膨脹土地區(qū)道路設(shè)計(jì)研究

潘思祎 王洪濤 劉千帆

摘要：膨脹土在我國(guó)分布較廣，各地土的性質(zhì)和力學(xué)性能各異，確切了解膨脹土的特性及其在工程中施工要素對(duì)公路及鐵路建設(shè)具有重要意義。本文通過介紹膨脹土的特性，對(duì)公路工程的危害，膨脹土的防治，以及試驗(yàn)尋找更多有效防治措施，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 膨脹土 ； 特性危害試驗(yàn) ； 措施

1引言

土具有隨處可見，開采方便，通過就地取材、不需要任何人工處理就能夠直接使用。但對(duì)于土的類別、物理性質(zhì)以及使用品質(zhì)等方面還是不清楚，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在施工過程中盲目使用，特別是膨脹土。膨脹土在施工過程中經(jīng)常是被列入到特殊土范圍中，在施工中進(jìn)行嚴(yán)格處理。

隨著交通建設(shè)的高速發(fā)展，為了保證道路在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度，達(dá)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。我們國(guó)家加大了對(duì)膨脹土的科學(xué)研究力度，各地相繼取得了一些成功的治理經(jīng)驗(yàn)。但仍有許多需要我們不斷摸索。所以，膨脹土的處理是工程建筑行業(yè)的重要課題。

一、膨脹土的特性

膨脹土一般系指黏粒成分主要由親水性礦物（黏土礦物）組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土，一般強(qiáng)度較高、壓縮性低，易被誤認(rèn)為是建筑性能較好的地基土。

縮特性，但脹縮量不大，對(duì)工程無太多影響；而膨脹土的膨脹一收縮一再膨脹的周期性變化特性非常顯著，常給工程帶來危害。因此需將其與一般黏性土區(qū)別，作為特殊土處理。膨脹土亦可稱為脹縮性土。

我國(guó)膨脹土除少數(shù)形成于全新世（Q4）外，其地質(zhì)年代多屬于第四紀(jì)晚更新世（Q3）或更早一些，具有黃、紅、灰白等色，常呈斑狀，并含有鐵錳質(zhì)或鈣質(zhì)結(jié)核，具有如下一些工程特性：

1.野外特性膨脹土一般分布在Ⅱ級(jí)或Ⅱ級(jí)以上的河谷階地、丘陵區(qū)及山前緩坡地帶。旱季地表常出現(xiàn)裂縫，雨季閉合。

膨脹土結(jié)構(gòu)致密，為堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，一般液性指數(shù)IL≤0，塑性指數(shù)IP>17。膨脹土距地表1～2 m內(nèi)常見豎向張開裂隙，向下逐漸尖滅，并有斜交和水平裂隙。膨脹土地區(qū)的地下水多為上層滯水裂隙水，隨季節(jié)水位變化大，引起地基不均勻脹縮變形。

2.礦物成分膨脹土的礦物成分主要是次生黏土礦物蒙脫土和伊利土。蒙脫土礦物晶格極不穩(wěn)定，親水性強(qiáng)，浸濕時(shí)強(qiáng)烈膨脹。伊利土的親水性較高，次于蒙脫土。當(dāng)?shù)鼗泻^多的蒙脫土和伊利土?xí)r，遇水發(fā)生膨脹隆起，失水產(chǎn)生收縮下沉和干裂，對(duì)建筑物危害很大。

二、施工應(yīng)注意的問題

1.加強(qiáng)土的粉碎和拌和的均勻性，避免出現(xiàn)素土夾層

在實(shí)際施工過程中如果遇到了膨脹土，在這樣的道路路基上施工我們就要嚴(yán)格按照工程要求遵循在旱季時(shí)期進(jìn)行施工，避免在雨季施工，同時(shí)還要注意先排水后施工，對(duì)于工程需要挖坑的地方要及時(shí)、快速開挖，嚴(yán)格遵循挖槽分段化，提高作業(yè)速度，減少整個(gè)基槽因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間施工而造成的曝曬、風(fēng)干，除了遵循以上條件外，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

施工中要加強(qiáng)土的粉碎，就要嚴(yán)格控制最大粒徑的數(shù)量，尤要控制>5mm，悅悅的土塊，旋耕時(shí)要掌握好“最佳時(shí)機(jī)”，因含水量過大或過小均不利于破碎。通常是在土塊的外表含水量較大于最佳的含水量的時(shí)候旋耕與粉碎，這樣效果是比較好的。粘性得土塊表面的含水量一般都是較小而且內(nèi)在的含水量卻是很大。為此，嘗試在寒冬前需要備土，讓土受到凍而疏散，解凍完后再作相關(guān)的破碎施工，這樣效果就比較好了，為了避免一些石灰土?xí)a(chǎn)生一些大土塊的集中區(qū)與素土夾層，可以將碾壓的厚度盡量控制在20cm左右的范圍內(nèi)，旋耕機(jī)最大的旋耕深度在25cm左右，這樣就使得旋耕時(shí)的下層路基土?xí)愿瘘c(diǎn)，只要再把石灰拌和的均勻些，一般就不會(huì)出現(xiàn)所謂的素土夾層。

