膨脹土地區(qū)公路路基常見病害及改擴(kuò)建設(shè)計(jì)研究

摘要 為了保證膨脹土地區(qū)路基建設(shè)質(zhì)量，該文總結(jié)了膨脹土地區(qū)路基常見病害特征，并以G80廣昆高速公路南寧至百色段改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，對既有路基病害展開詳細(xì)調(diào)查，并制定了注漿處治方案。同時(shí)，從填方和挖方基底處理、新舊路基拼接、邊坡設(shè)計(jì)等方面闡述了膨脹土路基改擴(kuò)建設(shè)計(jì)要點(diǎn)，研究成果可為類似項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞 膨脹土；公路路基；病害特點(diǎn)；改擴(kuò)建設(shè)計(jì)；路基拼接

中圖分類號 U418 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0085-03

0 引言

膨脹土是我國公路建設(shè)期間最常見的特殊巖土之一，廣西地區(qū)膨脹土分布十分廣泛。膨脹土礦物組成、化學(xué)成分等與普通黏性土有很大區(qū)別，其具有明顯吸水膨脹、失水收縮特性。膨脹土地區(qū)路基容易出現(xiàn)沉陷、開裂、邊坡垮塌等病害，給行車安全帶來很大威脅。在膨脹土路基設(shè)計(jì)時(shí)，不能盲目照搬其他項(xiàng)目處治方案，尤其是設(shè)計(jì)難度復(fù)雜的公路改擴(kuò)建工程。因此，深入研究膨脹土地區(qū)公路路基常見病害及改擴(kuò)建設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 膨脹土地區(qū)路基病害特點(diǎn)

膨脹土是一種富含親水性黏土礦物非飽和土，具有明顯吸水膨脹（自由膨脹率多大于40%）、失水收縮現(xiàn)象，且浸水后容易崩解、受氣候影響容易風(fēng)化破壞，土體性質(zhì)十分不穩(wěn)定。膨脹土作為公路路基填料時(shí)，可按有荷壓力下脹縮總率劃分為四個(gè)等級，詳見表1[1]。

對于膨脹土地區(qū)公路路基，經(jīng)常出現(xiàn)路基沉陷、邊坡破壞（滑塌、滑坡等）等病害，主要病害類型如下[2]：

（1）路基沉陷

膨脹土地區(qū)多為平原區(qū)或盆地區(qū)域，地勢平緩，難以找到合格路基填料。此時(shí)，一般對膨脹土采用改良法和包芯法處理后用以填筑路基。如果全部采用膨脹土填筑路基，其通車后會(huì)因雨水下滲或地下水毛細(xì)作用產(chǎn)生較大的變形量，且變形持續(xù)時(shí)間長，可達(dá)十余年。隨著膨脹土變形的不斷累積，路基最終會(huì)產(chǎn)生沉陷，影響行車安全。

（2）邊坡破壞

邊坡破壞是膨脹土公路路基最嚴(yán)重的病害。比如在膨脹土路塹邊坡的坡腳、土巖分界面、裂隙面、軟弱結(jié)構(gòu)層等位置容易出現(xiàn)邊坡滑塌，此類滑塌具有淺層性、牽引性、結(jié)構(gòu)性、長期潛伏性、成群分布等特性，滑體厚度多在3.0～6.0 m，長度可到百米。另外，如果路基基底膨脹土未處理或處理措施不合理，在公路運(yùn)營期間雨水會(huì)滲入基底，使得基底膨脹土強(qiáng)度降低、膨脹變形擠壓路基。此時(shí)，路基易出現(xiàn)滑坡失穩(wěn)病害，滑動(dòng)面多呈圓弧形。

2 既有膨脹土路基病害處治

在開展膨脹土路基拼接前，要針對既有路基病害特點(diǎn)選擇合理的處治措施，該文以G80廣昆高速公路南寧至百色段改擴(kuò)建工程為例闡述其路基病害處治方法。

2.1 工程概況

（1）工程背景

文章研究對象為G80廣昆高速公路南寧至百色段，其由南寧至壇洛高速公路（簡稱“南壇高速”）和壇洛至百色高速公路（簡稱“壇百高速”）兩部分組成。南壇高速于2001年開工建設(shè)，2003年建成通車，起訖樁號為K592+980～K608+550，設(shè)計(jì)速度100 km/h，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道；壇百高速于2005年開工建設(shè)，2007年建成通車，起訖樁號為K608+550～K785+200，設(shè)計(jì)速度100 km/h，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道。

