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【摘 要】在公路建设的过程中，常常不可避免会通过膨胀土地区，膨胀土是公路建设中一种特殊的不良土质，一直是困扰公路建设的重大工程问题，处理不好将对路基和公路产生极大的破坏。
【关键词】公路工程；膨胀土危害；处理方法
膨胀土是指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物，具有吸水显著膨胀软化、失水急剧收缩破裂以及反复湿胀干缩特性的高塑性粘土，又称裂土、裂隙粘土。膨胀土是影响公路及其它结构物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。随着公路建设的高速发展，为保证公路在较长时间内的路基稳定和路面的平整度，达到行车安全、舒适的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。
1.膨胀土的工程特性
膨胀土的工程特性大致可以归纳如下。
1.1胀缩性
根据土质学观点，膨胀土由于具有亲水性，只要与水相互作用，都具有增大其体积的能力，土体湿度也随之增加。膨胀土吸水膨胀后，如果膨胀受阻，就会产生膨胀力，会使路面隆起，失水体积收缩，土体收缩开裂，并使得路面下沉。膨胀土不同于其它粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低。
1.2固结性
超固结性是膨胀土的重要特性之一。这种超固结性使膨胀土大多具有天然孔隙比较小、干密度较大、初始结构强度较高等特性。超固结膨胀土路基开挖后将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸荷膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，使边坡容易发生破坏。
1.3崩解性
崩解性是膨胀土浸水后所发生的一种吸水湿化现象。不同类型的膨胀土其崩解性不一样，强膨胀土浸入水后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。
1.4裂隙性
多裂隙性是膨胀土的典型特征，多裂隙构成的裂隙结构体及软弱结构面产生了复杂的物理力学效应，大大降低了膨胀土的强度，导致膨胀土的工程地质性质恶化。膨胀土中的裂隙，主要可分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有一定几何形状的块体如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。
1.5强度衰减性
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高、残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，随着土受胀缩效应和风化作用时间的增加，抗剪强度将大幅度衰减。强度衰减的幅度和速度，除与土体的物质组成、土的结构和状态有关外，还与风化作用特别是胀缩效应的强弱有关。
1.6风化特性
膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快会产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏，强度降低。按其风化程度，一般将膨胀土划分为强、中、弱三层。强风化层，位于地表或边坡表层，受大气作用与生物作用强烈，干湿效应显著，土体碎裂多呈砂砾与细小鳞片状，结构连结完全丧失，厚度约为1．0m～1．5m；微风化层，位于弱风化层下，大气与生物作用已明显减弱，干湿效应亦不显著，土体基本保持有规则的原始结构形体，多呈棱块状、短柱状等块体厚度为1．0m左右。弱风化层，位于地表浅层，大气与生物作用已明显减弱，但仍较强烈，干湿效应也较明显，土体割裂多呈碎块状，结构连结大部分丧失，厚度约为1．0m～1．5m。
2.膨胀土的危害
膨胀土是在自然地质过程中形成的一种多裂缝并具有显著膨胀特性的土体，由于前述的不良工程性质，在工程界被认为是隐藏的地质灾害，对工程结构具有严重的破坏作用。特别是对高等级公路路基工程和大型结构物所产生的变形破壞作用，往往具有长期、潜在的危险，由于对膨胀土膨胀能力估计不足而造成公路病害的损失是相当惊人的。膨胀土地区的公路发生的病害主要有以下几个方面：
2.1沉陷变形
膨胀土初期结构强度较高，施工时不易粉碎及压实，路堤建成后由于大气物理风化作用和湿胀干缩效应，土块崩解，在路面和路堤自重及汽车荷载作用下，路堤易产生不均匀下沉，路堤愈高，沉陷量愈大严重时可使路面变形破坏。
2.2滑坡
滑坡具有弧形外貌，有明显的滑床，滑床后壁陡直，前缘平缓，主要受裂隙控制。滑坡多呈牵引式出现，具叠瓦状，成群发生。一般滑体厚为l～3m，多数小于6m。滑坡与大气风化作用层深度、土的类型、土体结构较密切，而与边坡的高度无明显关系。
2.3溜塌
边坡表层、强风化层内的土体吸水过饱，在重力与渗透压力的作用下，沿坡面向下产生流塑状溜塌。溜塌多发生在雨季，与边坡坡度无关。
2.4纵裂
路肩部常因机械碾压不到，填土达不到要求的密实度，后期沉降量相对较大，加之路肩临空，对大气风化作用特别敏感，干湿交替频繁，肩部土体收缩远大于堤身，故在路肩上常发生顺路线方向的开裂，形成数十米至上百米的张开裂缝，缝宽约2～4m，大多距路肩外缘0．5～1．0m。
