淺談高速公路工程中膨脹土路基的施工工藝
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饒秋玲1由 分享
論文關鍵詞：膨脹土 路基 施工工藝
論文摘要：近年來，我國高速公路有了長足發(fā)展，由于高速公路行車速度較高，路基的變形會涉及到公路運營的安全性問題。對于膨脹土地區(qū)的高速公路而言，由于膨脹土的濕脹干縮特性，使路基的變形問題更難處理，本文主要介紹了膨脹土的判別與分類，以及膨脹土路基的施工工藝。
膨脹土是在漫長的地質年代中形成的一種吸水膨脹、失水收縮的高塑性黏性土，對工程危害極大。膨脹土分布十分廣泛，在世界各地的許多國家都有。近年來，隨著我國基礎設施建設的迅猛發(fā)展，新建了大量的路，在公路的設計、施工過程中，常常會遇到膨脹土。我國現(xiàn)行《公路路基設計規(guī)范》規(guī)定，膨脹土一般不能作為高等級公路路基填料。然而，由于土地珍貴，土源緊張，部分地區(qū)又必須采用膨脹土填筑路基。因此，對膨脹土進行改性處理以滿足我國高等級公路建設的需要，具有十分顯著的經濟效益和社會效益。
一、膨脹土產生工程病害原因
膨脹土一直是困擾巖土工程界的重大工程問題。膨脹土因具有遇水膨脹、失水收縮的變形特性及其邊坡浸水強度衰減特性在膨脹土地區(qū)的工業(yè)與民用建筑、水利、鐵道、公路等工程建設和工程運營中起到極大的破壞作用。近年來，我國巖土工程界在對膨脹土微觀結構特征及其工程性質的研究中取得了豐碩的成果，對膨脹土產生工程病害的原因給予科學的解釋，并提出許多切實可行的處理辦法。
二、膨脹土的判別與分類
在膨脹土地區(qū)進行工程建設時，首先必須正確識別膨脹土與非膨脹土，并準確判斷膨脹土膨脹勢的強弱和工程性質的特點，然后才能在工程設計和施工中采取切實有效的方法進行處理，做到有的放矢。以往的工程建設經驗（包括水利、公路、鐵路等）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。對于膨脹土的判別與分類，近些年來國內外都做了大量的研究工作，并總結出了許多的判別方法。如，通過分析膨脹性礦物（蒙脫石及蒙脫石和伊利石、高嶺石的混層礦物）的含量、膨脹土的液限和塑性指數、自由膨脹率等。雖然對膨脹土的判別方法目前國內外尚未有統(tǒng)一標準，但現(xiàn)階段采用比較廣泛的是現(xiàn)場定性和室內簡易定量指標相結合的方法，即根據工程地質特征及土的自由膨脹率指標來綜合判定：
1.裂隙發(fā)育，常見的有光滑面與擦痕面兩種情況，有的裂隙中充填灰白色、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.建筑物裂隙隨氣候變化而張開或閉合。
5.自由膨脹率大于或等于40%。凡具備以上這些條件的土均可判定為膨脹土，對土質進行判定后，另外還要再對其進行粘土礦物、基本指標、力學強度等全面研究。
三、膨脹土路基的施工工藝
1．路基斷面。路基斷面橫坡盡可能大，必要時設防滲層；路肩盡可能寬一些，以利于保持路面下土基內水分的穩(wěn)定，最好不小于2.0～2.5m；路肩橫坡要盡可能大一些，以利于排水；路肩與路面結構層用相同的材料鋪砌，以利于保持路幅內土基水分的均勻性，并鋪較薄的不透水面層或做防滲處理，以防水分下滲；邊溝適當加寬、加深，溝底應在土基頂面以下至少20～30cm，并盡可能離路面結構層遠一些；路側不應種樹，特別是不應種生長快、吸水和蒸發(fā)量大的樹種，如桉樹等；若成排種樹，其距離應在邊溝外側1.4～1.5倍成長后的樹高以外，至少也得是成長后的樹高以外，但不得小于5m。
2．路基高度。根據膨脹土風化作用后可能出現(xiàn)濕脹干縮效應的特點，為了避免膨脹土高路堤后期產生很大的沉陷量，則膨脹土路堤不宜過高，一般宜控制在3m以內；如超過3m則須考慮沉降穩(wěn)定問題；如超過6m還須考慮預留沉降量和路基的加寬。
