高速公路膨脹土地基的處理措施淺析

隨著我國高速公路建設日新月異，許多公路路線不可避免會通過膨脹土地區(qū)。膨脹土是指粘粒成分主要由強條水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土，在廣西地區(qū)分布較為廣泛。為了保證道路在較長時間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度，達到安全、舒適行車的目的，必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題。近年來，我國巖土工程界在膨脹土微觀結構特征及其工程性質(zhì)的研究中取得了豐碩的成果，對膨脹土產(chǎn)生工程病害的原因給予科學的解釋，并提出許多切實可行的處理辦法。

一、膨脹土的物理性質(zhì)及力學性質(zhì)分析

膨脹土按粘土礦物分類，可以歸納為兩大類：一類以蒙脫石為主，另一類以伊力土和高嶺土為主。蒙脫石粘土在含水量增加時出現(xiàn)膨脹，而伊力土和高嶺土則發(fā)生有限的膨脹，引起膨脹土發(fā)生變化的條件，分析概述如下：

1、含水量

膨脹土具有很高的膨脹潛勢，這與它含水量的大小及變化有關。如果其含水量保持不變，

則不會有體積變化。在工程施工中，建造在含水量保持不變的粘土上的構造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。當粘土的含水量發(fā)生變化，立即就會產(chǎn)生垂直和水平兩個方向的體積膨脹。含水量的輕微變化，僅1％～2％的量值，就足以引起有害的膨脹。在安康地區(qū)，膨脹土對人們的危害較大，建造在膨脹土上的地板，在雨季來臨時，土中含水量增加引起的地板翹起開裂屢見不鮮。

一般來講，很干的粘土表示有危險。這類粘土能吸收很多的水，其結果是對結構物發(fā)生破壞性膨脹。反之，比較潮濕的粘土，由于大部分膨脹已經(jīng)完成，進一步膨脹將不會很大。但應注意的是，潮濕的粘土，在水位下降或其它的條件變化時，可能變干，顯示的收縮性也不可低估。

2、干容重

粘土的干容重與其天然含水量是息息相關的，干容重是膨脹土的另一重要指標。Y=18.OKN／m的粘土，通常顯示很高的膨脹潛勢。在安康地區(qū)，人們對這種土的評語是“硬的象石頭”。這表明著粘土將不可避免地出現(xiàn)膨脹問題。

3、力學性質(zhì)

在工程地質(zhì)中，這種粘土的膨脹現(xiàn)象很普遍，我們通過土工實驗，得出粘土的力學指標，以供土質(zhì)力學上的計算。通常對膨脹土的力學分析，主要是對其膨脹潛勢和膨脹壓力的研究后得出的。

(1)膨脹潛勢

膨脹潛勢：簡單的講，就是在室內(nèi)按AASHO標準壓密實驗，把試樣在最佳含水量時壓密到最大容重后，使有側限的試樣在一定的附加荷載下，浸水后測定的膨脹百分率。膨脹率可以用來預測結構物的最大潛在的膨脹量。膨脹量的大小主要取決于環(huán)境條件，如潤濕程度.潤濕的持續(xù)時間和水分的轉(zhuǎn)移方式等。因此，在工程施工中，改造膨脹土周圍的環(huán)境條件，是解決膨脹土工程問題的一個出發(fā)點。

(2)膨脹力

膨脹力，也就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以后，再加荷載直到回復到其初始體積為止所需的壓力。對某種給定的粘土來說，其膨脹壓力是常數(shù)，它僅隨干容重而變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。對于未擾動的粘土來講，千容重是土的原位特征。所以在原位于容重時土的膨脹壓力可以直接用來論述膨脹特性。

二、膨脹土路基處理方法

根據(jù)膨脹土的結構特性和工程特性，按照膨脹土類型，對膨脹土可采用多種處理方法，一般可分為膨脹土性質(zhì)改良法、保溫法及換土法三類。膨脹上性質(zhì)改良法是改變膨脹土的親水性、熱敏性和脹縮性的方法，包括機械改良法(又稱夯實法)、物理改良法及化學改良法；保濕法是保持膨脹土地基中的水分不發(fā)生改變，以克服膨脹士吸水膨脹、失水收縮性質(zhì)的方法；換土法是將膨脹土全部挖除，采用非膨脹土進行換填。根據(jù)鄭少高速公路的具體情況，綜合考慮膨脹土的各種性質(zhì)，對膨脹土路基處理采取“保濕防滲”的原則，采用放緩邊坡、加強防護，換填非膨脹土、對膨脹土進行摻灰改良、加強排水等工程措施，確保膨脹土路基的穩(wěn)定，滿足工程建設要求。

