试述高速公路膨胀土路基施工技术

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[摘要] 近年,我国高速公路有了飞速发展，由于高速公路行车速度较快，路基的变形会涉及到公路运营的安全性问题。对于膨胀土地区的高速公路而言，由于膨胀土的湿胀干缩特性，使路基的变形问题更难处理。本文对膨胀土的判别与分类，以及膨胀土路基的施工技术进行了分析，以供大家参考借鉴。

[关键词] 膨胀土；路基；施工技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

膨胀土是在漫长的地质年代中形成的一种吸水膨胀、失水收缩的高塑性黏性土，对工程危害极大。膨胀土分布十分广泛，在世界各地的许多国家都有。近年来，随着我国基础设施建设的迅猛发展，新建了大量的路，在公路的设计、施工过程中，常常会遇到膨胀土。我国现行《公路路基设计规范》规定，膨胀土一般不能作为高等级公路路基填料。然而，由于土地珍贵，土源紧张，部分地区又必须采用膨胀土填筑路基。因此，对膨胀土进行改性处理以满足我国高等级公路建设的需要，具有十分显著的经济效益和社会效益。

1、膨胀土产生工程病害原因

膨胀土一直是困扰岩土工程界的重大工程问题。膨胀土因具有遇水膨胀、失水收缩的变形特性及其边坡浸水强度衰减特性在膨胀土地区的工业与民用建筑、水利、铁道、公路等工程建设和工程运营中起到极大的破坏作用。近年来，我国岩土工程界在对膨胀土微观结构特征及其工程性质的研究中取得了丰硕的成果，对膨胀土产生工程病害的原因给予科学的解释，并提出许多切实可行的处理办法。

2. 填筑技术要求实验

下面以某一高速公路为例，在测设过程中，发现沿线分布有膨胀土。膨胀土中含有较多的粘粒及亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分，是一种遇水膨胀、强度骤减、失水干缩、坚硬而又常有收缩裂隙的高塑性粘土。用这种土来填筑路堤必须采取防护措施和填性，确保高速公路安全运用。由于膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水率的情况下处于较坚硬的状态，所以易被工程技术人员忽视，但其对工程建设潜在着严重的破坏性，膨胀土路堤易产生溜坍、坍塌、滑坡等严重事故，还会产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，一旦出现问题，治理难度很大。世界上许多国家遇到过膨胀土的危害问题，据统计，在美国由于膨胀土问题造成的损失，是洪水、风和地震所造成的损失总和的两倍多。我国有几条重要铁路、公路干线也遇到膨胀土引起的工程地质问题。目前处理膨胀土的方法主要是化学改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钠、氯化钙或磷酸等来稳定膨胀土，其中加石灰是最普遍和最有效的方法，其掺灰量应通过物理力学性质、膨胀性、水稳性等试验来选用最佳配比。因此必须根据当地膨胀土的特性，结合必要的试验，研究合理的处理方案以及在现场施工的适用性，提出填筑技术要求。从三方面进行实验：(1)取土坑土样试验，用以鉴别土样的胀缩程度，包括液限、塑限、颗粒大小分析，自由膨胀率，粘土矿物成分分析 (2)不同掺灰率压实试样的胀缩性及力学性试验，用以比较不同石灰含量对消除膨胀土胀缩性、改良力学性质的效果，包括重型击实、膨胀力、无压膨胀率、有压膨胀率、线缩率、收缩界限、收缩系数、压缩系数等（3)施工路段现场取样试验，用以鉴别实际膨胀土路堤的压实及改性效果，包括压实密度、含水率、掺灰率以及上一类所述的各种胀缩性试验、压缩试验和无侧限抗压强度试验。

得出结论：

①试验路段的膨胀土按公路路基设计规范的工程地质分类为中等膨胀土和弱膨胀土，其中弱膨胀土的自由膨胀率已接近中等膨胀土，都应改性处理后方可填筑路堤。

②对试验路段膨胀土以不同掺石灰率按最佳含水率和94%最大干密度压实制样的室内试验结果表明，掺灰率4%以上，龄期7d以上其胀缩总率和无侧限抗拉压强度都已达到规范要求，膨胀力和无压膨胀率都达到或接近0，压缩模量增大到3倍以上，浸水饱和后掺石灰的效果更显著。但现场施工土块粉碎、石灰存放、拌和以及压实后养护都达不到室内试验的条件，根据规范规定采用路拌法施工石灰剂量应比室内试验确定的剂量多1%，因此掺灰率按干土重计算可取5%。

