论文部分内容阅读
摘要：膨胀土是影响道路及其它构造物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。本文结合膨胀土的特性要求和适用范围，对其在实践工程中的处理措施进行了探讨。
关键词：公路路基；膨胀土；技术处理
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
一、前言
膨胀土是指粘粒成分主要由强条水性矿物质组成并且具有显著胀缩性的粘性土在广西地区分布较为广泛。近年来，随着我国公路桥梁建设不断发展，路基处理遇到的膨胀土问题日益增多，给工程建设造成了巨大损失。为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度达到安全、舒适行车的目的必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。在工程地质勘察中，必须正确地识别膨胀土与非膨胀土，准确地判定膨胀土的胀缩性等级，这有助于合理进行路基的设计与地基处理，对保障公路路基安全具有非常重要的意义。
二、膨胀土适用范围及其使用要求
《膨脹土地区建筑技术规范》(GBJ112-87)给出的膨胀土的定义:“膨胀土的土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土”。在自然条件下，膨胀土多呈硬塑或坚硬状态，裂隙较发育，常见光滑面和擦痕，裂缝随气候变化张开和闭合，并具有反复胀缩的特性。膨胀土的特性有如下几点：①胀缩性：膨胀土吸水后体积膨胀使其上面的建筑物或路面隆起如膨胀受阻即产生膨胀力；失去水分后体积收缩造成土体开裂并使其上面的建筑物下沉。②崩解性。膨胀土浸水后体积膨胀在无侧限的条件下则发生吸水湿化。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。③裂隙性。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。
膨胀土之所以对公路路基存在危害，是因为膨胀土吸水膨胀、失水收缩的工程特性，而这种工程特性的来源是由膨胀土的组成成分决定。膨胀土是一种具有显著胀缩性的粘性土，其粘性土的主要成分为亲水矿物，这就决定了膨胀土的特有工程性质。而膨胀土的这种显著胀缩特性对于公路路基具有很强的破坏作用，并且其破坏结果是难以修复的。膨胀土比较常见的病害有路肩鼓胀、基床翻浆冒泥、路堑侧沟壁挤出等，边坡的浅层和深层滑动也是比较常见的，并且膨胀土的破坏作用具有渐进和长期的特征。为了是膨胀土填筑的公路路基满足公路设计要求，因此必须采取有效措施解决膨胀土特性带来的工程问题。在膨胀土地区进行工程建设首先必须正确识别膨胀土与非膨胀土并准确判断膨胀土膨胀势的强弱和工程性质的特点然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢采取切实有效的方法进行处理。
在交通部部颁现行《公路路基设计规范》(JTJ013-95)中采用粘粒含量小于2μm的百分比和自由膨胀率及膨胀总率三个指标把膨胀土分为强膨胀土、中膨胀土和弱膨胀土三个级别。《公路路基施工技术规范》规定：强膨胀土一般不用做路基填料，对于中、弱性膨胀土，经处理后可作为路床填料，要求处治后的膨胀土其胀缩总率接近于零，土壤强度不低于规范中对各级公路的要求。弱膨胀土可直接用于填筑上、下路堤，压实含水量宜按最佳含水量+3%控制，弱膨胀土可直接用于填筑上、下路堤，压实含水量宜按20.8%控制，但不宜用于路床。现场碾压是保证路基压实度和路基质量的关键环节，应予以充分重视。中膨胀土在最优含水量附近，其膨胀量大且CBR值小于3.0%，未能达到规范要求，需要对中膨胀土处理，如采用改性膨胀土或包边处理。采用掺石灰改性时，石灰掺入量为4%~6%的石灰改性土CBR值均大于8%，膨胀量小于0.04%，胀缩总率小于0.7%，即可达到路用要求。取土场的中膨胀土在最优含水量附近，其膨胀量大且CBR值小于3.0%，未能达到规范要求，需要对中膨胀土进行改性处理，如直接用于填筑路堤，压实含水量应按18.0%控制，且应对堤身采取适当的防护措施。强膨胀土一般不做路基填料。
三、公路路基膨胀土施工处理
膨胀土路基基本的处理方法公路工程中膨胀土路基处理方法一般有如下四种：换土、湿度控制、改性处理和膨胀土边坡的刚性防护。
1. 换土
换土是膨胀土路基处理方法中最简单而且有效的方法。顾名思义换土就是挖除膨胀土，换填非膨胀土或沙砾土，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。换土深度要考虑受地面降水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。