近年來，高速公路沿線的交通量逐年增加，頻繁出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，尤其是節(jié)假日，使得高速公路的服務(wù)水平顯著下降。鑒于此，管理部門擬對G80廣昆高速公路南寧至百色段進(jìn)行改擴(kuò)建處理，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用雙向8車道，整體式路基寬度42 m，分離式路基寬20.75 m。

（2）膨脹土分布

經(jīng)詳細(xì)勘察，該高速公路沿線穿越百色盆地，膨脹土分布廣泛，膨脹土地區(qū)的路基單幅長度為88 229 m，占

路基總長（189.29 km）的23.3%，膨脹土以弱～中等膨脹為主，局部發(fā)育強(qiáng)膨脹土，具體占比見圖1。

結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，高速公路沿線的濕度系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值取0.67，膨脹土的大氣影響深度為6.0～8.0 m，而大氣急劇影響深度為大氣影響深度的0.45倍，即2.7～3.6 m。為了保證路基安全，強(qiáng)膨脹土大氣影響急劇層深度按3.6 m控制。

2.2 路基病害檢測結(jié)果

為降低膨脹土對原有路基的影響，需查明膨脹土地區(qū)路基路段存在的病害。因此，該項(xiàng)目用探地雷達(dá)抽選第2標(biāo)段和第3標(biāo)段路面病害嚴(yán)重路段開展病害調(diào)查（布設(shè)1條測線），檢測結(jié)果表明：

第2標(biāo)段路基病害以不密實(shí)、脫空等為主，主要集中在K702+682～K715+953、K725+016～K725+580路段，病害路段長度為8 432 m，下行車道路基病害長度明顯大于上行車道（上行車道長度為3 213 m，下行車道長度為5 219 m）。

第3標(biāo)段路基病害以不密實(shí)為主，主要集中在K760+020～K760+843、K765+955～K766+428、K772+635～K780+967路段，病害路段長度為5 027 m，上行車道路基病害長度大于下行車道（上行車道長度為2 542 m，下行車道長度為2 485 m）。結(jié)合公路歷史養(yǎng)護(hù)資料，K772+000～K784+000病害路段曾在2018年和2019年因路基下沉進(jìn)行過路基注漿加固，該檢測在K772+635～K780+967路段又發(fā)現(xiàn)路基存在多處不密實(shí)，說明該路段病害頻發(fā)，在處置方案時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮該路段。

2.3 路基病害注漿處治

（1）注漿方案

由上文可知，沿線膨脹土路基病害以不密實(shí)、脫空等為主，可采用淺層注漿法進(jìn)行加固，具體方案如下：①布置方式：路基注漿孔布置形式采用“三角形”，孔中心間距取2.5 m，見圖2；②注漿材料：采用水泥漿注漿，其中水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比宜控制在0.5∶1～1∶1，并添加1.0%～5.0%的水玻璃；③注漿壓實(shí)：宜通過現(xiàn)場注漿試驗(yàn)確定，一般在0.1～0.5 MPa；④停止注漿標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)出現(xiàn)路堤坡面漏漿、冒漿、路面有抬升現(xiàn)象并持續(xù)約5 min、外排注漿孔達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的120%、注漿流量明顯減?。ㄐ∮诔跏剂髁康?0%）等現(xiàn)象時(shí)，可停止注漿。

（2）注漿量計(jì)算

由于膨脹土病害區(qū)域采用滲入式注漿，可按照《膨脹土地區(qū)公路勘察設(shè)計(jì)規(guī)程》（DB45/T 1829—2018）附錄A的球形擴(kuò)散理論公式計(jì)算注漿擴(kuò)散半徑，見公式（1）[3]。

式中，r1——漿液擴(kuò)散半徑（m）；K——土體滲透系數(shù)（cm/s）；h1——灌漿壓力（MPa）；r0——灌漿管半徑（cm）；t——灌漿時(shí)間（s）；β——黏度比；n——土體孔隙比。

隨后，根據(jù)r1計(jì)算出注漿范圍內(nèi)土體體積，再結(jié)合土體孔隙比n、水灰比計(jì)算出灌注漿液體積和水泥用量。

3 膨脹土地區(qū)路基改擴(kuò)建設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 膨脹土基底處理

如果擴(kuò)建公路的基底是膨脹土，需采用換填、土性改良等方法進(jìn)行處理。一般情況下，土性改良是通過摻入石灰或水泥來提高土體的強(qiáng)度和承載力。但土性改良法施工控制難度大，會(huì)導(dǎo)致土體性能不均勻，難以達(dá)到預(yù)期效果。同時(shí)，石灰和水泥在生產(chǎn)、拌和期間會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳（CO2），污染空氣，破壞周邊生態(tài)環(huán)境。經(jīng)對比，建議該項(xiàng)目的膨脹土基底采用換填法進(jìn)行處理[4]。

