高速公路膨胀土路基病害及控制措施.doc

1、1高速公路膨胀土路基病害及控制措施摘要：膨胀土是在自然地质过程中形成的一种多裂缝并具有显著膨胀特性的土体， 在工程界被认为是隐藏的地质灾害，对工程结构具有严重的破坏作用。随着公路建设的高速发展，为保证公路在较长时间内的路基稳定和路面的平整度，达到行车安全、舒适的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。 关键词：高速公路 膨胀土特性 路基病害控制要点 Abstract: the expansive soil is in the natural geological processes in the formation of a multiple cracks and has remarka

2、ble expansion properties of the soil, in the engineering field is believed to be hiding the geological disasters, for engineering structures with damage. Along with the high speed development of highway construction, in order to ensure highway for a long time the stability of roadbed and pavement fl

3、atness, to driving safety, comfort purposes, must be resolved because of the expansive soil and caused a series of problems in engineering. Key words: Highway characteristics of expansive soil subgrade diseases control points 中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号： 2前言；膨胀土是指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物，具有吸水显著膨胀软化、失水急剧收

4、缩破裂以及反复湿胀干缩特性的高塑性粘土，又称裂土、裂隙粘土。膨胀土是影响公路及其它结构物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。膨胀土对公路建设的危害几乎无所不及，本文从高速公路膨胀土路基主要病害入手，重点阐述了膨胀土路基的处治技术及施工控制要点以保证膨胀土路基的正常安全使用。 1膨胀土含义 膨胀土是指粘粒成分主要由亲水性矿物（蒙脱石、伊利石等）组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。其水理性质是其与水的物理化学作用的反映。其中，蒙脱石粘土矿物是膨胀土吸水膨胀的主要原因，蒙脱石的含量越高，其物理化学性越强。土体吸水增湿时，体积膨胀并产生膨胀力，其值介于 5030

5、0kpa：土体干燥失水时，体积收缩形成收缩裂缝，升降幅度达到 3080mm。膨胀土的工程地质的分类为：Fs900/0 为强膨胀土，65%Fs90%为中膨胀土，45%Fs65%为弱膨胀土，其中 Fs 为自由膨胀率。中、弱膨胀土可以用来作为路基填料，但强膨胀土即使经过改良后也不能用来作为路基的填料。 2膨胀土的主要特性大致可以归纳为以下几点： 3(1)土的粘土矿物成分富含有亲水性矿物成分，如蒙脱石、伊利石和高岭石等；(2)有较强的胀缩性；(3)有裂隙性结构；(4)有显著衰减性；(5)多含有钙质或铁质结核；(6)一般呈棕、红、黄、褐及灰白色；(7)自然坡度平缓，无直立陡坡；(8)对公路路基及工程建筑

6、有较强的潜在破环作用。 3膨胀土公路工程的路基病害 在实际高速公路工程中，因膨胀土的表层风化效应、湿胀干缩效应以及施工时压实或防护不够等原因，常造成诸多的公路路基病害，主要如下： 3.1 路堤和路堑边坡失稳 在膨胀土路堤中，若压实不够，膨胀土遭风化或受水浸湿后，抗剪强度显著降低，易导致路肩溜塌或路堤溜滑的现象。对膨胀土路堑，旱季时，边坡表面易遭风化而发生剥落现象。雨季时，一些未加防护或防护不力的路堑边坡，其表土在水流冲蚀下会形成坡面沟状冲蚀现象，表层遭受强风化和受水浸湿后易发生沿坡面向下的呈流塑状态的局部溜塌、溜滑和较大规模的滑坡现象。另外，坡面松散土体与坡脚剥蚀堆积物，经水流裹带搬运形成泥流

7、，易堵塞边沟或涵洞，甚至可冲毁路基、掩埋路面。膨胀土路堤和路堑边坡的破坏具有长期潜伏性，多在公路运营35 年后发生滑坡不断。有些坚硬状态的膨胀土路堑边坡，其破坏的潜伏期甚至更长。 3.2 路面和土基波浪式沉陷变形 4在施工及运营期间，膨胀土路基在受到风化和雨水浸湿后，因湿胀干缩效应的作用，土体崩解。加之路幅内土基的含水量的不均匀变化，导致土基不均匀沉陷，路面出现波浪式变形。对路堤而言，该波浪式沉陷较明显，且路堤越高，沉陷越大，严重时可导致路面变形破坏。路面的波浪式变形直接制约车辆的行驶速度，影响行运舒适性，并给交通事故埋下隐患。 3.3 路基翻浆冒泥 未经换填或封闭处理的膨胀土路基，在旱季和雨

8、季干湿循环效应的作用下，加之车辆行驶荷载的作用，造成表面松弛。当路面渗水、路基土被雨水浸泡后，土体崩解，强度降低，基床表层土发生泥化。 3.4 路基道渣囊 路基土泥化后，路面基层的碎石等道渣易陷入或被挤入泥化的基床土中而形成囊状结构。道渣囊现象一方面会导致路面结构破坏，同时道渣囊又成为路基中渗水通道和储水载体，进一步使深层土体湿水泥化从而加剧道渣囊的发展，造成恶性循环。 4膨胀土路基主要治理技术 4.1 换土法 换土法是最简单有效的方法，即将转换的土层挖除，再回填压密特性较好的土进行压实或夯实，形成良好的持力层，从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。因各地气候各异，膨胀土的临界深度和

