膨脹土特性及施工注意要素分析

王細(xì)珍

(河南省新鄉(xiāng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，453003)

膨脹土特性及施工注意要素分析

王細(xì)珍

(河南省新鄉(xiāng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，453003)

膨脹土是一種具有特殊性質(zhì)的土，對公路、鐵路、水利等工程危害十分嚴(yán)重。正確判別膨脹土的性質(zhì)，采取合理的施工措施，加強(qiáng)施工過程的檢測控制，可以有效防止病害的發(fā)生。

膨脹土；路堤；施工措施

一、概述

膨脹土指土的粘土礦物成分中富含親水性粘土礦物，具有吸水顯著膨脹軟化、失水急劇收縮以及往復(fù)濕脹干縮特性的高塑性粘土。在公路、鐵路、水利和工業(yè)與民用建筑中，膨脹土的危害是十分嚴(yán)重的。許多由膨脹土修筑的路基在交工使用之后，普遍出現(xiàn)路基下沉、翻漿、邊坡沉坍、滑坡等病害。最近幾年修造的高等級公路也出現(xiàn)了油面開裂、松散脫落、路基翻漿等質(zhì)量問題。

1、判別

膨脹土的液限WL≥50(76g錐確定為40%)，自由膨脹率FS≥40%，脹縮總率＞0.7%。

（1）可根據(jù)表1判定膨脹土的等級。

（2）脹縮總率ep3按下式計(jì)算：

式中：ep3—脹縮總率，%；

wm—地基土在收縮過程中可能產(chǎn)生的含水量下限值，%；

w—土的天然含水量，%；

Cs1—收縮系數(shù)，通過收縮試驗(yàn)確定；

ep50—50kPa壓力下的膨脹率，%。

如式中ep50為負(fù)值時(shí)，按負(fù)值考慮；如w-wm大于8%，按8%考慮；小于零時(shí)，按零考慮。

（3） 地表下1～3m深度內(nèi)含水量下限值wm，可按下列二種情況分別確定。

①當(dāng)?shù)鼗恋氖湛s變形主要受大氣降雨和蒸發(fā)影響時(shí)，wm可按下式計(jì)算：

式中：wm—同上式；

K—條件系數(shù)，可按表2選用；

wp—土的塑限含水量，%。

計(jì)算蒸發(fā)量及降雨量時(shí)，均取10年平均值。

KC＜1.00時(shí)，為濕潤區(qū)；KC=1.00～1.49時(shí)，為亞濕潤區(qū)；KC=1.50～3.49時(shí)，為亞干旱區(qū)KC＞3.50時(shí)，為干旱區(qū)。

②當(dāng)常年地下水位比較穩(wěn)定且位于地表下30m以內(nèi)時(shí)，可取土的天然含水量值。

2、特性

膨脹土的粘土礦物成分中富含有親水性礦物成分，如蒙脫石、伊利石等；多含有鈣質(zhì)或鐵錳質(zhì)結(jié)核；有較強(qiáng)的脹縮性；有多裂性結(jié)構(gòu)；一般呈棕、紅、黃、褐及灰白等色；自然坡度平緩，無直立陡坡；對公路路基及工程建筑有較強(qiáng)的潛在破壞作用。

3、分布

膨脹土的分布多具有區(qū)域性工程地質(zhì)特征，多數(shù)屬淺、坡積型。比較典型的分布區(qū)有四川成都平原、廣西南寧盆地、河南和湖北的南陽-襄樊盆地、安徽的淮南盆地及淮河崗地等地區(qū)。

二、膨脹土的施工措施和要求

1、路基斷面

斷面形式要求能適應(yīng)膨脹土的土體穩(wěn)定特性，有利排水同時(shí)減小表水對坡面的沖蝕，有利于土基防水保濕，減少或消除濕脹干縮效應(yīng)和強(qiáng)度衰減。具體可采取如下措施。

1）采用不透水路面面層以防止表水下滲后軟化土基。高等級公路宜采用厚層石灰土底基層。

2）路基橫坡應(yīng)較一般土質(zhì)路基盡可能大一些，以利排水。

3）路肩應(yīng)較一般土質(zhì)路肩適當(dāng)加寬。

4）邊溝需適當(dāng)加寬并盡可能采用深邊溝排水。

5）路側(cè)一般不宜種樹。

2、路基高度

路塹開挖導(dǎo)致原有穩(wěn)定平衡喪失，邊坡很易出現(xiàn)變形破壞。路基愈高、邊坡愈長，土體臨空面愈大。即使經(jīng)過粉碎碾壓施工，但土的微結(jié)構(gòu)和土質(zhì)特性仍然存在，一部分經(jīng)粉碎壓實(shí)后的土體，由于粘土顆粒的重新定向等原因，不僅膨脹潛勢沒有減小，相反比原狀土更大。

膨脹土填筑后，受大氣風(fēng)化和濕脹干縮效應(yīng)影響，土塊崩解，在自重與行車荷載作用下產(chǎn)生壓縮下沉。路基高度應(yīng)做如下考慮。

1) 路基挖、填高度不宜過大，其高度最好不大于3.0m。

2) 超過3.0m的填土路堤，應(yīng)考慮沉降穩(wěn)定問題。

3) 高度大于6.0m的路堤則需考慮預(yù)留沉降和路基面的加寬，路塹應(yīng)考慮臺階式斷面和坡腳的穩(wěn)定問題。

3、路基邊坡

膨脹土因富含親水性粘土礦物成分，對環(huán)境因素特別敏感。膨脹土的人工邊坡較之一般土坡要緩，為增強(qiáng)穩(wěn)定性，可考慮以下措施。

1) 路基邊坡坡度可按普通粘土邊坡放緩1～2級。

2) 特殊路基或高邊坡，應(yīng)根據(jù)土工試驗(yàn)資料進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算后確定。