3.路基排水。路基排水設施對膨脹土路基的穩(wěn)定尤為重要，所有排水設施均應精心設計，要做好路基地面排水工程，使排水通暢，防止地表水下滲，浸潤土質。所有地面排水溝渠，尤其是近路溝渠均應鋪砌和加固，防止沖刷滲漏。邊溝應比一般地區(qū)適當加寬加深，路塹邊溝外側應設平臺，保護坡腳免遭水浸，并防止剝落物堵塞邊溝。塹頂設截水溝，以防水流沖蝕坡面和滲人坡體，截水溝縱坡應利于排水。對于臺階形高邊坡應在每一級臺階內設截水溝以截排上部坡面水，且在截水溝與坡腳之間設一定寬度的平臺以利坡腳穩(wěn)定。另外還要注意防止基底蒸發(fā)失水引起膨脹土干裂收縮。
4．路塹。路塹施工前，應先進行截、排水設施的施工，將水引至路幅以外；邊坡施工中，宜采取臨時防水封閉措施保持土體原狀含水量；挖方邊坡不要一次挖到設計線，沿邊坡預留厚度30～50cm一層，待路塹挖完時，再削去邊坡預留部分，并立即進行加固和封閉處理；宜用支擋結構對強膨脹土邊坡進行防護，支擋結構基坑應采取措施防止暴曬或浸水。膨脹土地區(qū)的路塹，高速公路、一級公路的路床應超挖30～50cm，并立即用粒料或非膨脹土分層回填或用改性土回填，按規(guī)定壓實，其他各級公路可用膨脹土摻石灰處治。
四、施工注意事項
1.使用膨脹土作為路基填料時，要求摻灰處理后的膨脹土其漲縮總率接近零為佳。
2.路基兩邊邊坡部分和路基頂部要用非膨脹土作為封層，必要時需鋪一層土工布，從而形成包心填方。
3.膨脹土的含水量應控制在最佳含水量的3%以內。
4.填挖交接處2米范圍內挖方地基表面上的土應挖臺階，翻松并檢查其含水量與填土含水量是否接近，同時選擇適宜的壓實機具，使壓實度達到規(guī)定要求。
5.施工時避開雨季作業(yè)，加強現(xiàn)場排水。
6.膨脹土路基土的強度及壓實度應嚴格遵守國家相關規(guī)定、規(guī)范。
五、小結
膨脹土是影響道路及其它構造物建設的一種特殊土質，在實際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應著重從影響其物理。力學性質變化的內在因素和外在因素上考慮，從而通過改變土的力學性質達到處理的目的。
參考文獻：
[1]柳莉，魯玉芬，開明，朱毅．高速公路膨脹土地段路基施工技術[J].露天采礦技術，2006，（1）.
[2]劉大軍，梁慶元.公路路基膨脹土填料改性處理的施工技術研究.探礦工程：巖土鉆掘工程，2004(4)．
[3]陳茂軍，劉興柱，趙霞.膨脹土路基處理的實踐與探索.科技信息：科學教研，2007(29)．
[4]李在允，李振中.談膨脹土路基處理技術.河南科技，2005(5)
論文摘要：近年來，我國高速公路有了長足發(fā)展，由于高速公路行車速度較高，路基的變形會涉及到公路運營的安全性問題。對于膨脹土地區(qū)的高速公路而言，由于膨脹土的濕脹干縮特性，使路基的變形問題更難處理，本文主要介紹了膨脹土的判別與分類，以及膨脹土路基的施工工藝。
膨脹土是在漫長的地質年代中形成的一種吸水膨脹、失水收縮的高塑性黏性土，對工程危害極大。膨脹土分布十分廣泛，在世界各地的許多國家都有。近年來，隨著我國基礎設施建設的迅猛發(fā)展，新建了大量的路，在公路的設計、施工過程中，常常會遇到膨脹土。我國現(xiàn)行《公路路基設計規(guī)范》規(guī)定，膨脹土一般不能作為高等級公路路基填料。然而，由于土地珍貴，土源緊張，部分地區(qū)又必須采用膨脹土填筑路基。因此，對膨脹土進行改性處理以滿足我國高等級公路建設的需要，具有十分顯著的經濟效益和社會效益。
一、膨脹土產生工程病害原因
膨脹土一直是困擾巖土工程界的重大工程問題。膨脹土因具有遇水膨脹、失水收縮的變形特性及其邊坡浸水強度衰減特性在膨脹土地區(qū)的工業(yè)與民用建筑、水利、鐵道、公路等工程建設和工程運營中起到極大的破壞作用。近年來，我國巖土工程界在對膨脹土微觀結構特征及其工程性質的研究中取得了豐碩的成果，對膨脹土產生工程病害的原因給予科學的解釋，并提出許多切實可行的處理辦法。