2.湿度控制
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。如利用土工布或粘土将膨胀土路基进行包封，避免膨胀土与外界大气直接接触，尽量减少膨胀土内部的湿度迁移。水利工程建设中经常采用膨胀土预湿法，用水浸泡地基土或覆盖非膨胀土以达到膨胀土的湿度平衡。
3.改性处理
化学固化就是利用石灰、水泥或其他固化材料通过与膨胀土的物理化学作用进行膨胀土的改性处理，以达到降低膨胀土膨胀潜势、增强强度和水稳性的目的。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硅酸钙、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。在以往的膨胀土地基处理中已有过许多成功的先例，利用这种处理方法的成败主要取决于固化材料的技术指标和施工工艺。施工中，各种方法应综合考虑，因地制宜，可多种方法综合运用。
4.膨胀土边坡的刚性防护
膨胀土挖方坡传统的处置方案是采用全封闭的刚性防护，以阻止降水被非饱和土吸收，其主要方式如浆砌石满铺防治、混凝土六角块满铺防护、土钉墙加固边坡、抗滑桩、重力式挡墙等。此方法需要避开雨季施工，路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久，防止雨水浸泡。但是刚性防护没有从解决在大气风化作用影响深度范围内膨胀土体的胀缩问题，并且耐久性较差。
四、结束语
由于膨胀土是一种具有很强的胀缩性、多裂性结构和显著的强度衰减期等特征的高塑性粘土,在一般情况下不应做路基填料解决膨胀土的问题，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综合考虑，并有超越现行规范的眼光，公路施工技术人员要高度重其施工技术，在施工前制订出一套特殊的施工工艺处理方案，以提高和稳定工程质量。
参考文献
[1]张文浩. 膨胀土填芯路基施工技术研究[D].山东大学,2012.
[2]张锦满. 浅谈公路路基膨胀土施工技术[J]. 中国高新技术企业,2010,07:107-108.
[3]王恒研,黄华,李家亮. 浅谈高速公路路基膨胀土施工[J]. 科技资讯,2006,16:36-37.
关键词：公路路基；膨胀土；技术处理
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
一、前言
膨胀土是指粘粒成分主要由强条水性矿物质组成并且具有显著胀缩性的粘性土在广西地区分布较为广泛。近年来，随着我国公路桥梁建设不断发展，路基处理遇到的膨胀土问题日益增多，给工程建设造成了巨大损失。为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度达到安全、舒适行车的目的必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。在工程地质勘察中，必须正确地识别膨胀土与非膨胀土，准确地判定膨胀土的胀缩性等级，这有助于合理进行路基的设计与地基处理，对保障公路路基安全具有非常重要的意义。
二、膨胀土适用范围及其使用要求
《膨脹土地区建筑技术规范》(GBJ112-87)给出的膨胀土的定义:“膨胀土的土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土”。在自然条件下，膨胀土多呈硬塑或坚硬状态，裂隙较发育，常见光滑面和擦痕，裂缝随气候变化张开和闭合，并具有反复胀缩的特性。膨胀土的特性有如下几点：①胀缩性：膨胀土吸水后体积膨胀使其上面的建筑物或路面隆起如膨胀受阻即产生膨胀力；失去水分后体积收缩造成土体开裂并使其上面的建筑物下沉。②崩解性。膨胀土浸水后体积膨胀在无侧限的条件下则发生吸水湿化。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。③裂隙性。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。
