■白　蘭楊要許崔　磊

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，西安　710018；2.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，西安　710065）

安鄉(xiāng)至慈利高速公路某段膨脹土特性分析

■白蘭1楊要許2崔磊1

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，西安710018；2.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，西安710065）

基于湖南省安鄉(xiāng)至慈利高速公路初勘，通過對(duì)某段179個(gè)鉆孔中215件試樣進(jìn)行了膨脹土自由膨脹率試驗(yàn)。對(duì)本段膨脹土的特性進(jìn)行分析，總結(jié)了該段膨脹土的深度、含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等分布規(guī)律，為今后類似工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。

膨脹土自由膨脹率物理力學(xué)特性

1　前言

土中黏粒成分主要由親水礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土稱為膨脹土［1］，膨脹土這一特點(diǎn)對(duì)公路路基建設(shè)造成嚴(yán)重破壞，因此被稱為“公路癌癥”。膨脹土在我國分布廣泛，中國膨脹土按成因和性質(zhì)可分為湖相、河相、濱海相、殘積土四類，外觀多呈灰、褐、黃、棕紅、白色等［2］。由于其危害顯著，積極開展對(duì)膨脹土的研究，及時(shí)總結(jié)工程實(shí)踐中遇到的膨脹土特性具有非常重要的意義。

安鄉(xiāng)至慈利高速公路位于湖南省中西部的常德市和張家界市轄區(qū)內(nèi)，沿線膨脹土極其發(fā)育。本文以該段高速公路某段為例，通過對(duì)其自由膨脹率、液塑限、含水率、力學(xué)性質(zhì)等實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)了此段膨脹土的工程特性及縱垂向分布，不僅為本項(xiàng)目路基設(shè)計(jì)提供合理的處理措施，也為今后其他工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。

2　自由膨脹率和基本物性統(tǒng)計(jì)特征

本段沿線出露的地層巖性主要有Q4河湖相沉積層、河流相沉積層及殘坡積層。上部為灰綠色黏土，有的具紋層、黑色腐殖質(zhì)含植物、黃色亞黏土等；河流相多見于Ⅰ級(jí)階地及河漫灘；殘坡積層中機(jī)械風(fēng)化者形成大塊碎石堆積于山麓，化學(xué)風(fēng)化者多形成黏土；Q2河湖相沉積層及殘坡積層。河湖相沉積層組成Ⅱ～Ⅲ級(jí)階地、殘坡積層分布在山麓，共同特點(diǎn)是砂泥質(zhì)受濕熱化作用而成醬紅色，并具蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。

本次共采集215件試樣進(jìn)行了膨脹土試樣，試樣巖性為灰白色、土黃色、磚紅色黏性土，成因主要為Q2p沖湖積。

2.1自由膨脹率特征

膨脹土的膨脹潛勢(shì)按其自由膨脹率可分為以下三類［1］，見表1。

表1　膨脹潛勢(shì)的分級(jí)

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，本文選取具有代表性的20件強(qiáng)膨脹性土樣物性及自由膨脹率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

20件無膨脹性和弱膨脹性土樣物性及自由膨脹率結(jié)果見表3。

上述膨脹土試樣主要采集于谷地、洼地的橋梁鉆孔中，在地表蠕蟲狀黏性土形成的丘陵、山坡等處另外加取了35件試樣（1.00～7.50m），分析結(jié)果表明，路基挖方范圍內(nèi)主要為非膨脹土（24件）-弱膨脹土（11件）。

不同膨脹潛勢(shì)膨脹土自由膨脹率隨深度、含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)變化分布情況分別見圖1～圖6。

圖1　不同膨脹潛勢(shì)膨脹土深度變化分布散點(diǎn)圖

圖2　不同膨脹潛勢(shì)膨脹土含水量變化分布散點(diǎn)圖

圖3　不同膨脹潛勢(shì)膨脹土天然孔隙比變化分布散點(diǎn)圖

圖4　不同膨脹潛勢(shì)膨脹土飽和度變化分布散點(diǎn)圖　

圖5　不同膨脹潛勢(shì)膨脹土塑性指數(shù)變化分布散點(diǎn)圖

表2　強(qiáng)膨脹性土樣物理性質(zhì)及自由膨脹率統(tǒng)計(jì)表

表3　無膨脹性和弱膨脹性土物理性質(zhì)及自由膨脹率統(tǒng)計(jì)表

圖6　不同膨脹潛勢(shì)膨脹土液性指數(shù)變化分布散點(diǎn)圖

由上述諸圖可以看出，強(qiáng)膨脹土多分布于5m以下深度，而路基挖方深度幾乎都為非膨脹土-弱膨脹土。圖2～圖6表明，強(qiáng)膨脹土的天然含水量、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)及液性指數(shù)分布范圍都十分集中，非膨脹土和弱膨脹土分布則較分散。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該段強(qiáng)膨脹土特點(diǎn)為，塑性高（23≤IP≤26），分布深（5m以下），多飽和（飽和度Sr≥95），堅(jiān)硬黏土。

2.2物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)

通過不同膨脹潛勢(shì)土樣物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析得表4。分析得出強(qiáng)膨脹土呈高液限堅(jiān)硬狀態(tài)，液限為WL= 52.20%～67.90%，自由膨脹率為90%～120%；中等膨脹土呈低-高液限硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)，液限為WL=32.30%～67.50%，自由膨脹率為60%～88%；弱膨脹土呈低-高液限硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)，液限為WL=33.50%～49.80%，自由膨脹率為40%～58%。

表4　膨脹土物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.3力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征

對(duì)不同自由膨脹率土樣進(jìn)行壓縮和直剪試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5。分析可知該強(qiáng)膨脹土為中低壓縮性高強(qiáng)度土體。

表5　膨脹土力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

3　總結(jié)

（1）通過試驗(yàn)分析，若大氣影響深度按5.00m、大氣影響急劇層深度按2.25m考慮，路基挖方范圍內(nèi)主要為非膨脹土（24件）～弱膨脹土（11件）。

（2）黏性土局部路段具強(qiáng)膨脹性，但路基挖填方范圍內(nèi)仍以非～弱膨脹土為主。作為路基填料，建議做適當(dāng)改良后采用。

（3）針對(duì)本段膨脹土僅做了自由膨脹率一個(gè)指標(biāo)來判別黏性土是否具有膨脹性，下階段除繼續(xù)分析該指標(biāo)外，還需加做其它有關(guān)膨脹土指標(biāo)的分析。

［1］GB50112－2013，膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）［M］.中國建筑出版社，2008：471.