9、临界含水量也不同，换土深度要考虑受地面降水影响而使土体含水量急剧变化的深度，基本上在 1m2m即强膨胀土为 2m，中、弱膨胀土为5lm1.5m,具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。 4.2 温度控制 包括预湿膨胀土和保持含水量稳定两个方面，即用工合成材料、浆砌片石等材料把膨胀土隔离，并配有良好的排水系统，使其含水量保持在一定的范围之内。 4.3 改性处理 即利用石灰、水泥或其他固化材料通过与膨胀土的物理化学作用进行膨胀土的改性处理，以达到降低膨胀土膨胀潜势、增强强度和水稳性的目的。其中，石灰的固化作用是因盐基交换、次生碳酸钙胶结性、粘土颗粒与石灰相互作用形成新的含水硅酸钙、铝酸钙等新矿物

10、而显现出来：水泥的固化作用是因钙酸盐与铝的水化物和颗粒间的胶结作用，胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，从而降低膨胀土的液限，增大膨胀土的塑限和抗剪强度；NCS 固化材料除具有石灰、水泥的优点消除土的胀缩性外，还有吸水增强作用，改善土的压实性并生成微型加筋结构，提高土的强度。 4.4 土工织物 即在对路基做整体稳定性分析的基础上，一方面，通过土中铺设网格吸收部分土体因干燥失水收缩产生的应力，抑制边坡土体开裂的宽度和深度：另一方面，土中加网格可抑制因水分进入坡面引起膨胀土膨胀、松散，提高路基表面土体的整体性和抗剪强度，保证边坡表面土体雨季饱水后，不致于因强度降低过多、自重过大而失稳。 4.5 支

11、挡结构 6主要有网格式加筋土挡土结构稳定膨胀土边坡、用土钉墙处理膨胀土路堑边坡以及十字形锚杆骨架护坡和粱形锚杆骨架护坡。支挡结构主要应用于两方面，对于开挖的强膨胀土或中等膨胀土边坡采取预防支挡措施，以便防止滑坡的发生；对于已发生滑动的边坡进行治理 支挡措施，使工程运行正常。 5膨胀土路基施工控制要点 5.1 施工安排要点 对于膨胀土路基，以保证地基和填筑的土方工程不被水浸泡，应避免在雨季施工，并加强现场排水。膨胀土路基开挖后，各工序务必紧密衔接连续作业，分段完成，路基填筑后，其边坡防护等不能间隔时间过久以免边坡长期暴露，或越冬再做路面，做好膨胀土路基的防水、保湿、防风化工作。膨胀土路堤施工前，

12、应就地按规定做试验路段。 5.2 路堤基底处理要点 挖除路堤范围内的灌木、树根，填平夯实坑穴，排除积水，挖除淤泥，切断或降低地下水。清理彻底后，压实基底。对填高不足 1m 的高速公路路堤，须挖去地表 80l00cm 的膨胀土，换填非膨胀土或改性处理的膨胀土，并按规定压实。原基底为过湿土时，应挖去湿软土层，换填砾石土、砂砾土、石渣或将土翻开，掺入石灰或固化材料处理。地面横坡为 1:51：2.5 时，将原地面挖成宽度不小于 1m 的台阶，当地面横坡陡于 1：2.5 时，为防止路堤沿基底滑动，可先将基底分段挖成不陡于1:2.5 的缓坡，再在缓坡上挖宽 12m 的台阶。高速公路陡坡地段的半填半挖路基，

13、须在山坡上从填方坡脚起向上挖成向内倾斜的台阶，台阶宽7度不小于 1m，其中挖方一侧，在行车范围之内的宽度不足一个行车道宽度时，则应挖够一个行车道宽度，其上路床深度之内的原地面土应予挖除、换填，并按路床填方的要求施工。 5.3 路堤填筑与压实要点 对路堤、路堤基底进行压实，压实标准按公路路基施工技术规范处理。应修正经改性处理后的膨胀土测定的最佳含水率及最大干密度的标准值，即实施填筑的含水量大于最佳含水量的标准 1%2%,实施填筑最大干密度低于最大干密度的标准值验合格后方可填筑上一层。路堤与路堑分界处土内的含水量不一定相同原有的密实程度也不同，压实时务必均匀、紧密，避免发生不均匀沉陷 5.4 路堤

14、排水与边坡防护要点 路堤排水能使地面径流形成良好的排水网系，防止地面径流冲蚀路基，消除膨胀土湿胀干缩的有害影响，促进膨胀土地区路基路面的稳定。施工中对所有的排水工程都要采取浆砌加固。膨胀土路堤边坡的防护，经改性处理或用非膨胀土外包封闭的可按一般路基防护处理，路堤的边坡防护通常采用植被防护和砌石防护。 结束语；在公路建设的过程中， 膨胀土是公路建设中一种特殊的不良土质，一直是困扰公路建设的重大工程问题，处理不好将对路基和公路产生极大的破坏。由于各个地区的气候特点和膨胀土的地质成因相差较大，造成膨胀土具有显著的区域性特征，膨胀土用作路堤填料所表现的工程特性差异较大，因此需根据工程的具体地域特点采取合适的处理8方法。