2.5坍肩
路堤肩部土体压实不够，又处于两面临空部位，易受风化作用影响而导致强度衰减。当有雨水渗入时，特别是当有路肩纵向裂缝出现时，在汽车动荷载作用下，很容易发生路肩坍塌。塌壁高多在1．0m以内，严重者可大于1．0m，常发生在雨季。
3.膨胀土路基处理方法
3.1换填
即将膨胀土换成工程性质较好的土质，换填深度应根据膨胀土胀缩性的强弱和当地的气候条件确定。换土是膨胀土路基处理方法中最简单有效的方法。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，换土深度要考虑受地面降水的影响而使土体含水量急剧变化的深度，基本上在1～2m，即强膨胀土为2m，中弱膨胀土为1～1．5m，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。
3.2湿度控制
由于膨胀土路基具有显著吸水膨胀和失水收缩的特性，因此，首先应考虑尽可能对路基边坡和路肩土体采取保湿防渗措施，防止土体干缩湿胀而导致路基强度下降。湿度控制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。如利用土工布和粘土将膨胀土路基进行包封，避免膨胀土与外界大气有接触，尽量减少膨胀土内部的湿度变化。
3.3改性处理
目前，国内外普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等进行改良处治，亦可用其中的两种或三种进行综合处治。其中最常用的方法是掺石灰改良。石灰的固化作用是通过离子交换，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硅酸钙、硅酸等新矿物而显现出来的。采用掺石灰改性膨胀土，石灰剂量为4％～12％，掺石灰改性后应达到胀缩总率小于0．7，以接近零为最佳，根据不同路段膨胀土的具体情况，通过试验确定具体的掺灰率。
3.4边坡防护与加固
对于膨胀土边坡，必须采取有效措施进行防护和加固。常用的防护和加固方式有：一种是土工格栅。充分利用土工网格的抗拉强度、土与网格的相互咬合摩擦作用对边坡进行加固。另一种是边坡支挡结构。常用的边坡支挡结构有：①网格式加筋土挡土结构稳定膨胀土边坡；②用土钉墙处理膨胀土路堑边坡；③十字形锚杆骨架护坡和梁形锚杆骨架护坡。
4.结语
膨胀土是影响公路建设的一种特殊土质，在实际工程中，其不良影响是巨大的。膨胀土地区的路基处理是一个很复杂的问题，需要考虑多种因素。另外，由于各个地区的气候特点和膨胀土的地质成因相差较大，造成膨胀土具有显著的区域性特征，膨胀土用作路堤填料所表现的工程特性差异较大，因此需根据工程的具体地域特点采取合适的处理方法。
【关键词】公路工程；膨胀土危害；处理方法
膨胀土是指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物，具有吸水显著膨胀软化、失水急剧收缩破裂以及反复湿胀干缩特性的高塑性粘土，又称裂土、裂隙粘土。膨胀土是影响公路及其它结构物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。随着公路建设的高速发展，为保证公路在较长时间内的路基稳定和路面的平整度，达到行车安全、舒适的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。
1.膨胀土的工程特性
膨胀土的工程特性大致可以归纳如下。
1.1胀缩性
根据土质学观点，膨胀土由于具有亲水性，只要与水相互作用，都具有增大其体积的能力，土体湿度也随之增加。膨胀土吸水膨胀后，如果膨胀受阻，就会产生膨胀力，会使路面隆起，失水体积收缩，土体收缩开裂，并使得路面下沉。膨胀土不同于其它粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低。
1.2固结性
超固结性是膨胀土的重要特性之一。这种超固结性使膨胀土大多具有天然孔隙比较小、干密度较大、初始结构强度较高等特性。超固结膨胀土路基开挖后将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸荷膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，使边坡容易发生破坏。
1.3崩解性
崩解性是膨胀土浸水后所发生的一种吸水湿化现象。不同类型的膨胀土其崩解性不一样，强膨胀土浸入水后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。
1.4裂隙性
多裂隙性是膨胀土的典型特征，多裂隙构成的裂隙结构体及软弱结构面产生了复杂的物理力学效应，大大降低了膨胀土的强度，导致膨胀土的工程地质性质恶化。膨胀土中的裂隙，主要可分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有一定几何形状的块体如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。
1.5强度衰减性