膨胀土之所以对公路路基存在危害，是因为膨胀土吸水膨胀、失水收缩的工程特性，而这种工程特性的来源是由膨胀土的组成成分决定。膨胀土是一种具有显著胀缩性的粘性土，其粘性土的主要成分为亲水矿物，这就决定了膨胀土的特有工程性质。而膨胀土的这种显著胀缩特性对于公路路基具有很强的破坏作用，并且其破坏结果是难以修复的。膨胀土比较常见的病害有路肩鼓胀、基床翻浆冒泥、路堑侧沟壁挤出等，边坡的浅层和深层滑动也是比较常见的，并且膨胀土的破坏作用具有渐进和长期的特征。为了是膨胀土填筑的公路路基满足公路设计要求，因此必须采取有效措施解决膨胀土特性带来的工程问题。在膨胀土地区进行工程建设首先必须正确识别膨胀土与非膨胀土并准确判断膨胀土膨胀势的强弱和工程性质的特点然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢采取切实有效的方法进行处理。
在交通部部颁现行《公路路基设计规范》(JTJ013-95)中采用粘粒含量小于2μm的百分比和自由膨胀率及膨胀总率三个指标把膨胀土分为强膨胀土、中膨胀土和弱膨胀土三个级别。《公路路基施工技术规范》规定：强膨胀土一般不用做路基填料，对于中、弱性膨胀土，经处理后可作为路床填料，要求处治后的膨胀土其胀缩总率接近于零，土壤强度不低于规范中对各级公路的要求。弱膨胀土可直接用于填筑上、下路堤，压实含水量宜按最佳含水量+3%控制，弱膨胀土可直接用于填筑上、下路堤，压实含水量宜按20.8%控制，但不宜用于路床。现场碾压是保证路基压实度和路基质量的关键环节，应予以充分重视。中膨胀土在最优含水量附近，其膨胀量大且CBR值小于3.0%，未能达到规范要求，需要对中膨胀土处理，如采用改性膨胀土或包边处理。采用掺石灰改性时，石灰掺入量为4%~6%的石灰改性土CBR值均大于8%，膨胀量小于0.04%，胀缩总率小于0.7%，即可达到路用要求。取土场的中膨胀土在最优含水量附近，其膨胀量大且CBR值小于3.0%，未能达到规范要求，需要对中膨胀土进行改性处理，如直接用于填筑路堤，压实含水量应按18.0%控制，且应对堤身采取适当的防护措施。强膨胀土一般不做路基填料。
三、公路路基膨胀土施工处理
膨胀土路基基本的处理方法公路工程中膨胀土路基处理方法一般有如下四种：换土、湿度控制、改性处理和膨胀土边坡的刚性防护。
1. 换土
换土是膨胀土路基处理方法中最简单而且有效的方法。顾名思义换土就是挖除膨胀土，换填非膨胀土或沙砾土，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。换土深度要考虑受地面降水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。
2.湿度控制
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。如利用土工布或粘土将膨胀土路基进行包封，避免膨胀土与外界大气直接接触，尽量减少膨胀土内部的湿度迁移。水利工程建设中经常采用膨胀土预湿法，用水浸泡地基土或覆盖非膨胀土以达到膨胀土的湿度平衡。
3.改性处理
化学固化就是利用石灰、水泥或其他固化材料通过与膨胀土的物理化学作用进行膨胀土的改性处理，以达到降低膨胀土膨胀潜势、增强强度和水稳性的目的。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硅酸钙、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。在以往的膨胀土地基处理中已有过许多成功的先例，利用这种处理方法的成败主要取决于固化材料的技术指标和施工工艺。施工中，各种方法应综合考虑，因地制宜，可多种方法综合运用。
4.膨胀土边坡的刚性防护
膨胀土挖方坡传统的处置方案是采用全封闭的刚性防护，以阻止降水被非饱和土吸收，其主要方式如浆砌石满铺防治、混凝土六角块满铺防护、土钉墙加固边坡、抗滑桩、重力式挡墙等。此方法需要避开雨季施工，路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久，防止雨水浸泡。但是刚性防护没有从解决在大气风化作用影响深度范围内膨胀土体的胀缩问题，并且耐久性较差。
四、结束语
由于膨胀土是一种具有很强的胀缩性、多裂性结构和显著的强度衰减期等特征的高塑性粘土,在一般情况下不应做路基填料解决膨胀土的问题，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综合考虑，并有超越现行规范的眼光，公路施工技术人员要高度重其施工技术，在施工前制订出一套特殊的施工工艺处理方案，以提高和稳定工程质量。
参考文献
[1]张文浩. 膨胀土填芯路基施工技术研究[D].山东大学,2012.
[2]张锦满. 浅谈公路路基膨胀土施工技术[J]. 中国高新技术企业,2010,07:107-108.
[3]王恒研,黄华,李家亮. 浅谈高速公路路基膨胀土施工[J]. 科技资讯,2006,16:36-37.