the important meaning.
[key words] expansive soil; Improved methods; Engineering characteristics
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
膨胀土是指其粘粒成分主要由亲水性较强的蒙脱石或伊利石等矿物组成，胀缩性能较大的粘性土。由于受形成条件、地质、水文及气候环境等因素的影响，它具有一系列特殊的物理力学性质及胀缩特性，其胀缩性对工程危害很大。膨胀土稳定性差，路基就易产生溜坍、滑坡等严重事故， 还会产生收缩开裂、松散、 剥落等病害。在修筑公路时，由于土地资源的匮乏，一些地区不得不用工程性质不良的膨胀土作为路堤填料。为保证工程的质量，对膨胀性稍强的土需要进行化学改良后方可作为路堤填料。
1 膨胀土路基常用的处理方法
膨胀土按其膨胀性可分为弱膨胀土、中等膨胀土和强膨胀土。路基施工技术规范[1]提出弱膨胀土可用于填筑路基，中等膨胀土经改良处理后可用作填料，强膨胀土则不宜填筑路基。公路工程中膨胀土处理主要涉及以下三个方面[2]：膨胀土边坡稳定及防护；膨胀土隧道的支护与衬砌问题；膨胀土路基的处理。其中膨胀土路基处理最为重要，其常用处理方法主要有以下几种：
（1）换土法
换土是膨胀土路基处理方法中最简单而且有效的方法。即挖除膨胀土，换填非膨胀土或砂砾土，换土深度根据膨胀土的强弱和当地的气候特点确定。在一定深度以下的膨胀土含水量基本不受外界气候的影响，该深度称之为临界深度，该含水量称之为该膨胀土在该地区的临界含水量。由于各地的气候不同，各地膨胀土的临界深度和临界含水量也有所不同。换土深度要考虑地面降水影响而使土体含水量急剧变化的深度，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。
（2）湿度控制法
湿度控制法包括预湿和保持含水量稳定。为控制由于膨胀土含水量变化而引起的胀缩变形，尽量减少路基含水量受外界大气的影响，需在施工中采取一定的措施。如利用土工布或
迁移。
（3）改性处理法
在膨胀土中掺入石灰、水泥或其它固化材料，掺入材料与膨胀土产生了复杂的化学反应，改善土的水理性质，改变土的胀缩性能，提高土体强度，增加路基稳定性。具体来说：石灰的固化作用是由于盐基交换、次生碳酸钙胶结性、粘土颗粒与石灰相互作用形成新的含水碳酸钙、铝酸钙等新矿物而显现出来；水泥的固化作用是由于钙酸盐与铝的水化物和颗粒间的胶结作用，胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，从而降低膨胀土的液限，增大了膨胀土的塑限和抗剪强度；NCS固化材料除具有石灰、水泥的优点消除土的胀缩性外，还有吸水增
强作用，改善土的压实性并生成微型加筋结构，提高土的强度。
不同地區、不同成因的膨胀土，往往具有不同的特性，其改性参数和配比也不尽相同。因此，进行改性施工之前的试验研究是非常必要的。
2 工程概况
为促进区域经济的快速协调发展，武汉市大力进行基础设施建设，新规划建设七条快速出口公路，该路线就是七条快速出口公路之一武汉至英山快速出口通道的一部分。该路线位于武汉市东北部，地貌单元主要有第四纪冲湖积平原、垄岗间洼地。路线走廊内沿西侧起点往东K12+700左右为冲湖积平原，再往东至K15+800左右为垄岗残丘间夹沟汊、洼地，K15+800～K17+740左右为武湖湖区，K17+740至终点为垄岗地貌。沿线地形平缓，多为农田、湖汊或鱼塘，植被发育。地面标高一般在18m～40m之间，相对高差在10m以内。路线全长24.8公里。
武湖两侧垄岗段发育的第四系更新统冲洪积粘性土层、第四系残积粘性土层，主要矿物成份为伊利石，含极少量蒙脱石，小于0.002mm粘粒含量小于35％，自由膨胀率一般小于65％，胀缩总率一般在2.0％以下，塑性指数一般在15～28之间，总体上具有弱膨胀潜势。对垄岗段20m左右位置所取膨胀土原状土样进行试验鉴定，其土工试验结果如表1。