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高、残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，随着土受胀缩效应和风化作用时间的增加，抗剪强度将大幅度衰减。强度衰减的幅度和速度，除与土体的物质组成、土的结构和状态有关外，还与风化作用特别是胀缩效应的强弱有关。
1.6风化特性
膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快会产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏，强度降低。按其风化程度，一般将膨胀土划分为强、中、弱三层。强风化层，位于地表或边坡表层，受大气作用与生物作用强烈，干湿效应显著，土体碎裂多呈砂砾与细小鳞片状，结构连结完全丧失，厚度约为1．0m～1．5m；微风化层，位于弱风化层下，大气与生物作用已明显减弱，干湿效应亦不显著，土体基本保持有规则的原始结构形体，多呈棱块状、短柱状等块体厚度为1．0m左右。弱风化层，位于地表浅层，大气与生物作用已明显减弱，但仍较强烈，干湿效应也较明显，土体割裂多呈碎块状，结构连结大部分丧失，厚度约为1．0m～1．5m。
2.膨胀土的危害
膨胀土是在自然地质过程中形成的一种多裂缝并具有显著膨胀特性的土体，由于前述的不良工程性质，在工程界被认为是隐藏的地质灾害，对工程结构具有严重的破坏作用。特别是对高等级公路路基工程和大型结构物所产生的变形破壞作用，往往具有长期、潜在的危险，由于对膨胀土膨胀能力估计不足而造成公路病害的损失是相当惊人的。膨胀土地区的公路发生的病害主要有以下几个方面：
2.1沉陷变形
膨胀土初期结构强度较高，施工时不易粉碎及压实，路堤建成后由于大气物理风化作用和湿胀干缩效应，土块崩解，在路面和路堤自重及汽车荷载作用下，路堤易产生不均匀下沉，路堤愈高，沉陷量愈大严重时可使路面变形破坏。
2.2滑坡
滑坡具有弧形外貌，有明显的滑床，滑床后壁陡直，前缘平缓，主要受裂隙控制。滑坡多呈牵引式出现，具叠瓦状，成群发生。一般滑体厚为l～3m，多数小于6m。滑坡与大气风化作用层深度、土的类型、土体结构较密切，而与边坡的高度无明显关系。
2.3溜塌
边坡表层、强风化层内的土体吸水过饱，在重力与渗透压力的作用下，沿坡面向下产生流塑状溜塌。溜塌多发生在雨季，与边坡坡度无关。
2.4纵裂
路肩部常因机械碾压不到，填土达不到要求的密实度，后期沉降量相对较大，加之路肩临空，对大气风化作用特别敏感，干湿交替频繁，肩部土体收缩远大于堤身，故在路肩上常发生顺路线方向的开裂，形成数十米至上百米的张开裂缝，缝宽约2～4m，大多距路肩外缘0．5～1．0m。
2.5坍肩
路堤肩部土体压实不够，又处于两面临空部位，易受风化作用影响而导致强度衰减。当有雨水渗入时，特别是当有路肩纵向裂缝出现时，在汽车动荷载作用下，很容易发生路肩坍塌。塌壁高多在1．0m以内，严重者可大于1．0m，常发生在雨季。
3.膨胀土路基处理方法
3.1换填
即将膨胀土换成工程性质较好的土质，换填深度应根据膨胀土胀缩性的强弱和当地的气候条件确定。换土是膨胀土路基处理方法中最简单有效的方法。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，换土深度要考虑受地面降水的影响而使土体含水量急剧变化的深度，基本上在1～2m，即强膨胀土为2m，中弱膨胀土为1～1．5m，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。
3.2湿度控制
由于膨胀土路基具有显著吸水膨胀和失水收缩的特性，因此，首先应考虑尽可能对路基边坡和路肩土体采取保湿防渗措施，防止土体干缩湿胀而导致路基强度下降。湿度控制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。如利用土工布和粘土将膨胀土路基进行包封，避免膨胀土与外界大气有接触，尽量减少膨胀土内部的湿度变化。
3.3改性处理
目前，国内外普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等进行改良处治，亦可用其中的两种或三种进行综合处治。其中最常用的方法是掺石灰改良。石灰的固化作用是通过离子交换，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硅酸钙、硅酸等新矿物而显现出来的。采用掺石灰改性膨胀土，石灰剂量为4％～12％，掺石灰改性后应达到胀缩总率小于0．7，以接近零为最佳，根据不同路段膨胀土的具体情况，通过试验确定具体的掺灰率。
3.4边坡防护与加固
对于膨胀土边坡，必须采取有效措施进行防护和加固。常用的防护和加固方式有：一种是土工格栅。充分利用土工网格的抗拉强度、土与网格的相互咬合摩擦作用对边坡进行加固。另一种是边坡支挡结构。常用的边坡支挡结构有：①网格式加筋土挡土结构稳定膨胀土边坡；②用土钉墙处理膨胀土路堑边坡；③十字形锚杆骨架护坡和梁形锚杆骨架护坡。
4.结语
膨胀土是影响公路建设的一种特殊土质，在实际工程中，其不良影响是巨大的。膨胀土地区的路基处理是一个很复杂的问题，需要考虑多种因素。另外，由于各个地区的气候特点和膨胀土的地质成因相差较大，造成膨胀土具有显著的区域性特征，膨胀土用作路堤填料所表现的工程特性差异较大，因此需根据工程的具体地域特点采取合适的处理方法。