公路膨胀土路基施工处理措施

公路膨胀土路基施工处理措施

1、公路路基膨胀土结构现状

膨胀土主要是由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成的，是具有膨胀结构、多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土。膨胀土在天然状态下常处于较坚硬状态，对气候和水文因素有较强的敏感性，这种敏感性对工程建筑物会产生严重的危害。膨胀土胀缩引起建筑物的破坏常常具有多次反复性和长期潜在的危险性，会给人类造成灾害。膨胀土问题直到30年代后期才被土力学工程师们所认识，工程界逐渐领悟到结构物的破坏，除了沉降的原因外，有时还有膨胀土胀缩的原因。随着经济建设的迅速发展，膨胀性粘土研究越来越引起了人们的注意。膨胀土性质研究主要是从微观结构、渗透性、强度和变形四个方面来进行的。笔者认为，膨胀土的研究还需从以下几方面着手:

1．1 进一步加强膨胀土微结构方面的研究，认识其胀、缩变形和破坏机理，以指导其他方面的研究；

1．2 加强非饱和土理论，特别是荷载、含水量、吸力之间关系的研究，从而真正揭示膨胀土的强度和变形特性；

1．3 加强现场测试，通过现场试验，发展新的应用性的数值分析计算理论和方法；

1．4 加强膨胀土工程处理方面的研究，以解决工程实际问题。

2、膨胀土的工程特性

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。膨胀土的工程特性大致可以归纳如下。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

3、膨胀土地区主要岩土工程问题

3．1 膨胀土吸水体积膨胀，失水体积收缩，膨胀土的膨胀量与膨胀力与土的初始含水量和密实度的大小直接相关。

当采用未经处治的膨胀土填料填筑路基时，由于路幅内含水量的不均匀变化，引起土体的不均匀胀缩，使路基路面产生幅度很大的横向波浪变形；当土基受水浸或受地下水浸湿时，在行车荷载作用下，形成泥浆并沿路面的裂缝溅浆冒泥。而路肩部位，由于失水收缩大于堤身，往往顺路线方向产生纵向开裂。

3．2 膨胀土的粘粒含量高和超固结的特性，使膨胀土填料在施工时不易被粉，亦不易被压实，在路堤填筑后，受大气物理风化作用和胀缩效应的影响，土块崩碎，强度衰减，在荷载的作用下，路堤易

产生不均匀沉陷，且路堤越高，沉陷量越大，最终导致路面变形破坏；而对路堑边坡，由于边坡的开挖，土体超固结应力释放，路堑边坡出现卸荷膨胀，在路堑坡脚形成应力集中区和塑性区，随着自然应力的作用，坡体表面产生碎裂、剥落和泥化，甚至产生溜坍、坍滑、滑坡。

4、膨胀土地区公路施工处理措施

4．1 需选择良好的季节开工，做好施工准备和加强施工管理工作，开工前一定要组织落实好材料、机械和人力，以保证开工后连续完成基槽、基础及回填工作。

4．2 做好排水措施，防止雨水或施工水流入基槽，对现场给水管网和施工用水设专人管理维护，临时的水池、洗料场、搅拌站、淋灰池或用水较多的地方，应距建筑物10m以上并设可靠的排水系统。

4．3 土性改良。若用膨胀土填筑，可采用石灰、水泥等无机结合料进行改良和加固。一般以掺入4%～6%为宜。

4．4 预浸水措施。使土在施工前就产生膨胀，膨胀最大时往往在浸水后的3～5个昼夜，以消除使用过程中的膨胀性。

4．5 新技术新方法。

①掺砂回填，这样一是破坏了原膨胀土的土粒结构；二是改变了膨胀土的颗粒级配和其他特性，此方法具有施工技术简单，工程质量易于控制，工期短，投资少的优点。②三维土工网垫植被，这种方法可以使边坡表面形成一层坚固的、具有自身生长能力的绿色复合保护层，即三维植草土工网垫体系，此技术在国内领先。

4.6 路基工程

4.6.1 挖方路基

(1) 路床超挖封闭处理:挖方路基和零填路基应换填路床顶面以下30-60cm膨胀土(对强膨胀土和中等膨胀土宜)5Ocm,宜换填石灰土，并分层压实，迅速铺设路面半刚性基层。