3) 路基邊坡坡面應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。

4、路基排水

如能較好的保持膨脹土中水分穩(wěn)定，采取防水保濕措施，則可以防止或減輕膨脹土濕脹干縮效應(yīng)的有害影響?？刹扇∪缦麓胧?。

1) 設(shè)有完善的排水措施，并形成排水網(wǎng)系，使地表水及地下水能暢通排泄， 防止水浸入路基造成土體軟化。

2) 路塹塹頂應(yīng)設(shè)截水溝，防止水流沖蝕坡面與滲入坡體。

3) 邊溝應(yīng)較一般土質(zhì)路基的邊溝適當(dāng)加寬加深。

4) 臺階式高邊坡，應(yīng)在每一級平臺內(nèi)側(cè)設(shè)截水溝，以截排上部坡面水，同時(shí)也為了保護(hù)坡腳。

5) 所有地面排水溝特別是路基范圍內(nèi)或近路基水溝，均應(yīng)鋪砌加固，以防滲漏或沖刷。

5、路基壓實(shí)

1) 高速公路、一級公路路堤原地面處理可按下列規(guī)定辦理：填高不足1.0m的路堤，必須挖去地表30～60cm的膨脹土，換填非膨脹土，并按規(guī)定壓實(shí)度壓實(shí)。一般填高路堤換填深度控制在1.2m左右；地表為潮濕土?xí)r，必須挖去濕軟土層換填碎、礫石土、砂礫或挖方堅(jiān)硬巖石碎渣，或?qū)⑼练_、摻石灰穩(wěn)定，按要求壓實(shí)。一般換土深度可控制在1.2m左右。

膨脹土地區(qū)的路塹、高速公路、一級公路的路床應(yīng)超挖30-50cm，并立即用粒料或非膨脹土分層回填或用改性土回填壓實(shí)。

2) 壓實(shí)特性

膨脹土原有結(jié)構(gòu)被破壞，使壓實(shí)土的膨脹潛力反而較原狀土更大。對同一類土而言，若填土的密實(shí)度越大，初始含水量愈低，則土的膨脹量和膨脹力愈大，反之，其膨脹量和膨脹力愈小。膨脹土的天然含水量比較高，填筑時(shí)欲將土的含水量降到重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最佳含水量相當(dāng)困難，尤其在南方多雨濕潤地區(qū)晾曬更不容易，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，影響施工進(jìn)度。填土即使按重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)到規(guī)范規(guī)定的密實(shí)度，由于施工期間或通車以后的環(huán)境變化， 膨脹土仍有可能吸水膨脹而使密實(shí)度降低，且壓實(shí)度愈高吸水膨脹變形愈大。膨脹土因原始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，粉碎困難，致使壓實(shí)后的后期沉降量較大，坡度越大，沉降量越大。

6、路塹邊坡

為確保路塹邊坡的穩(wěn)定性，在膨脹土施工中，選擇合適的施工方法非常重要。為此，應(yīng)充分了解施工過程中膨脹土的以下重要工程地質(zhì)特性的變化規(guī)律。其變化規(guī)律主要有：路塹開挖，即產(chǎn)生卸載膨脹；邊坡土體暴露于大氣之中，產(chǎn)生脫水風(fēng)化干縮；遇水膨脹軟化。

正確的施工方法和程序，必須注意以下要點(diǎn)：膨脹土施工應(yīng)遵循先排水、后主體、快速開挖、及時(shí)支擋的原則；路塹開挖應(yīng)自上而下，分層逐級開挖；應(yīng)盡量做到在旱季施工，集中力量一氣呵成；支擋建筑物施工，須從兩端開始，采用跳槽開挖基坑，邊挖邊砌基礎(chǔ)的連續(xù)作業(yè)。

鑒于膨脹土的以上工程特性，應(yīng)選擇膨脹潛勢較弱的土，經(jīng)人工粉碎并控制到要求的填土級配，按規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓實(shí)， 嚴(yán)格控制其含水量和密實(shí)度。路基建成后，在自然環(huán)境條件和路基路面系統(tǒng)影響下，經(jīng)過防水保濕和自然平衡，土的含水量將逐漸穩(wěn)定在某一平衡含水量范圍內(nèi)。經(jīng)過壓實(shí)和沉降穩(wěn)定后，土體就不致發(fā)生較大的變形。

在實(shí)際施工中，除強(qiáng)膨脹土不宜使用外，對中等和弱膨脹土必須采取相應(yīng)的處理措施。主要辦法是在膨脹土中加入穩(wěn)定劑（石灰、水泥）進(jìn)行改性處理和沖稀材料（礫石、粉煤灰）從而達(dá)到減弱親水性，增加自身穩(wěn)定性的目的。

三、綜述

膨脹土是一種特種土壤，其處理技術(shù)難度大、在路堤施工中要嚴(yán)格按照規(guī)范、施工方案施工，加強(qiáng)施工過程的檢測控制，防止病害的發(fā)生。

[1]建設(shè)部工程質(zhì)量安全司．建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理[M]．北京：中國建筑出版社，2005.

[2]李榮林，陳然．《建筑結(jié)構(gòu)雜志》2014年第13期

[3]GB 50112-2013 膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范：http∶//bbs.co188.com/thread-8756884-1-1.html

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1007-6344（2015）06-0242-02

王細(xì)珍，河南省新鄉(xiāng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，工程師、本科學(xué)歷。