公路工程膨胀土的判定标准与判定方法探讨
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【摘要】本文简要介绍了公路工程膨胀土的判定标准与判定方法，并对公路工程膨胀土的判定标准与判定方法进行了综合分析，提出了公路工程膨胀土的判定标准与判定方法建议。
【关键词】公路工程；膨胀土；判定标准；判定方法
1前 言
膨胀土是土中黏粒含量较多，主要由亲水性矿物蒙脱石、伊利石等组成，具有显著的吸水膨胀、软化和急剧的失水收缩、开裂，并能产生多次循环胀缩变形，受气候影响强度急剧衰减的黏性土。由于膨胀土的存在，易造成建筑物墙体开裂、烟囱倾斜、生产车间产生不均匀沉降等。对于公路工程，膨胀土的存在，极易使公路路堑边坡形成泥流、产生溜塌或滑坡、支挡工程破坏等，给人民生命财产安全构成威胁。
笔者根据多年来膨胀土地区勘察、施工工作经验，对膨胀土的判定标准与判定方法进行了综合分析，提出了公路行业膨胀土的判定标准与判定方法建议。
2公路工程膨胀土的判定标准与判定方法
2.1膨胀土的初判
2.1.1膨胀土的初判标准
1.膨胀土的工程地质特征：
1）土的颜色一般为棕红、棕黄、褐黄、灰白、灰绿色等。
2）网状裂隙极发育，有蜡面，易风化成细粒状；鳞片状裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色黏土。
3）土质细腻，滑感特强，以蒙脱石、伊利石为主；黏土中含有少量粉砂，滑感较强，含较多的钙质结核、铁锰质结核或薄膜，在旱季呈坚硬或硬塑状态，在雨季黏滑，液限大于40%。
4）多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎。
5）坡面常见浅层溜塌、滑坡、地面裂隙。当坡面有数层土时，其中膨胀土层往往形成凹形坡。新开挖（槽）壁易发生坍塌等。
6）浅层基础的单层或多层建筑物易出现裂缝，且建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。
2.膨胀土的工程特性指标：
膨胀土的工程特性指标主要有自由膨胀率、膨胀率、收缩系数及膨胀力。其中，自由膨胀率是土类初判的常用指标。
2.1.2膨胀土的初判方法
膨胀土的初判，以工程地质调绘为主，并辅以少量土工试验，测定其自由膨胀率。具有2.1.1节工程地质特征的场地，且自由膨胀率FS≥40%的土，应判定为膨胀土。
2.2膨胀土的终判
2.2.1膨胀土的终判标准
膨胀土的终判，应以标准吸湿含水率为控制指标，当未进行标准吸湿含水率指标试验时，可参照自由膨胀率和塑性指数指标对膨胀土进行分类。膨胀土的终判指标如表1。
表1. 膨胀土的终判指标
名 称 判定指标
自由膨胀率FS (%) FS≥40
标准吸湿含水率（%） ωf≥2.5
塑性指数（Ip） Ip≥15
2.2.2膨胀土的终判方法
依据膨胀土的终判指标，膨胀土的分级仍选用标准吸湿含水率、自由膨胀率和塑性指数三个指标对膨胀土进行分级。膨胀土的分级见表2。
表2. 膨胀土的分级
非膨胀土 弱膨胀土 中等膨胀土 强膨胀土
自由膨胀率(%) FS＜40 40≤FS＜65 65≤FS＜90 FS≥90
标准吸湿含水率(%) ωf＜2.5 2.5≤ωf＜4.8 4.8≤ωf＜6.8 ωf≥6.8
塑性指数(Ip) Ip＜15 15≤Ip＜28 28≤Ip＜40 Ip≥40
总之，膨胀土的初判和终判不是相互分割的，应互相结合，综合分析，判定的次序是从初判到终判，但终判时仍应综合现场特征，不宜只凭个别试验指标进行判定。
3公路工程膨胀土的判定标准与判定方法综合分析
1）公路工程膨胀土判定标准与判定方法的局限性
① 自由膨胀率是膨胀土初判的常用指标，但不是唯一依据，它不能反映原状土的胀缩变形，因此，不能用它来评价地基土的胀缩性，否则易造成误判。目前，新的公路勘察规范中已引入了标准吸湿含水率和塑性指数指标，用以对膨胀土进行综合判定。
② 现行判定标准与判定方法存在较大的人为因素。表2中的“非膨胀土”并非说该土没有膨胀性，只是其胀缩特性尚达不到定义为“膨胀土”的程度。由于公路工程的特殊性，即使自由膨胀率小于40%，标准吸湿含水率小于2.5或塑性指数小于15%，仍具膨胀性，仍会影响公路路基及边坡的稳定性，尚应做进一步判断，否则，可能将一些膨胀土判定为非膨胀土，给公路工程埋下隐患。