表1武英高速公路膨胀土土工试验结果
3 膨胀土的改性试验
由于膨胀土具有胀缩的特性，若将膨胀土作为路基填料，必须进行改性处理后方可利用。改性的主要方法是在膨胀土中加入石灰等材料。在膨胀土中加入石灰进行改性处理后，膨胀土中的蒙脱石、伊利石与石灰发生复杂的物理、化学变化，通过微观结构的变化达到土的力学性质的改变，最终使膨胀土降低亲水性，提高自身的稳定性，以达到用于高速公路路基填料的目的。本文对武英高速公路膨胀土进行掺石灰处理试验。
3.1 击实试验
对膨胀土样进行击实试验，采用重型击实试验法。对素土、素土加石灰，石灰含CaO56%(以下试验均采用这种石灰),掺灰量为4%、5%、6%时的击实试验。素土及各种含灰量击实试验求得的最大干密度和最隹含水量结果见表2。试验结果表明：掺灰量越多最大干密度越小，最佳含水量越大。
表2击实试验求得的最佳含水量和最大干密度
3.2 膨胀量及承载比（CBR）试验
土的膨胀量是衡量土能否用于路基填料的主要指标之一。根据土工试验规程的要求[3]，土的膨胀性实验一般以土的自由膨胀率为指标。但这种确定土的膨胀性试验方法与路基土的实际受力状态有明显差异。本文采用CBR击实筒制作试样，测定试样在有侧限条件下底部浸水及全部浸水后的相对膨胀率，这更能反映路基土受自然环境影响的实际情况。
将膨胀土（含中砂红土）按重型击实试验，最佳含水量；按不同掺灰比、不同压实度制作试样，经3d后，测试膨胀量和CBR值，其结果见表3。
表3 不同掺灰量、不同压实度时膨胀量与CBR值
从试验结果可以看出，随掺石灰量的增加，承载比有很大的提高，远远大于不掺石灰时的强度。在最佳含水量时，随压实度的提高掺石灰土的膨胀量有所减少。同时掺石灰量的提高可以适当降低土的膨胀量。因此对于该工程中以棕红色为主、粘土中含中砂，具有弱膨胀性的土，采用掺加石灰来进行改性，具有良好的效果。并随掺灰量的增加，土的性能越好。从上述列表数据来看，掺量为4％、5％、6％土样均能满足土基填料的要求。
3.3 掺石灰膨胀总率试验
土的膨胀力是指当土的体积膨胀时，路面所受到的压力。在土工试验规程中，膨胀力的测试一般使用压缩仪，采用加压平衡法进行。将膨胀土按不同的掺灰量进行试验，结果如表4。
表4 掺石灰膨胀总率试验结果
从表3试验结果可知，随掺灰量的增加，膨胀力降低。和CBR试验得出的膨胀量的结果一致。规范规定，利用掺加石灰来进行弱膨胀土的改性，以胀缩总率不超过0.07为石灰掺量控制指标。从上述数据来看，石灰掺量为4％、5％、6％的土样均能满足规范中胀缩总率的规定要求。
4结束语
（1）掺石灰改性后的膨胀土，其强度完全可以达到路堤对填料的要求。该工程中，石灰掺量为4～6％的膨胀土均能满足规范规定的填筑材料性能的要求。综合各因素，当石灰掺量为5％时，其强度及膨胀量相对较优。
（2）当土质为弱膨胀土时，掺石灰后其性能随着石灰掺量的适度增加而优化。石灰对膨胀土有很好的改性效果。采用掺灰土填筑路基时,在可压实的情况下，尽可能提高压实度，以降低路基膨胀量及膨胀力。
通过对武英高速公路路基膨胀土改性处理的试验研究证明，膨胀土的不良性能可以改良。根据工程的性质不同，改良物质的采取难易度，综合考虑各方面因素，选择经济合理有效的各种方法，对膨胀土进行改良、治理，确保膨胀土地区建筑物的稳定与安全。
参考文献
[1] JTJ033-95.公路路基施工技术规范[S].
[2] 李在允，李振中.谈膨胀土路基处理技术[J].工程技术.2005：36-37.
[3] JTJ051-93.公路土工试验规程[S].
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。