膨脹土路基處理設(shè)計(jì)特點(diǎn)摘要：本文分析膨脹土的判別分類、工程特性和路基處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過云南省紅河(蒙自縣)工業(yè)園區(qū)道路工程施工圖設(shè)計(jì)中，通過對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)出露的地層主要為膨脹土，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。所以，膨脹土的處理是本工程的重要課題。針對(duì)該工程的膨脹土路基處理辦法，也為其他地區(qū)膨脹土路基設(shè)計(jì)提供參考和經(jīng)驗(yàn)積累，有一定的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：膨脹土路基處理膨脹土【expansivesoil】一般指黏粒成分主要由親水性的蒙脫石和伊利石礦物組成，同時(shí)具有較大的吸水后顯著膨脹和失水后顯著收縮兩種特性的高液限粘土。膨脹土的成因環(huán)境主要為溫和濕潤(rùn)且具備化學(xué)風(fēng)化的良好條件，在這種環(huán)境條件下，硅酸鹽為主的礦物不斷分解，鈣被大量淋失，鉀離子被次生礦物吸收形成伊利石和伊利石—蒙脫石混合物為主的黏性土。膨脹土在我國(guó)的分布范圍很廣，根據(jù)現(xiàn)有的資料在廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。在國(guó)外則主要分布在非洲和南亞地區(qū)。膨脹土的判別分類膨脹土判別應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)定性和室內(nèi)定量?jī)烧呦嘟Y(jié)合。按下列方法進(jìn)行初判和詳判：可根據(jù)下列膨脹土的工程地質(zhì)特征表現(xiàn)進(jìn)行初判：土的顏色為灰白、灰綠色，棕、紅、灰色、黃褐色等等。網(wǎng)狀裂隙極發(fā)育，有蠟面，易風(fēng)化呈細(xì)粒狀，鱗片狀隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土。粘土細(xì)膩，滑感特強(qiáng)以為主，粘土中含有少量粉砂，滑感較強(qiáng)，含較多鈣質(zhì)或鐵錳結(jié)核，以鈣質(zhì)結(jié)核為主，在旱季呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，在雨季粘滑。出露于二級(jí)或二級(jí)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。坡面常見淺層溜坍，滑坡，地面裂隙。當(dāng)坡面有數(shù)層土?xí)r，其中膨脹土層往往形成凹形坡。新開挖(槽)壁易發(fā)生坍塌等。淺層基礎(chǔ)的單層或多層建筑物出現(xiàn)裂縫，且建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。膨脹土的詳判采用自由膨脹率、標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率、塑性指數(shù)三項(xiàng)指標(biāo)。表1膨脹土的判別指標(biāo)名稱判別指標(biāo)自由膨脹率Fs(%)Fs240標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率Wa(%)Wa三2.5塑性指數(shù)IpIp215注：分類以標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率為控制指標(biāo)，只有當(dāng)未對(duì)標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率試驗(yàn)時(shí)，可參考自由膨脹率、塑性指數(shù)指標(biāo)對(duì)膨脹土進(jìn)行分類。