2）膨胀土地区公路工程建设的特点
① 对于公路工程，由于场地平整或路堑开挖，改变了膨胀土场地自然排水系统及其水文地质条件，使土体产生胀―缩循环变形，极易造成路基破坏或公路路堑边坡产生泥流、溜塌或滑坡。
② 对于公路工程，由于膨胀土常具各向异性，既有侧向膨胀力，也有竖向膨胀力，不仅表现为路基的垂直沉降和隆起，也会使公路边坡产生较大的水平位移，极易引起边坡失稳。
3）修订公路工程膨胀土判定标准与判定方法的必要性
① 随着我国公路建设的迅猛发展，膨胀土地区的公路工程越来越多。如果土性判别标准和方法不当，将膨胀土判为非膨胀土，可能给公路工程建设留下隐患；或将普通黏性土判为膨胀土，则会因采取不必要的措施而造成浪费。由于公路工程的特殊性，现行膨胀土的判定标准与判定方法须做必要的细化与完善，以便对公路工程建设中遇到的膨胀土问题做到科学认识、合理处治。
② 尽管公路规范已制定了膨胀土的判定标准与判定方法，但由于膨胀土分布范围较广，地区差异较大，个别省区又制定了符合本地特点的膨胀土判定标准和方法。例如：有将蒙脱石、伊利石作为判定标准的，也有将黏粒含量作为判定指标的；既有将自由膨胀率≥40%作为膨胀土初判指标的，也有按膨胀土不同类型及胀缩总率，分别采用自由膨胀率≥20～34%作为判定标准的（如广西地区），还有将自由膨胀率≥30%作为膨胀土初判标准的（如安徽省江淮地区）等等。不同的判定标准与方法，对于同样的地基土往往得出不同的判定结果。因此，膨胀土的判定标准与方法必须因地制宜，协调统一。
③ 不同地区的膨胀性土对建、构筑物的作用不同，有的以膨胀为主，有的以收缩为主，有的是交替变形。即使同一地区，不同的行业、不同的建（构）筑物对地基土的要求也各不相同。因此，因地制宜的修订符合地方实际和公路行业特点的判定标准与判定方法，对于降低工程造价，保证人民生命财产安全，具有十分重要的意义。
④ 广西地区已经根据本地实际，制定了《膨胀土地区建筑勘察设计施工技术规程》DB45/T 396―2007，陕西等具有膨胀土的省区膨胀土的判定标准与判定方法还存在空白，因此，修订符合本地实际和公路行业特点的判定标准与判定方法，是十分必要的。
⑤ 陕南某高速公路路堑边坡，通过对某层土4个勘探点21件土样的膨胀性试验发现，在自由膨胀率为3～35%的情况下，该层土仍具典型的膨胀土特征，加之防护措施不当，曾造成路堑边坡失稳和防护工程多次破坏，给公路工程造成较大的经济损失，因此，合理修订公路行业膨胀土的判定标准与判定方法势在必行。
4公路工程膨胀土的判定标准与判定方法建议
1）现行膨胀土的判定标准与判定方法存在较大的人为因素，须做合理调整，建议将自由膨胀率小于40%的地基土也纳入膨胀土的范畴并进一步细化。
2）从实际出发，以是否造成工程的损害为最直接的标准。对于新建工程，可通过场地工程地质特征、自由膨胀率、场地复杂程度三个部分进行综合评价。
3）膨胀土地区的公路工程，必须根据膨胀土的特性和工程要求，综合考虑气候特点、地形地貌条件、土中的水分变化情况等因素，采取野外判定与室内试验相结合的综合判定方法，准确区分膨胀土与非膨胀土，并对膨胀土进行详细分级，以便采取与之相适宜的防治措施。
5结 语
现行膨胀土的判定标准与判定方法存在较大的人为因素，表2中的“非膨胀土”并非说该土没有膨胀性，只是其胀缩特性尚达不到定义为“膨胀土”的程度。如果按照目前的分类标准，极易将部分膨胀土判定为非膨胀土而不采取治理措施，给公路工程埋下隐患。另外，不同地区、不同行业膨胀土的判定标准与判定方法也各不相同。因此，修订既符合地方膨胀土特征又满足公路工程需要的判定标准与判定方法具有十分重要的意义。
作者简介
王江龙(1965-)，男，陕西合阳人，大学本科，工程师，注册一级建造师（公路），主要从事工民建及高等级公路工程地质勘察、岩土施工等工作。
参考文献
〔1〕《膨胀土地区建筑技术规范》JGJ 112-87，中国计划出版社
〔2〕《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001(2009年版)，中国建筑工业出版社
（3）《广西膨胀土地区建筑勘察设计施工技术规程》DB45/T 396―2007 广西质量技术监督局
（4）《公路工程地质勘察规范》JTG C20 -2011 人民交通出版社