（1）填方路段基底處理

基底為弱或中等膨脹土?xí)r，對基底1.5 m范圍內(nèi)的膨脹土進(jìn)行挖除，并對開挖后的基槽底進(jìn)行補(bǔ)壓，以消除微裂隙。同時(shí)，在補(bǔ)壓后的基槽底面鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜進(jìn)行封水。復(fù)合土工膜要鋪設(shè)至征地界樁位置，并對其施加一定預(yù)應(yīng)力，并用錨釘錨固。在復(fù)合土工膜的搭接部位和錨固部位，還應(yīng)涂抹一層熱瀝青防滲。復(fù)合土工膜鋪設(shè)完成后，再分層回填、壓實(shí)合格填料，確保各層填料的壓實(shí)度滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）要求。

基底為強(qiáng)膨脹土?xí)r，其處理方法與上述類似，主要區(qū)別在于基底開挖深度的不同，強(qiáng)膨脹土的開挖深度要超出大氣急劇影響深度。

在實(shí)際處理時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①地形受限時(shí)，可增設(shè)擋墻。擋墻基礎(chǔ)埋深要大于大氣影響急劇層深度，并在擋墻基礎(chǔ)下方設(shè)置鋼管樁；②基底膨脹土因積水軟化成軟（弱）土?xí)r，應(yīng)按軟（弱）土地基制定處理方案；③填方護(hù)坡道及排水溝外側(cè)采用厚10 cm的C20混凝土進(jìn)行封閉，以防止地表水浸入下層膨脹土地基。

（2）挖方路段基底處理

挖方路床為弱或中等膨脹土?xí)r，應(yīng)對路床范圍內(nèi)進(jìn)行超挖處治，并對基槽底進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)消除微裂隙，碾壓完成后鋪設(shè)復(fù)合土工膜；挖方路床為強(qiáng)膨脹土?xí)r，其超挖范圍應(yīng)取路床頂至大氣影響急劇層層底或路床底部（以二者底深更大者控制），其他同上，如圖3所示。

另外，挖方路塹的邊溝底應(yīng)設(shè)置排水滲溝以排泄地下水，且滲溝基底應(yīng)低于路床底以下不小于0.5m，防止地下水滲入路床。

3.2 膨脹土新舊路基拼接

由于老路邊坡經(jīng)過雨水侵蝕、風(fēng)化等作用，表面松散，在拼寬路基前要沿著老路邊坡法向清坡，清坡厚度取30 cm，并按1∶0.5削坡。為了增加新舊路基之間的整體性，要從下往上開挖臺階（臺階寬度不小于1.0 m），每開挖一級臺階及時(shí)填筑一級，嚴(yán)禁將臺階全部開挖后再填筑路基。同時(shí)，還需在基底、路床上臺階底部、路床下臺階中部各鋪設(shè)一層土工格柵；路堤部分采用土工格柵加筋反包處理，如圖3所示。

3.3 膨脹土邊坡設(shè)計(jì)

結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，膨脹土邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“緩邊坡、寬平臺、固坡腳”的基本原則，邊坡分級高度不大于80 m，邊坡平臺寬度不小于2.0 m，邊坡坡率取1∶1.25～1∶3，且不得陡于老路邊坡。同時(shí)，邊坡坡面的防護(hù)方案應(yīng)結(jié)合膨脹土特性、邊坡高度等確定，防護(hù)方案見表2[5]。

4 結(jié)論

該文總結(jié)了膨脹土路基常見病害，以G80廣昆高速公路南寧至百色段改擴(kuò)建工程為例，分析了其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，主要結(jié)論如下：

（1）膨脹土路基具有明顯的吸水膨脹、失水收縮特點(diǎn)，在運(yùn)營期間容易出現(xiàn)路基沉陷、邊坡破壞等病害。

膨脹土路基沉陷可采用注漿法加固，注漿孔可按三角形布置，間距2.5 m，且注漿體積可利用球形擴(kuò)散理論計(jì)算。

（2）改擴(kuò)建公路路基基底是膨脹土?xí)r，宜優(yōu)先采用換填法處理，并在基槽底面鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜進(jìn)行封水。

（4）膨脹土新舊路基的拼接可采用開挖臺階、鋪土工格柵、反包土工格柵等措施。同時(shí)，路基邊坡應(yīng)結(jié)合膨脹土特性、邊坡高度等確定防護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-08-19

作者簡介：任翔宇（1991—），男，碩士，工程師，從事高速公路設(shè)計(jì)工作。