李家定
摘要:膨脹土以水基礦物質(zhì)為主,粘土成分強(qiáng),膨脹收縮顯著。近年來,隨著我國(guó)公路、橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展,路基處理過程中膨脹土問題增多,給工程建設(shè)造成了巨大損失。為了長(zhǎng)期保證路基的穩(wěn)定性和路面的平整度,達(dá)到安全舒適行車的目的,必須解決膨脹土引起的一系列工程問題。在工程地質(zhì)勘察中,需要準(zhǔn)確識(shí)別膨脹土和非膨脹土,準(zhǔn)確判斷膨脹土的膨脹和收縮程度,有利于合理的路基設(shè)計(jì)和地基處理,以確保路基的安全。膨脹土是一種特殊性巖土,影響道路等結(jié)構(gòu)的建設(shè),在實(shí)際工程中,其破壞力是巨大的。本文結(jié)合膨脹土的特性要求和適用范圍,探討了實(shí)際工程中的處理方法。
關(guān)鍵詞:公路路基;膨脹土;技術(shù)處理
引言
膨脹土是一種具有較高膨脹性和收縮性的粘性土,其成分通常為親水性較強(qiáng)的伊利石、蒙脫石等粘土礦物。由于它同時(shí)具有很強(qiáng)的吸水膨脹和失水收縮的性能,用作筑路土,當(dāng)環(huán)境濕度條件變化時(shí),體積變化很大,進(jìn)而影響工程質(zhì)量。因此,如果判斷為膨脹土,就要考慮其膨脹、收縮特性對(duì)道路和建筑的不利影響,設(shè)計(jì)與施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施,減少對(duì)施工質(zhì)量的影響。
一、 膨脹土的特性及引起其性質(zhì)變化的因素
可膨脹土在半固態(tài)時(shí)具有很高的干強(qiáng)度,表面干燥堅(jiān)硬,內(nèi)部含水量大,反復(fù)濕脹收縮變形,性質(zhì)極不穩(wěn)定,不易破碎和壓實(shí)。根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,其工程性質(zhì)主要表現(xiàn)為脹縮性、崩解性、風(fēng)化性、多裂隙性以及強(qiáng)度衰減性等。脹縮性是指其吸水膨脹失水收縮的性質(zhì),在膨脹過程中,如果受阻就會(huì)生成膨脹力;崩解性是指土質(zhì)浸水后膨脹至崩解的性質(zhì);由于膨脹土易受氣候條件影響,常發(fā)生風(fēng)化導(dǎo)致的破壞,因此具有風(fēng)化性;多裂隙性是一種會(huì)破壞土質(zhì)完整程度的性質(zhì),土層可能分裂成為若干土塊,每個(gè)土塊的幾何形狀基本一致;強(qiáng)度衰減性則是指膨脹土的抗剪強(qiáng)度在半固體時(shí)可達(dá)很高的峰值,但由于其表現(xiàn)為典型的變動(dòng)強(qiáng)度,一旦浸水,強(qiáng)度就會(huì)急劇下降,膨脹土理化試驗(yàn)分析表明,引起性質(zhì)變化的條件主要有以下幾個(gè)方面: (1) 含水量和干容重。膨脹土的體積大小變化和含水量直接相關(guān),干容重是無(wú)水土的容重,是膨脹土的另一個(gè)重要指標(biāo)。施工過程中或施工完成后路基粘土含水量的微小變化(數(shù)值變化1%-2%)立即在水平和垂直方向迅速擴(kuò)大,導(dǎo)致路基病害的發(fā)生。 (2) 膨脹潛勢(shì)和膨脹力。溶脹性是指在獲得最高含水量土壤的最大干容重后,將試樣浸入水中并施加一定的附加載荷后,在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的溶脹率。這個(gè)百分比可以用來預(yù)測(cè)土壤膨脹的最大潛力,膨脹的大小通常與含水量、輸送方式和浸沒時(shí)間有關(guān),因此應(yīng)注意土壤膨脹的變化。膨脹力是在最大膨脹后將特定土壤體積恢復(fù)到其原始體積所需的負(fù)載壓力常數(shù),是衡量土壤膨脹特性的指標(biāo)。
二、膨脹土的主要特征
2.1 強(qiáng)脹冷縮
膨脹土具有吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性,一般強(qiáng)度高,壓縮性低,容易被誤認(rèn)為是較好的地基土。
2.2 有一段明顯的強(qiáng)度衰減時(shí)期
膨脹土的抗剪強(qiáng)度是典型的變強(qiáng)度,峰值強(qiáng)度極高,殘余強(qiáng)度極低。由于膨脹地基的超固結(jié)作用,初始強(qiáng)度很高,地基發(fā)生膨脹和收縮,隨著風(fēng)化時(shí)間的增加,抗剪強(qiáng)度大大減弱。強(qiáng)度衰減的幅度和速率與土壤的物質(zhì)組成、土壤的結(jié)構(gòu)和狀況以及風(fēng)化作用的強(qiáng)度,特別是膨脹和收縮作用的強(qiáng)度有關(guān)。
2.3 許多破碎的結(jié)構(gòu)
膨脹土中的裂縫可分為三種類型:垂直裂縫、水平裂縫和傾斜裂縫。這些裂縫將土層分成具有特定幾何形狀的塊,例如棱柱塊和短柱,從而破壞了土壤的完整性。加長(zhǎng)路基邊坡的斷裂多與地層裂縫有關(guān),滑動(dòng)面的形成主要受裂縫弱結(jié)構(gòu)面的控制。
2.4 膨脹土的風(fēng)化特性
