膨脹土路基的危害及處治

摘要:本文分析了膨脹土的特性及判定，介紹了膨脹土對路基的危害，提出了用石灰改良膨脹土路基的處治方法

關(guān)鍵詞:膨脹土;特性;判定;危害;處治;方法

1 膨脹土的特性

膨脹土是現(xiàn)代工程地質(zhì)和土力學(xué)中出現(xiàn)的專業(yè)技術(shù)名詞，它是有別于黃土、紅土、軟土、凍土以及普通黏土的一類特殊土質(zhì)，從外觀上看呈現(xiàn)黑色、灰色或黃褐色。它的顯著特征就是吸水后體積急劇膨脹，失水后體積嚴(yán)重干縮。其工程力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定。

2 膨脹土的判定

一般認(rèn)為，自由膨脹率大于或等于40%，且具有以下工程地質(zhì)特征者，應(yīng)判定為膨脹土。

⑴ 裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕。有的裂隙中充填著灰白、灰綠色黏土。在自然條件下呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài);

⑵ 多出露于二級或二級以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩、無明顯自然陡坎;

⑶ 常見淺層塑性滑坡、地裂、新開挖坑(槽)壁易發(fā)生坍塌等;

⑷ 結(jié)構(gòu)物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。膨脹土的膨脹潛勢根據(jù)自由膨脹率或蒙脫石含量分為三類，如下表:

膨脹土的膨脹潛勢

3膨脹土對路基工程的危害

由于膨脹土具有很高的黏聚性，當(dāng)含水量較大時(shí)，一經(jīng)施工機(jī)械攪動，將黏結(jié)成塑性很高的大團(tuán)塊，很難晾干。隨著水分的逐漸散失，土塊的可塑性降低，由于黏聚性的繼續(xù)作用，土塊的力學(xué)強(qiáng)度逐步增大，從而使土塊堅(jiān)硬，難于擊碎、壓實(shí)。因此如果含水量高的膨脹土直接用作路基填料，將會增加施工難度，延長工期，并且質(zhì)量難以保證。

膨脹土路基遇雨水浸泡后，土體膨脹，輕者表面出現(xiàn)厚10cm左右的蓬松層，重則在50~80cm深度范圍內(nèi)形成“橡皮泥”。若在干燥季節(jié)，隨著水分的散失，土體將嚴(yán)重干縮龜裂，其裂縫寬度約1~2cm，縫深可達(dá)30~50cm，雨水可通過裂縫直接灌入土體深處，使土體深度膨脹濕軟，從而丟失承載能力。且由于膨脹土具有極強(qiáng)的親水性，土體愈干燥密實(shí)，其親水性愈強(qiáng)，膨脹量愈大，當(dāng)膨脹受到約束時(shí)，土體中會產(chǎn)生膨脹力，當(dāng)這種膨脹力超過上部荷載或臨界荷載時(shí)，路基出現(xiàn)嚴(yán)重的崩解，從而造成路基局部坍塌、隆起或裂縫。

4 膨脹土路基的處治

4.1 膨脹土的路基的施工應(yīng)符合以下要求

4.1.1 高度不足1米的路堤，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求采取換填或改性處理等措施處治;

4.1.2 表層為過濕土，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求采取換填或進(jìn)行固化處理等措施處治;

4.1.3 填土高度小于路面和路床的總厚度，基底為膨脹土?xí)r，宜挖除地表30~60cm的膨脹土，并將路床換填為非膨脹土或摻灰處理。若為強(qiáng)膨脹土，挖除深度應(yīng)達(dá)到大氣影響深度;

4.1.4 路塹施工前，先進(jìn)行截、排水設(shè)施的施工，將水引至路幅以外;

4.1.5 邊坡施工過程中，必要時(shí)宜采取臨時(shí)防水封閉措施保持土體原狀含水量。邊坡不得一次挖到設(shè)計(jì)線，應(yīng)預(yù)留厚度30~50cm，待路塹完成后，再分段削去邊坡預(yù)留部分，并立即進(jìn)行加固和封閉處理;