2.加強(qiáng)邊緣地帶的碾壓

邊緣地帶，即軟硬路肩部位，常是施工的薄弱環(huán)節(jié)。尤其在膨脹土地區(qū)，塊體常集中該處，如碾壓不實(shí)將成隱患。如其中一段，在填80cm第一層時(shí)，由于邊緣塊體集中，碾壓達(dá)不到壓實(shí)度，加之邊溝水位較高，邊緣帶受浸泡成軟塑狀態(tài)失去強(qiáng)度，只有采取挖掉重做的處理方法。這種情況手指一般可以伸進(jìn)。失水后可見收縮裂縫，間距16-20cm，單縫成踞齒狀，上寬6-7mm，下寬2-3mm裂縫間還可見寬1-3mm龜裂紋。此即因邊緣地帶碾壓不實(shí)，加之邊溝滲水所致。故加強(qiáng)邊緣地帶碾壓妥善處理好十分重要。

三、膨脹土地基的工程措施

膨脹土地基的工程建設(shè)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地基脹縮等級(jí)、場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ┕そ?jīng)驗(yàn)，因地制宜采取綜合措施，一般可以從以下幾方面考慮：

1.設(shè)計(jì)措施

（1）建筑場(chǎng)地的選擇。根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，建筑物應(yīng)盡量避免布置在地質(zhì)條件不良的地段（如淺層滑坡和地裂發(fā)育區(qū)，以及地質(zhì)條件不均勻的區(qū)域）。重要建筑物最好布置在脹縮性較小和土質(zhì)較均勻的地方。山區(qū)建筑應(yīng)根據(jù)山區(qū)地基的特點(diǎn)，妥善地進(jìn)行總平面布置，并進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)，避免大開大挖，建筑物應(yīng)依山就勢(shì)布置。同時(shí)應(yīng)利用和保護(hù)天然排水系統(tǒng)，并設(shè)置必要的排洪、截流和導(dǎo)流等排水措施。有組織的排除雨水、地表水、生活和生產(chǎn)廢水，防止局部浸水和滲漏現(xiàn)象。

（2）結(jié)構(gòu)處理。在I、Ⅱ、Ⅲ級(jí)膨脹土地基上，一般應(yīng)避免采用磚拱結(jié)構(gòu)和無砂大孔混凝土、無筋中型砌塊建造的房屋。為了加強(qiáng)建筑物的整體剛度，可適當(dāng)設(shè)置鋼筋混凝土圈梁或鋼筋磚腰箍。單獨(dú)排架結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房包括山墻、外墻及內(nèi)隔墻均宜采用單獨(dú)柱基承重，角端部分適當(dāng)加深，圍護(hù)墻宜砌在基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁底與地面應(yīng)脫空10～15 cm。建筑物的角端和內(nèi)外墻的連接處，必要時(shí)可增設(shè)水平鋼筋。

（3）地基處理。基礎(chǔ)埋置深度的選擇應(yīng)考慮膨脹土的脹縮性、膨脹土層埋藏深度和厚度以及大氣影響深度等因素?；A(chǔ)不宜設(shè)置在季節(jié)性干濕變化劇烈的土層內(nèi)。一般基礎(chǔ)的埋深宜超過大氣影響深度。當(dāng)膨脹土位于地表下3 m，或地下水位較高時(shí)，基礎(chǔ)可以淺埋。若膨脹土層不厚，則盡可能將基礎(chǔ)埋置在非膨脹土上。膨脹土地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，應(yīng)充分利用地基土的承載力，并采用縮小基底面積、合理選擇基底型式等措施，以便增大基底壓力、減少地基膨脹變形量。

4.總結(jié)

膨脹土是影響道路及其他構(gòu)造物建設(shè)的一種特殊土質(zhì)，在實(shí)際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應(yīng)著重從影響其物理力學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素上考慮，從而通過改變土的力學(xué)性質(zhì)達(dá)到處理的目的。一個(gè)工程有其自身的特點(diǎn)及建設(shè)條件，在筆者參加的兩項(xiàng)工程的施工中，處理膨脹土的措施正在施工中應(yīng)用，有的措施已顯示出良好效果，有些對(duì)其功效尚需進(jìn)一步加強(qiáng)證實(shí)。

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