大面積土壤受氣候因素影響,易受風(fēng)化破壞。因此,根據(jù)風(fēng)化程度,一般分為強(qiáng)、中、弱三層。強(qiáng)風(fēng)化層,位于地表或邊坡表層,受大氣作用與生物作用強(qiáng)烈,干濕效應(yīng)顯著,土體碎裂多呈砂礫與細(xì)小鱗片狀,結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)完全喪失,厚度1.0~1.5m;弱風(fēng)化層,位于地表淺層,大氣與生物作用有所減弱,但仍較強(qiáng)烈,干濕效應(yīng)也較明顯,土體割裂多呈碎塊狀,結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)大部分喪失,厚度約1.0~1.5m;微風(fēng)化層,位于弱風(fēng)化層下,大氣與生物作用已明顯減弱,干濕效應(yīng)亦不顯著,土體基本保持有規(guī)則的原始結(jié)構(gòu)形體,多呈棱塊狀、短柱狀等塊體,結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)僅部分喪失,厚度為1.0m左右。
三、公路路基膨脹土的施工及處理
3.1 土壤變化
在廣泛的路基處理方法中,換土是最簡(jiǎn)單、最有效的方法。換土顧名思義就是將可膨脹土開挖,并用碎石土代替,換土深度由可膨脹土的強(qiáng)度和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)決定。一定深度以下的可膨脹土的含水量基本不受外界氣候的影響,該深度稱為臨界深度,含水量稱為該地區(qū)可膨脹土的臨界含水量。由于各地氣候不同,膨脹土的臨界深度和臨界含水量因地而異。換土深度應(yīng)考慮土壤水分因地面降水而迅速變化的深度,基本為1-2m,即高膨脹土為2m,弱膨脹土為1-1.5m。需要特定的土壤置換深度,并由調(diào)查后的臨界深度確定。
3.2 濕度控制
濕度控制方法包括預(yù)濕和保持穩(wěn)定的水分含量。施工時(shí)需要采取一定的措施,控制膨脹土含水量變化引起的脹縮變形,盡量減少外界大氣對(duì)路基含水量的影響。例如,土工布或粘土用于包裹膨脹土路基,以避免膨脹土與外部大氣直接接觸,并最大限度地減少膨脹土內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移。膨脹土預(yù)潤(rùn)濕在水利工程建設(shè)中常用于用水潤(rùn)濕下伏土壤或覆蓋不可膨脹土,以達(dá)到膨脹土中的水分平衡。
3.3 變形處理
化學(xué)固化是利用石灰、水泥或其他固化材料,通過與可膨脹土的物理化學(xué)作用對(duì)可膨脹土進(jìn)行改性,達(dá)到降低可膨脹土的膨脹性,提高其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的目的。具體來說:石灰的硬化作用是由于鹽堿的交換、二次碳酸鈣的結(jié)合、粘土顆粒與石灰的相互作用,形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物。由于水合物與鈣鹽和鋁顆粒之間的結(jié)合,水泥逐漸脫水,新礦物的結(jié)晶降低了膨脹土的液限,增加了膨脹土的塑限和剪切強(qiáng)度。石灰和水泥的優(yōu)點(diǎn)是,除了消除土體的膨脹和收縮外,還具有增強(qiáng)吸水、增加土體密度和形成微加固結(jié)構(gòu),增加土體強(qiáng)度的作用。過去在處理膨脹土方面有很多成功的案例,這種處理方法的成敗在很大程度上取決于固體材料的技術(shù)指標(biāo)和施工工藝。施工時(shí),要綜合考慮各種方法,因地制宜,可以多種方法綜合使用。
3.4 大面積土坡的穩(wěn)健保護(hù)
膨脹土開挖邊坡的傳統(tǒng)處理方案是采用全封閉的固體保護(hù),防止非飽和土吸收降水,主要方法有砂漿和砌筑路面的防治、混凝土六角塊路面的保護(hù)、土釘墻加強(qiáng)邊坡、防滑樁、重力式擋土墻等。此類方法應(yīng)避免在雨季施工,路基開挖后,各工序應(yīng)緊密銜接,連續(xù)施工,防止雨水滲入的時(shí)間過長(zhǎng),剛性保護(hù)并不能解決膨脹土在大氣風(fēng)化深度范圍內(nèi)的脹縮問題,耐久性較差。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述,本文對(duì)路基膨脹土的設(shè)計(jì)及處理方法進(jìn)行了分析,道路建設(shè)對(duì)整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義,擴(kuò)大道路工程建設(shè)可以進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)的交通運(yùn)輸業(yè)。道路路基的實(shí)際施工,不可避免地受到不良土壤的影響,從而惡化了道路路基的施工質(zhì)量。本文首先分析了膨脹土的特性及引起其性質(zhì)變化的因素,然后介紹了膨脹土路基施工的特征。加強(qiáng)對(duì)膨脹土的研究,加強(qiáng)對(duì)膨脹土的認(rèn)識(shí),需要在按照施工規(guī)范進(jìn)行施工的同時(shí)合理應(yīng)用新的施工理論。在路基上進(jìn)行分析,以定制更好的發(fā)展策略。因此,作為道路建設(shè)者和設(shè)計(jì)者,有必要充分認(rèn)識(shí)路基廣闊土壤的特點(diǎn),以保證我國(guó)道路建設(shè)穩(wěn)定性的提高,促進(jìn)我國(guó)路基建設(shè)水平的提高。
參考文獻(xiàn):
[1]梅文波.淺析道路路基膨脹土的設(shè)計(jì)與處理[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2019(15).
[2]李古一,趙艷.蒙自市政道路膨脹土路基設(shè)計(jì)與處理措施[J].城市建筑,2019(3):321-321.
[3]鐘濱.公路膨脹土路基的設(shè)計(jì)分析[J].科園月刊,2020(8).