【摘 要】膨脹土是一種特殊性巖土，具有吸水后體積增大、失水后體積縮小，脹縮變形變顯特性。對高速公路的工程建設及營運起到極大的破壞作用。沈四高速公路樁號K693+500-K694+700存在膨脹土。本文對膨脹土的工程特性、工程危害進行論述，并對膨脹土的治理方案提出了建議。

【關鍵詞】高速公路；膨脹土；路基；處理方法

1 膨脹土工程地質條件

1.1 地形地貌

膨脹土所在地貌區(qū)內地貌為微丘地貌為主，地形平緩，無明顯自然陡坎。膨脹土路段地面標高一般在88.50-116.80米。

1.2 水文、氣象

膨脹土區(qū)屬半干旱，半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，冬冷夏熱，春秋兩季多風。最高氣溫36.6～37.6℃，最低氣溫-34.3～-36.7，年平均降水量600～700mm，年平均蒸發(fā)量1600～1800mm。從11月中旬至翌年4月為冰凍期。

區(qū)內地下水主要分布在遼河支流河谷平原中。大氣降水入滲為主要補給方式，其次為河流入滲補給；排泄方式以地下水徑流、河水排泄及人工開采排泄為主。地下水類型為第四系松散堆積物孔隙水。

2 膨脹土工程特性

2.1 判別和分類

膨脹土地區(qū)進行工程建設，首先必須正確識別膨脹土和非膨脹土，并準確判斷膨脹土膨脹時的強弱和工程性質特點，然后才能在工程設計和施工中做到有的放矢，采取切實有效的方法進行處理。以往的工程建設經驗已經證明：膨脹土并不可怕，可怕的是對膨脹土判斷失誤，沒有進行正確的處理而導致工程病害的發(fā)生。對于膨脹土的判別和分類，有不同的方法。如通過膨脹性礦物（蒙脫石、伊利石、高嶺石）的含量、膨脹土的液限和塑性指數(shù)、自由膨脹率等。在高速公路中，廣泛采用的是現(xiàn)場定性和室內定量指標相結合的方法，即工程地質特征及土的自由膨脹率、最大吸濕含水率、塑性指數(shù)指標綜合判斷。

膨脹土的初步判別根據(jù)工程地質特征及土的自由膨脹率等指標綜合判定。即：（1）裂隙發(fā)育，常有光滑面與擦痕，有點裂隙中充填灰白色、灰綠色粘土，在自然條件下呈硬塑狀態(tài)；（2）多出露于二級或二級以上的階地、山前丘陵和盆地邊緣，地形平緩，無明顯自然陡坎；（3）常見淺層滑坡、地裂、新開挖坑槽壁易發(fā)生坍塌等；（4）建筑物裂縫隨氣候而張開或閉合；（5）自由膨脹率大于或等于40%。

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30-2004）膨脹土詳判指標、膨脹潛勢分級：

自由膨脹率Fs≥40，最大吸濕含水率ωf≥2.5，塑性指數(shù)Ip≥15，為膨脹土。

當自由膨脹率40≤Fs<60，2.5≤ωf<4.8，15≤Ip<28，膨脹潛勢為弱膨脹土。

當自由膨脹率60≤Fs<90，4.8≤ωf<6.8，28≤Ip<40，膨脹潛勢為中膨脹土。

當自由膨脹率90≤Fs，6.8≤ωf，40≤Ip，膨脹潛勢為強膨脹土。

2.2 沈四高速公路膨脹土的性質

膨脹土地質時代為白堊系（K1y）。表層巖性為粉質粘土及粉質粘土混碎石，厚度2.6-8.4米，下部分布為厚層膨脹土。膨脹土地層，埋深較淺，揭露深度為2.6-8.4米。

其礦物成分指標如下：蒙脫石含量平均值為3.7%，最大值為4.8%；蒙托石、高齡石及伊利石總含量平均值為22.8%，最大值為31.6%。膨脹性試驗指標：自由膨脹率平均值為59.8%，最大值為83.6%；標準吸濕含水率平均值1.10%，最大值為1.48，塑性指數(shù)平均值為17.7，最大值為19.7。

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30-2004）綜合判定：膨脹潛勢分級為弱膨脹土。

膨脹土濕度系數(shù)：ψw=1.152-0.726a-0.00107c，經計算膨脹土濕度系數(shù)為0.54，經查表大氣影響深度為5.0米。

3 膨脹土工程危害

膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮特性，易造成路堤開裂、邊坡失穩(wěn)等災害，如處理不當，將為工程建設埋下禍根，嚴重影響其后期運營。膨脹土工程危害主要有以下兩種

3.1 路基危害

膨脹土路基受水浸泡后，土體膨脹，輕者表面易形成10cm左右的蓬松層，重者則在50-80cm深度范圍內形成“橡皮泥”，強度急劇降低；若在干旱季節(jié)，隨著水分的散失，土體將嚴重干縮龜裂，雨水可通過裂縫直接灌入土體深處，土體膨脹濕軟，承載能力降低；干旱季節(jié)，土體干燥密實，親水性增大，膨脹量變大，并產生膨脹力，當膨脹力超過臨界荷載時，路基出現(xiàn)嚴重的崩解，從而造成路基局部坍塌、隆起或裂縫。

3.2 邊坡危害

膨脹土地段邊坡變形較明顯，濕脹干縮效應和物理風化作用，使邊坡土塊崩解，土體抗剪強度衰減，從而易形成邊坡的溜塌、小型滑坡等病害現(xiàn)象。

4 膨脹土處理

常見的膨脹土地基處理方法有以下幾種：

4.1 改性處理法。在膨脹土中按一定的比例摻入無機料（如粉煤灰、礦渣、砂礫石和水泥或其混合物），通過與膨脹土的物理化學作用進行膨脹土的改性處理，以達到降低膨脹土的膨脹潛勢、增加強度和提高水穩(wěn)性的目的。

4.2 換土法。用普通土或灰土來替換膨脹土，膨脹土層較薄的地段，可直接挖除，徹底根治其危害；對于膨脹土層較厚的地基可采用部分挖除，鋪設砂、碎石墊層的方法抑制膨脹土的升降變形引起的危害。

4.3 保濕法。保持膨脹土地基中的含水量不變來抑制地基的脹縮變形，需在施工時采取一定的措施。如利用土工布或粘土將膨脹土路基進行包封，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內部的濕度變化。

根據(jù)以上幾種處理方法，結合沈四高速膨脹土實際情況，提出以下處理原則：

（1）路基設計應做好防水、排水系統(tǒng)設計，路基面應設置土工布阻斷降水入滲路基，路基邊坡用粘土進行包封，防制膨脹土含水量發(fā)生變化，抑制脹縮變形。

（2）對填方路基段，基底為膨脹土時，宜挖除地表0.3-0.6m的膨脹土，并將路床換填非膨脹土或摻灰處理，做好防水處理；

（3）對挖方路基，路塹路床0.8m范圍內的膨脹土進行超挖，換填規(guī)定的填料。挖方邊溝采用漿砌片石密封，阻止雨水、雪水入滲，引起膨脹變形；空氣干燥時，漿砌片石也能起到隔絕空氣的作用，減少膨脹土收縮變形，避免脹裂和拉裂作用，使路基達到穩(wěn)定。挖方邊坡采用自然邊坡坡比，防止出現(xiàn)溜塌。對挖方較大地段，坡腳處設置擋土墻防止出現(xiàn)小型滑坡。

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[責任編輯：曹明明]