4.1.6 宜用支檔結(jié)構(gòu)對強(qiáng)膨脹土邊坡進(jìn)行防護(hù)，支檔結(jié)構(gòu)基坑應(yīng)采取措施防止暴曬或浸水，基礎(chǔ)埋深應(yīng)在大氣風(fēng)化作用影響深度以下。

4.2 石灰改良膨脹土

4.2.1 強(qiáng)膨脹土穩(wěn)定性差，不能作為路堤填料，中、弱膨脹土經(jīng)過加工，改良后作為路基填料。

膨脹土對公路工程產(chǎn)生危害的根源是其脹縮性，通過摻加石灰、水泥、粉煤灰、氯化鈣等改性土體脹縮性，提高其強(qiáng)度、壓縮模量，達(dá)到穩(wěn)定效果。國內(nèi)外大量試驗(yàn)和實(shí)踐表明:摻石灰效果較佳，且石灰分布范圍廣、產(chǎn)量大、價(jià)格低廉，用于改性膨脹土較其它摻合物性價(jià)比高。

4.2.2 膨脹土摻入石灰后，石灰水化產(chǎn)生大量鈣離子，膨脹礦物蒙脫石、伊利石吸水的同時(shí)，也把大量鈣離子和溶液中析出的氫氧化鈣離子吸附到其顆粒周圍，礦物顆粒晶格邊緣破鍵產(chǎn)生的電荷吸附鈣離子來取得平衡，這些作用形成石灰的水化物在膨脹土礦物顆粒表面聚集。隨著石灰含量的增加，減少了粘性，因而相應(yīng)減少了膨脹和收縮，降低了膨脹土的親水性，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。摻石灰能減少塑性指數(shù)，但并不是摻灰率越高越好，當(dāng)石灰劑量超過某一值時(shí)，過多的石灰在土中自由存在，使石灰土的強(qiáng)度降低，力學(xué)性質(zhì)變差，應(yīng)通過物理和力學(xué)性質(zhì)、膨脹性、水穩(wěn)性等試驗(yàn)來確定適當(dāng)?shù)膿郊邮覄┝?。根?jù)膨脹土中礦物成分含量的多少，摻灰量一般控制在4%~10%范圍內(nèi)。

4.2.3 石灰改良膨脹土施工注意事項(xiàng)

a.石灰必須是三級或三級以上石灰，并在用于工程前七天充分消解，并盡快使用盡量縮短石灰的存放時(shí)間。

b.石灰劑量以石灰質(zhì)量占全部粗細(xì)土顆粒干質(zhì)量的百分率表示，即石灰劑量=石灰質(zhì)量/干土質(zhì)量。

c.應(yīng)避開雨季施工，因工期原因無法避免時(shí)，采取防雨、排除表面水等措施，保證工程質(zhì)量。

d.配料應(yīng)準(zhǔn)確，攤鋪平整，采用方格網(wǎng)人工布灰。

e.為保證上下層灰土有效結(jié)合，路拌機(jī)拌和時(shí)應(yīng)深入到下層承5cm左右。

f.應(yīng)在混合料處于最佳含水量，或略大于最佳含水量1~2%時(shí)進(jìn)行碾壓，直至達(dá)到規(guī)定要求。

g.石灰土應(yīng)在當(dāng)天碾壓完成，碾壓完成后必須保濕養(yǎng)生，不使其表面干燥，也不應(yīng)過分潮濕。

5 結(jié)束語

膨脹土一般不會零星存在于工程沿線，其數(shù)量通常是巨大的，在南陽許平南高速公路施工及宛平高速公路施工中已經(jīng)證明，大部分情況下，總是可以尋求到經(jīng)濟(jì)可行的措施，使公路工程可以長期在膨脹土路段保持穩(wěn)定。換填土的方案是在萬不得已情況下才使出的，對膨脹土這種特殊的筑路材料，我們應(yīng)予以深刻的認(rèn)識與充分的利用。今后，隨著研究的深入和成果的擴(kuò)大，這個問題將會得到更理想的解決。

參考文獻(xiàn)

[1]公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTGF10-2006)

[2]公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD30-2004)