膨脹土的膨脹潛勢(shì)，分為強(qiáng)、中、弱三級(jí)表2膨脹潛勢(shì)的分級(jí)非膨脹土弱膨脹土中等膨脹土強(qiáng)膨脹土自由膨脹率Fs(%)FsV4040WFs<6060WFs<90Fs290標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率Wa(%)<2.52.5WWa<4.84.8WWa<6.8Wa三6.8塑性指數(shù)Ip<1515WIp<2828WIp<40Ip240注：表中“非膨脹土”并不是說改土沒有膨脹性，只是脹縮性尚達(dá)不到定義為“膨脹土”的程度。膨脹土的工程特性膨脹土的工程特性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面脹縮性膨脹土吸水后體積膨脹，使其上的建筑物隆起，如果膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；膨脹土失水體積收縮，造成土體開裂，并使其上的建筑物下沉。土中蒙脫石含量越多，其膨脹量和膨脹力也越大；土的初始含水率越低，其膨脹量與膨脹力也越大；擊實(shí)膨脹土的膨脹性比原狀膨脹土大，密實(shí)越高，膨脹性也越大。（2）崩解性膨脹土浸水后體積膨脹，發(fā)生崩解。多裂隙性膨脹土中的裂隙，主要可分為水平裂隙、垂直裂隙和斜角裂隙三種類型。這些裂隙將土層分割成具有一定幾何形狀的塊體，從而破壞圖的完整性，容易造成邊坡的塌滑。（4）超固結(jié)性膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比小，密實(shí)度大，初始強(qiáng)度高。（5）風(fēng)化特性膨脹土受氣候的影響很敏感，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞。在路基開挖后，在風(fēng)化作用下，土體很快會(huì)產(chǎn)生破裂、剝落，從而造成土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。（6）強(qiáng)度衰減快膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有峰值強(qiáng)度極高而殘余強(qiáng)度極低的特性。由于膨脹土的超固結(jié)性，初期強(qiáng)度極高，現(xiàn)場(chǎng)開挖很困難，然而隨著脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用時(shí)間的增加，其抗剪強(qiáng)度又大幅度的衰減。膨脹土路基的處理（1）換填挖除膨脹土，采用非膨脹土（砂類土、礫類土、塊石等）作為路基填筑材料。（2）化學(xué)改良摻加水泥、石灰或粉煤灰對(duì)膨脹土進(jìn)行改性處理包心法采用粘土對(duì)膨脹土四周包封，減少外界干濕氣候?qū)ε蛎浲恋挠绊懀古蛎浲恋臐穸缺３衷谳^小的范圍，使其強(qiáng)度不發(fā)生大的衰變。紅河工業(yè)園區(qū)道路施工圖設(shè)計(jì)的處理工程位于蒙自盆地內(nèi)，大部分路段布線于田壩中，蒙自盆地地層巖性主要為粘土、亞粘土、泥灰?guī)r。其成因?yàn)榈谒南岛e粘土、亞粘土以及第三系湖積泥灰?guī)r。從上至下，大致可分為四層，第一層：為褐紅色粘土或亞粘土，堅(jiān)硬?硬塑狀；第二層：為褐黃色粘土或亞粘土，硬塑狀，含10?20%鐵錳結(jié)核；第三層為灰白夾淺黃色粘土或亞粘土，硬塑狀，粘粒細(xì)膩，網(wǎng)格狀裂隙發(fā)育，裂隙面多具有油脂狀光滑面；第四層為泥灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化形成的粘土層，常為灰白色，其下為第三系泥灰?guī)r。第一層、第二層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)相似，局部地段與下部第三層混和在起而具有弱膨脹性，其自由膨脹率Fs平均值為39%。液限、塑限指標(biāo)常常較高，塑限平均值24%，液限平均值48%，一般不符合路堤填料標(biāo)準(zhǔn)。該兩層分布于地表0?4.4米深度范圍內(nèi)。第三層為膨脹土，其自由膨脹率平均值為46%，具弱?中等膨脹性。分布于第一、二兩層，兩層之下，厚度一般大于15米。第四層為泥灰?guī)r全風(fēng)化形成的殘積粘土，含泥灰?guī)r碎石，其自由膨脹率平均值為34%。