1、放緩邊坡

由于膨脹土的工程特征，膨脹土路基邊坡不能很陡，根據(jù)膨脹土類型及邊坡高度，邊坡率一般采用1:1.5、1:1.75、1:2.0三種較緩邊坡。填挖較高時，在從路面起每6.0 m高度處設置一級2.0m寬中間平臺，以加強路基邊坡的穩(wěn)定。

2、加強防護

對膨脹土路基坡面采取壘防護處理，并綜合考慮安壘、美觀、綠化等要求，對中等膨脹土邊坡采用漿砌片石實體防護；對弱膨脹土邊坡采用漿砌片石拱形骨架、人字型預制塊、預制六角空心磚、菱形網(wǎng)格、窗孔式漿砌片石等護坡形式進行防護，在骨架、預制塊和網(wǎng)格中采用液壓噴播植草防護。當邊坡較高時，在邊坡底部設3 m高的矮擋土墻，以確保邊坡坡腳的穩(wěn)定。

3、加強防排水措施

由于膨脹土具有顯著地吸水膨脹軟化和失水收縮硬裂的特征，必須加強膨脹土路基的防排水措施。根據(jù)當?shù)氐慕邓亢途唧w地形，在路基建設范圍內(nèi)設置邊溝、排水溝、截水溝、急流槽、跌水等排水構造物，并在排水構造物周邊鋪設防滲復合土工膜，確保將地表水排出路基本體，而不致大量下滲，對膨脹士路基造成危害。在地下水發(fā)育地區(qū)，設置支撐滲溝和滲水盲溝，以減少地下水對路基工程的不良影響。

4、填筑非膨脹土

為保證路基的工程質(zhì)量，對不適宜做路床的膨脹土路段，全部挖除膨脹土，換填非膨脹土。對弱膨脹土路塹地段路床以下30cm、中等膨脹土路塹地段路床以下50cm，采用挖除換填非膨脹土來處理。適當涼曬后的弱膨脹土、含水量小于20％的中等膨脹土和采用摻拌生石灰進行改性處理后的含水量在20％—30％之間的中等膨脹土可用于路堤填心，但其周邊需采用非膨脹土填料進行包裹，包裹層厚度不小于2.Om，中等膨脹土路堤地段路床厚80an和上路堤厚70cm以及弱膨脹土路堤地段路床厚80cm范圍內(nèi)的土體，填筑非膨脹--土。

5、摻石灰改良

膨脹土對膨脹土不能直接利用而非膨脹土來源困難或運距較遠不經(jīng)濟時，采用摻石灰改性膨脹土，石灰劑量為4％12％，摻石灰改性后應達到脹縮總率小于0.7為準，以接近零為最佳，根據(jù)不同路段膨脹土的具體情況，通過試驗確定具體的摻灰率。

6、采用土工格柵加固中等膨脹土路堤邊坡

為加固中等膨脹土路堤邊坡，中等膨脹土地區(qū)的路堤，自路床頂以下兩側邊坡采用雙向土工格柵加固，每層垂直間距為0.4m，除最上部兩層及變坡點處土工格柵拉通鋪設以外，其余各層土工格柵寬度為3.0m，為防止格柵露出邊坡，格柵外緣距邊坡保留至少10cm的距離，有邊坡防護工程時，應保留30～40cm。對土工格柵材料的要求：為確保工程質(zhì)量，達到加固土等膨脹土路堤邊坡的效果，采用雙向拉伸的塑料土工格柵，嚴禁采用單向拉伸的塑料土工格棚及經(jīng)編、玻纖類格柵以及土工格網(wǎng)。雙向拉伸的塑料土工格柵各項參數(shù)應符合TGSG20——20(GB／T17689--1999)。且要求其抗拉強度不小于20kN／m，橫向延伸率不大干15％。