膨胀土地区高速公路的路基处理方案

　　我国幅员辽阔，地形地质条件差异明显。膨胀土，这种在世界范围内分布很广的土质，中国是分布最多的国家。在我国的长江中下游地区以及黄河中下游地区是膨胀土分布最密集的区域，并且这些区域也是我国经济发展的前沿阵地，发生在这些区域的活动最为频繁，人口较为密集，对高质量交通的需求最为迫切。据统计，在我国膨胀土地区已建成的公路和铁路的病害十分严重，主要有路基下沉、边坡冲蚀溜塌、塌滑与滑坡，对行车造成了很大的安全隐患。除此之外，国家每年用于维护膨胀土地区公路和铁路的费用也十分高昂，并呈逐年增长的趋势。在上述背景之下，从业人员应当认真研究，尽可能找出解决膨胀土病害的方案，为国家经济负担以及每个交通参与者的生命安全做出自己的贡献。本文正是基于此，浅谈一些个人工作过程中的经验，抛砖引玉，期望同行之间的热烈探讨。 

 

 

　　首先，关于膨胀土的定义，学术界、理论界的说法也并非是统一的，虽然不同学者专家从各自领域的角度有不同的解释，但是“膨胀土”一次却是被国内外学术界、理论界一致公认的。1969年，国际膨胀土会议正式将膨胀土定义为：“所谓膨胀土就是一种粘土，其所含的矿物成分对于所处的环境变化，特别是对于湿度状态变化非常敏感，其结果是随着湿度的增加或减少而发生膨胀或收缩，并产生膨胀压力，或收缩裂缝。影响膨胀土胀缩性的主要成分，是其所含的蒙脱石粘土矿物。”该定义中仅指出了蒙脱石这个影响土质胀缩性的成分，事实上，伊利石粘土矿物在世界膨胀土分布地区也较为多见。因此，我国学术界对于膨胀土的定义更倾向于“膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩和往复胀缩变形的粘土，它的主要粘土矿物成分是蒙脱石——伊利石，或伊利石——蒙脱石。”笔者认同后一种更为全面的提法。 

 

　　根据定义可以认识到膨胀土的最大特性与一般粘土“吸水膨胀，失水收缩”的特性一致，只不过其对于水含量的变化更为敏感。研究表明，膨胀土除了具有一般粘土的所有性质之外，还有如下几个方面的特性。 

 

　　（1）由于膨胀土极易湿胀干缩，这种强胀缩性久而久之便形成裂隙，裂隙的形成导致一系列恶果，如地表水沿裂隙进入土质，造成土的其他部分发生同样的变化，最终形成土体的空洞结构，极大减弱土体的抗剪强度，在荷载下土体发生滑动。 

 

　　（2）自由膨胀率大于或等于40%，膨胀率远远大于一般粘土。 

 

　　（3）超固结性。膨胀土初始强度高，是因为其在形成的历史过程中经受了超压密作用。但是一旦风华，膨胀土的强度会急剧下降。并且超固结的特性会导致裂隙的发展，最终造成上文所述的不利影响。 

 

　　（4）粒度组成中粘粒（<2 pm）含量大于30%，液限大于40%。 

 

 

　　在膨胀土地区修建高速公路，对于特殊的土质条件，设计中必须考虑的有膨胀土边坡稳定及防护；膨胀土隧道的支护与衬砌问题；膨胀土路基的处理。在路基处理中，通常采用换土、湿度控制、改性处理这三种方法。 

 

　　（1）换土：膨胀土地区路基设计需要进行特别处理的原因就是土质的特性，因此，在设计中最先想到的解决办法就是换土，将原本的膨胀土换成一般的土，就能彻底解决问题。为做好成本控制，在进行施工方案设计时必须根据公路所在地的气候资料精确计算换土深度，既要保证路基发挥自身功能，又要使造价最低。不同地区气候不同，膨胀土的临界深度和临界含水量也就不同。根据工程实践中的经验和资料，地面降水使得土体含水量发生急剧变化的深度范围是1～2 m，具体来说，强膨胀土为2 m左右，中或弱膨胀土为1～1.5 m。因此，对该地区临界深度的确定是换土方式解决问题中至关重要的环节。 

 

　　（2）湿度控制：该方法的原理是隔断膨胀土与外界环境的联系，主要是要避免与大气的接触和防止地面降水向土体的侵入。在这种指导思想下，工程实践中常采用的方法是预湿法。在水里工程中一般采用用水浸泡地基土或覆盖非膨胀土以达到膨胀土的湿度平衡的方法，起到了良好的效果。另外利用特殊包裹材料将路基进行包封的做法运用较为广泛，通常采用土工布或粘土。 

 

　　（3）改性处理：顾名思义，改性就是改变土体的性质，基本原理就是通过向土基中加入一些化学物质使其与土基中的某些成分发生化学反应形成新的稳定性物质。经过处理的土体性质发生明显改变，表现为强度增强、潜势降低、水稳性增加，事实上已经将膨胀土转化为非膨胀土。

 

在工程实践中通常采用水泥、石灰或其他固化材料。他们的原理分别如下：水泥中的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，增大了膨胀土的塑限和抗剪强度；石灰的固化作用是由于盐基交换、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、铝酸钙等新矿物而显现出来；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。已有不少的成功案例证明这些方法的有效性，但经过总结，这些方法成功的关键在于施工的工艺水平和技术水平。 

 

 

　　膨胀土，这一特殊的粘土，由于其特殊的性质，导致在其上修建的道路工程易发生病害且病害造成的损失大。而我国是膨胀土分布较为广泛的国家，尤其是长江中下游以及东南沿海经济发达地区。交通对于经济发展的作用不言而喻，因此对膨胀土进行针对性研究有着重要的意义。

 

文章分析出膨胀土具有极易湿胀干缩、膨胀率远远大于一般粘土、超固结性、粘粒含量大于30%，液限大于40%等特性，为研究膨胀土地区路基处理方法的选择奠定基础。基于上述特性，为膨胀土路基处理想出换土、湿度控制、改性处理等三种方法，每种方法都有成功应用的先例，确实能够解决部分问题，但不同地区的地质条件又是有差异的，因此在运用上述方法时还应当因地制宜，选择适当的处理方式，以期达到最佳的效果，为当地的道路路基的稳定性提供坚强的保障，最大程度地减少因土体性质造成的病害，减轻财政压力。虽然作者从事公路建设工作，但毕竟每个人的知识储备有局限性，认知水平受到各个方面的影响，不可能完全掌握所有相关的技能，文章还有未到之处希望日后能够完善。 

 

 

　　参考文献 

　　[1] 王剑峰.高速公路膨胀土路基的施工处理[J].交通世界，2013，2. 

　　[2] 李为，邹力，李远富.膨胀土地区路基设计浅谈[J].四川建筑，2007，10. 

　　[3] 程国忠，张冰心.南友路膨胀土路堤处治方法[J].黑龙江交通科技，2004，9. 

　　[4] 陈孚华.膨胀土上的基础[M].中国建筑工业出版社.