(2) 挖方边坡设计:挖方边坡应尽可能减小挖深。挖方边坡坡形和坡率应符合《公路路基设计规范》有关规定。高速公路、一级公路除满足上述规定外，还应结合膨胀土斜坡破坏类型、路堑边坡形式及水文地质条件，考虑膨胀土变动强度和强度衰减的特性，对深路堑边坡应进行稳定性验算;层状构造膨胀土，如层面与坡面斜交且交角<450时，应验算层面稳定性。验算稳定时应取土体沿滑动饱和状态时的抗剪强度值，稳定系数取1.2。

(3) 边坡防护:依公路等级、边坡高度和膨胀土胀缩等级并结合当地实际条件，采用不同的防护方案。对强膨胀土和中等膨胀土路堑边坡应进行全封闭。可采用浆砌护坡或结合浆砌挡土墙综合防护加固。挡墙可设一级、二级或多级，每级高度宜簇3m,每级挡墙平台应浆砌封闭，对弱膨胀土建议采用拱型植草防护。

(4) 渗排水设计:边沟宜加宽加深，应设灰土层并全断面加铺防渗布。路堑边沟外侧设平台，阶梯式边坡平台均设排水沟，沟底设灰土层，并全断面加铺防渗布。坡顶顺向坡设截水沟，其位置宜距坡口)边沟、截水沟、排水沟和平台应浆砌片石或混凝土预制块，并在开挖后及时铺砌封闭。

(5)施工程序:

①当挖到距路顶面以上30m 时，应停止向下开挖，并挖好临时排水沟，待做路面时挖至路床超挖深度，并用灰土回填，按压实度标准压实。

②挖方边坡不要一次挖到设计线，沿山坡预留30～50cm一层，待路堑挖完时，再削去边坡预留部分，并及时防护。

4.6.2 填方路基

(1) 地表封闭处理:高速公路及一、二级公路路基填土高度路堤，宜挖除地表30～60cm的膨胀土(强膨胀土宜50cm)，并采用灰土封填压实处理。

(2)路基填料设计:

①强膨胀土不应作路基填料。如限于条件，高速公路及一、二级公路只能用强膨胀土作填料时，则应作专门试验论证分析。

②高速公路及一、二级公路采用中等膨胀土作路床填料时，应掺灰改性处理，改性处理后要求胀缩总率<0.7限于条件，采用中等膨胀土作为路堤填料时，碾压应保持最佳含水量。路堤填筑后应立即封闭边坡。当填至路床底面时，应停止填筑改用改性处理后的膨胀土填至路床顶面设计标高，在上路床加铺土工格栅，并严格压实。如当年不能做路面，作为封层的填筑厚度应>-30cm,并作成>2%的横坡。路基边坡建议采用灰土包边封闭或浆砌封闭防护，路堤顶面也要用灰土形成包心填方。

③高速公路及一、二级公路采用弱膨胀土作路床填料时，宜改性后填筑或采用非膨胀土填筑，作为路堤填料时，边坡宜采用植草或

拱形植草防护。

④三、四级公路可采用中等膨胀土和弱膨胀土作为路基填料。当铺筑高级路面和次高级路面时，作为上路床填料应改性处理。

(3) 路床土强度和压实标准:膨胀土地区路床土强度和压实标准，应分别按《公路路基施工技术规范》的规定执行。

(4 )碾压要求:根据膨胀土胀缩等级，选用工作量适宜的碾压机具，碾压时保持最佳含水只。压实土层松铺厚度-<30cm。大块应击碎，最大粒径应符合规范规定。

(5)路堤与路堑分界处即填挖交界处2m范围内的挖方地基表面的土应挖台阶翻松，并检查其含水量是否与填料相近，同时采用适宜的压路机具，将其压实到规定的压实度。

(6) 路堤边坡设计:采用弱膨胀土和中等膨胀土填筑路堤的边坡坡率可按《公路路基设计规范》确定。边坡形式应视土质和填筑高度而定。对弱膨胀土低路堤可采用直线形。对填土较高或用不同土质分层填筑的路堤，可采用折线形，一般上陡下缓。

5、结束语

膨胀土地区的公路路基处理是一个很复杂的问题，需要考虑多种因素。它要求公路路基、挡墙、桥涵等的设计人员必须熟悉膨胀土的工程性质，根据其特性提出科学合理的设计，只要有一个方面不合理，就可能导致膨胀土灾害的发生。因此对膨胀土路基的处理方法需要不断地研究探讨。