塑限平均值25%，液限平均值47%，分布于第三層之下，一般不可用做路堤填料。因此，沿線路堤填土用料須從別處借土。由于蒙自、雞街大氣影響深度為4.50?5.00，大氣影響急劇層深度為2.00?2.30米，膨脹土埋深小于5.3米的地段劃分為不良地質(zhì)地段，埋深小于2.4米的膨脹土地段為必須進(jìn)行換土處置地段，淺埋基礎(chǔ)不可直接置于膨脹土之上。4.1路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)結(jié)合場(chǎng)地的地層結(jié)構(gòu)及地基土的特性等綜合考慮，場(chǎng)地地基的脹縮等級(jí)為I?II級(jí)，建議按II級(jí)膨脹土地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，路基設(shè)計(jì)應(yīng)避免大填、大挖，以淺路塹、低路堤通過為宜。綜合各種地基處理方案，本工程適采用換填法進(jìn)行地基處理，換填的厚度及寬度以達(dá)到設(shè)計(jì)地基承載力為目的。(1)填方區(qū)：填方前先清除覆蓋于地表結(jié)構(gòu)松散、承載力低且變形大的填筑土及種植土?；撞捎?0cm毛石換填，其上采用非膨脹土、碎石土，并按相應(yīng)規(guī)范要求及時(shí)進(jìn)行分層輾壓夯實(shí)。同時(shí)，填土高度小于lm時(shí)的，應(yīng)挖除地表30?60cm的膨脹土，再進(jìn)行填筑。路基換填詳見圖一。圖i填方路基圖i填方路基2.娓耳苗］轉(zhuǎn)€50cmI(2)挖方區(qū)：路床超挖60?100cm，米用60cm毛石+20土夾石換填，并按相應(yīng)規(guī)范要求及時(shí)進(jìn)行分層輾壓夯實(shí)。路基換填詳見圖二。咼路堤地段：在道路坡腳設(shè)漿砌片石腳墻咼1.2m，腳墻基礎(chǔ)以粘土④層為持力層，同時(shí)對(duì)地基及墻背地層采用非膨脹土進(jìn)行換填處理，擋土墻應(yīng)設(shè)變形縫和泄水孔，并對(duì)擋土墻的穩(wěn)定性采取預(yù)防處理措施。路塹邊坡：設(shè)截水邊溝，其內(nèi)噴播植草；挖深大于10m地段和強(qiáng)膨脹土地段設(shè)漿砌片石擋土墻，墻高2?4m，側(cè)溝與擋墻砌為一體，以增強(qiáng)擋墻的穩(wěn)定性。5施工要求膨脹土路基特別強(qiáng)調(diào)“快速施工、及早封閉、注重防水"。所謂“快速”，是以保證質(zhì)量、提高效率為目的的科學(xué)管理，絕不是不講程序、忽視質(zhì)量。以路堤填筑為例，除控制好填料的粒徑、厚度、含水量外，關(guān)鍵是要注意分段施工，及時(shí)壓實(shí)，使路堤自我封閉，把日曬雨淋對(duì)含水量的不利影響降至最低，用最經(jīng)濟(jì)的壓實(shí)功能，獲得最好的壓實(shí)效果，減少路基邊坡變形和坍塌。膨脹土路塹邊坡穩(wěn)定是質(zhì)量控制的重點(diǎn)，必須采取有效防范措施。路塹開挖后，原地層的天然平衡狀態(tài)遭到破壞，其穩(wěn)定性主要取決于膨脹土工程地質(zhì)特征和水的作用，以及邊坡高度和坡度。當(dāng)水分沿裂隙滲入后，土質(zhì)迅速發(fā)生膨脹、軟化、崩解，降低土體的抗剪強(qiáng)度，使邊坡趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。工程在施工過程中，曾因暴雨影響，造成尚未成形或未進(jìn)行防護(hù)的路塹邊坡發(fā)生嚴(yán)重坍塌，個(gè)別地段自塹頂開裂下挫，整體下滑。后經(jīng)建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、會(huì)審，分別采取增設(shè)擋墻等措施，邊坡才得以穩(wěn)定。所以，路塹開挖前要做好截水溝，開挖后要及時(shí)防護(hù)，及時(shí)封閉，這是防止膨脹土路塹邊坡坍塌的關(guān)鍵措施。6結(jié)束語膨脹土是影響道路及其它構(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)根據(jù)實(shí)際情況選