③根据含水率大于最佳含水率3%以不用掺灰率制样试验，龄期7d以上胀缩总率和无侧限抗压强度都达到规范要求。由于施工现场取土坑土料的天然含水率较高，降至最佳含水率的难度较大，根据路基施工技术规范可用接近最佳含水率的中等膨胀土填筑路堤，建议路堤碾压可比最佳含水率大3%，但不宜再增大。

④根据施工现场压实过的试样试验，含水率大于最佳含水率3%～7%。2号取土坑附近含水率比最佳含水率大5%～7%，实测掺灰率3.4%，胀缩总率0.24%，虽不超过规范对路床要求的0.7%，但未达到“掺灰处理后的膨胀土胀缩总率接近零为佳”的要求，其膨胀力达66kpa，50kpa压力下浸水后仍发生膨胀。因为含水率过高，掺灰率不足，可能引发填土收缩变形造成的危害，对此应予重视。

⑤本次试验仅限于先导试验段，代表性不够，随着工程的大规模展开，今后将继续跟踪试验，为膨胀土填筑路堤改性处理提供更完善的实验依据，同时将不断改进填筑技术。

3、膨胀土路基的施工工艺控制措施

3.1 路基断面。路基断面横坡尽可能大，必要时设防渗层；路肩尽可能宽一些，以利于保持路面下土基内水分的稳定，最好不小于2.0 ～ 2.5m；路肩横坡要尽可能大一些，以利于排水；路肩与路面结构层用相同的材料铺砌，以利于保持路幅内土基水分的均匀性，并铺较薄的不透水面层或做防渗处理，以防水分下渗；边沟适当加宽、加深，沟底应在土基顶面以下至少20 ～30cm，并尽可能离路面结构层远一些；路侧不应种树，特别是不应种生长快、吸水和蒸发量大的树种，如桉树等；若成排种树，其距离应在边沟外侧1.4 ～ 1.5 倍成长后的树高以外，至少也得是成长后的树高以外，但不得小于5m。3.2 路基高度。根据膨胀土风化作用后可能出现湿胀干缩效应的特点，为了避免膨胀土高路堤后期产生很大的沉陷量，则膨胀土路堤不宜过高，一般宜控制在3m以内；如超过3m则须考虑沉降稳定问题；如超过6m 还须考虑预留沉降量和路基的加宽。

3.2 路堑。路堑施工前，应先进行截、排水设施的施工，将水引至路幅以外；边坡施工中，宜采取临时防水封闭措施保持土体原状含水量；挖方边坡不要一次挖到设计线，沿边坡预留厚度30 ～ 50cm 一层，待路堑挖完时，再削去边坡预留部分，并立即进行加固和封闭处理；宜用支挡结构对强膨胀土边坡进行防护，支挡结构基坑应采取措施防止暴晒或浸水。膨胀土地区的路堑，高速公路、一级公路的路床应超挖30 ～ 50cm，并立即用粒料或非膨胀土分层回填或用改性土回填，按规定压实，其他各级公路可用膨胀土掺石灰处治。

3.3 路基排水。路基排水设施对膨胀土路基的稳定尤为重要，所有排水设施均应精心设计，要做好路基地面排水工程，使排水通畅，防止地表水下渗，浸润土质。所有地面排水沟渠，尤其是近路沟渠均应铺砌和加固，防止冲刷渗漏。边沟应比一般地区适当加宽加深，路堑边沟外侧应设平台，保护坡脚免遭水浸，并防止剥落物堵塞边沟。堑顶设截水沟，以防水流冲蚀坡面和渗人坡体，截水沟纵坡应利于排水。对于台阶形高边坡应在每一级台阶内设截水沟以截排上部坡面水，且在截水沟与坡脚之间设一定宽度的平台以利坡脚稳定。另外还要注意防止基底蒸发失水引起膨胀土干裂收缩。

4、小结

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。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考虑，从而通过改变土的力学性质达到处理的目的。

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