研究膨胀土工程特性及处理方法

论文导读：
【摘 要】膨胀土是一种特殊性岩土，具有吸水后体积增大、失水后体积缩小，胀缩变形变显特性。对高速公路的工程建设及营运起到极大的破坏作用。沈四高速公路桩号K693+500-K694+700存在膨胀土。本文对膨胀土的工程特性、工程危害进行论述，并对膨胀土的治理方案提出了倡议。
【关键词】高速公路；膨胀土；路基；处理策略
1 膨胀土工程地质条件

1.1 地形地貌

膨胀土所在地貌区内地貌为微丘地貌为主，地形平缓，无明显自然陡坎。膨胀土路段地面标高一般在88.50-11

6.80米。

1.2 水文、气象

膨胀土区属半干旱，半湿润大陆性季风气候区，冬冷夏热，春秋两季多风。最高气温36.6～37.6℃，最低气温-34.3～-36.7，年平均降水量600～700mm，年平均蒸发量1600～1800mm。从11月中旬至翌年4月为冰冻期。
区内地下水主要分布在辽河支流河谷平原中。大气降水入渗为主要补给方式，其次为河流入渗补给；排泄方式以地下水径流、河水排泄及人工开采排泄为主。地下水类型为第四系松散堆积物孔隙水。
2 膨胀土工程特性

2.1 判别和分类

膨胀土地区进行工程建设，首先必须正确识别膨胀土和非膨胀土，并准确判断膨胀土膨胀时的强弱和工程性质特点，然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢，采取切实有效的策略进行处理。以往的工程建设经验已经证明：膨胀土并不可怕，可怕的是对膨胀土判断失误，没有进行正确的处理而导致工程病害的发生。对于膨胀土的判别和分类，有不同的策略。如通过膨胀性矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石）的含量、膨胀土的液限和塑性指数、自由膨胀率等。在高速公路中，广泛采用的是现场定性和室内定量指标相结合的策略，即工程地质特征及土的自由膨胀率、最大吸湿含水率、塑性指数指标综合判断。
膨胀土的初步判别根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标综合判定。即：（1）裂隙发育，常有光滑面与擦痕，有点裂隙中充填灰白色、灰绿色粘土，在自然条件下呈硬塑状态；（2）多出露于二级或二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形平缓，无明显自然陡坎；（3）常见浅层滑坡、地裂、新开挖坑槽壁易发生坍塌等；（4）建筑物裂缝随气候而张开或闭合；（5）自由膨胀率大于或等于40%。
根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）膨胀土详判指标、膨胀潜势分级：
自由膨胀率Fs≥40，最大吸湿含水率ωf≥

2.5，塑性指数Ip≥15，为膨胀土。

当自由膨胀率4膨胀土工程特性及处理方法由提供海量免费论文范文的www.7ctime.com,希望对您的论文写作有帮助.0≤Fs<60，

2.5≤ωf<4.8，15≤Ip<28，膨胀潜势为弱膨胀土。

当自由膨胀率60≤Fs<90，4.8≤ωf<

6.8，28≤Ip<40，膨胀潜势为中膨胀土。

当自由膨胀率90≤Fs，

6.8≤ωf，40≤Ip，膨胀潜势为强膨胀土。

2.2 沈四高速公路膨胀土的性质

膨胀土地质时代为白垩系（K1y）。表层岩性为粉质粘土及粉质粘土混碎石，厚度2.6-8.4米，下部分布为厚层膨胀土。膨胀土地层，埋深较浅，揭露深度为2.6-8.4米。
其矿物成分指标如下：蒙脱石含量平均值为3.7%，最大值为4.8%；蒙托石、高龄石及伊利石总含量平均值为22.8%，最大值为31.6%。膨胀性试验指标：自由膨胀率平均值为59.8%，最大值为83.6%；标准吸湿含水率平均值1.10%，最大值为1.48，塑性指数平均值为1

7.7，最大值为19.7。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）综合判定：膨胀潜势分级为弱膨胀土。
膨胀土湿度系数：ψw=1.152-0.726a-0.00107c，经计算膨胀土湿度系数为0.54，经查表大气影响深度为5.0米。
3 膨胀土工程危害
膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩特性，易造成路堤开裂、边坡失稳等灾害，如处理不当，将为工程建设埋下祸根，严重影响其后期运营。膨胀土工程危害主要有以下两种

3.1 路基危害

膨胀土路基受水浸泡后，土体膨胀，轻者表面易形成10cm左右的蓬松层，重者则在50-80cm深度范围内形成“橡皮泥”，强度急剧降低；若在干旱季节，随着水分的散失，土体将严重干缩龟裂，雨水可通过裂缝直接灌入土体深处，土体膨胀湿软，承载能力降低；干旱季节，土体干燥密实，亲水性增大，膨胀量变大，并产生膨胀力，当膨胀力超过临界荷载时，路基出现严重的崩解，从而造成路基局部坍塌、隆起或裂缝。

3.2 边坡危害

膨胀土地段边坡变形较明显，湿胀干缩效应和物理风化作用，使边坡土块崩解，土体抗剪强度衰减，从而易形成边坡的溜塌、小型滑坡等病害现象。
4 膨胀土处理
常见的膨胀土地基处理策略有以下几种：
4.1 改性处理法。在膨胀土中按一定的比例掺入无机料（如粉煤灰、矿渣、砂砾石和水泥或其混合物），通过与膨胀土的物理化学作用进行膨胀土的改性处理，以达到降低膨胀土的膨胀潜势、增加强度和提高水稳性的目的。
4.2 换土法。用普通土或灰土来替换膨胀土，膨胀土层较薄的地段，可直接挖除，彻底根治其危害；对于膨胀土层较厚的地基可采用部分挖除，铺设砂、碎石垫层的策略抑制膨胀土的升降变形引起的危害。
4.3 保湿法。保持膨胀土地基中的含水量不变来抑制地基的胀缩变形，需在施工时采取一定的措施。如利用土工布或粘土将膨胀土路基进行包封，避开膨胀土与外界大气直接接触，尽量减少膨胀土内部的湿度变化。
根据以上几种处理策略，结合沈四高速膨胀土实际情况，提出以下处理原则：
（1）路基设计应做好防水、排水系统设计，路基面应设置土工布阻断降水入渗路基，路基边坡用粘土进行包封，防制膨胀土含水量发生变化，抑制胀缩变形。
（2）对填方路基段，基底为膨胀土时，宜挖除地表0.3-0.6m的膨胀土，并将路床换填非膨胀土或掺灰处理，做好防水处理；
（3）对挖方路基，路堑路床0.8m范围内的膨胀土进行超挖，换填规定的填料。挖方边沟采用浆砌片石密封，阻止雨水、雪水入渗，引起膨胀变形；空气干燥时，浆砌片石也能起到隔绝空气的作用，减少膨胀土收缩变形，避开胀裂和拉裂作用，使路基达到稳定。挖方边坡采用自然边坡坡比，防止出现溜塌。对论文导读：科学技术出版社，1996，3.刘特洪.工程建设中的膨胀土理由.中国建筑工业出版社，1997，1

2.公路路基设计规范.人民交通出版社，2005，

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挖方较大地段，坡脚处设置挡土墙防止出现小型滑坡。 【参考文献】
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[4]刘特洪.工程建设中的膨胀土理由[M].中国建筑工业出版社，1997，12.
[5]公路路基设计规范[S].人民交通出版社，2005，4.
[责任编辑：曹明明]