二、膨脹土的判別與分類
在膨脹土地區(qū)進行工程建設時，首先必須正確識別膨脹土與非膨脹土，并準確判斷膨脹土膨脹勢的強弱和工程性質的特點，然后才能在工程設計和施工中采取切實有效的方法進行處理，做到有的放矢。以往的工程建設經驗（包括水利、公路、鐵路等）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。對于膨脹土的判別與分類，近些年來國內外都做了大量的研究工作，并總結出了許多的判別方法。如，通過分析膨脹性礦物（蒙脫石及蒙脫石和伊利石、高嶺石的混層礦物）的含量、膨脹土的液限和塑性指數、自由膨脹率等。雖然對膨脹土的判別方法目前國內外尚未有統(tǒng)一標準，但現(xiàn)階段采用比較廣泛的是現(xiàn)場定性和室內簡易定量指標相結合的方法，即根據工程地質特征及土的自由膨脹率指標來綜合判定：
1.裂隙發(fā)育，常見的有光滑面與擦痕面兩種情況，有的裂隙中充填灰白色、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.建筑物裂隙隨氣候變化而張開或閉合。
5.自由膨脹率大于或等于40%。凡具備以上這些條件的土均可判定為膨脹土，對土質進行判定后，另外還要再對其進行粘土礦物、基本指標、力學強度等全面研究。
三、膨脹土路基的施工工藝
1．路基斷面。路基斷面橫坡盡可能大，必要時設防滲層；路肩盡可能寬一些，以利于保持路面下土基內水分的穩(wěn)定，最好不小于2.0～2.5m；路肩橫坡要盡可能大一些，以利于排水；路肩與路面結構層用相同的材料鋪砌，以利于保持路幅內土基水分的均勻性，并鋪較薄的不透水面層或做防滲處理，以防水分下滲；邊溝適當加寬、加深，溝底應在土基頂面以下至少20～30cm，并盡可能離路面結構層遠一些；路側不應種樹，特別是不應種生長快、吸水和蒸發(fā)量大的樹種，如桉樹等；若成排種樹，其距離應在邊溝外側1.4～1.5倍成長后的樹高以外，至少也得是成長后的樹高以外，但不得小于5m。
2．路基高度。根據膨脹土風化作用后可能出現(xiàn)濕脹干縮效應的特點，為了避免膨脹土高路堤后期產生很大的沉陷量，則膨脹土路堤不宜過高，一般宜控制在3m以內；如超過3m則須考慮沉降穩(wěn)定問題；如超過6m還須考慮預留沉降量和路基的加寬。
3.路基排水。路基排水設施對膨脹土路基的穩(wěn)定尤為重要，所有排水設施均應精心設計，要做好路基地面排水工程，使排水通暢，防止地表水下滲，浸潤土質。所有地面排水溝渠，尤其是近路溝渠均應鋪砌和加固，防止沖刷滲漏。邊溝應比一般地區(qū)適當加寬加深，路塹邊溝外側應設平臺，保護坡腳免遭水浸，并防止剝落物堵塞邊溝。塹頂設截水溝，以防水流沖蝕坡面和滲人坡體，截水溝縱坡應利于排水。對于臺階形高邊坡應在每一級臺階內設截水溝以截排上部坡面水，且在截水溝與坡腳之間設一定寬度的平臺以利坡腳穩(wěn)定。另外還要注意防止基底蒸發(fā)失水引起膨脹土干裂收縮。
4．路塹。路塹施工前，應先進行截、排水設施的施工，將水引至路幅以外；邊坡施工中，宜采取臨時防水封閉措施保持土體原狀含水量；挖方邊坡不要一次挖到設計線，沿邊坡預留厚度30～50cm一層，待路塹挖完時，再削去邊坡預留部分，并立即進行加固和封閉處理；宜用支擋結構對強膨脹土邊坡進行防護，支擋結構基坑應采取措施防止暴曬或浸水。膨脹土地區(qū)的路塹，高速公路、一級公路的路床應超挖30～50cm，并立即用粒料或非膨脹土分層回填或用改性土回填，按規(guī)定壓實，其他各級公路可用膨脹土摻石灰處治。
四、施工注意事項
1.使用膨脹土作為路基填料時，要求摻灰處理后的膨脹土其漲縮總率接近零為佳。
2.路基兩邊邊坡部分和路基頂部要用非膨脹土作為封層，必要時需鋪一層土工布，從而形成包心填方。
3.膨脹土的含水量應控制在最佳含水量的3%以內。
4.填挖交接處2米范圍內挖方地基表面上的土應挖臺階，翻松并檢查其含水量與填土含水量是否接近，同時選擇適宜的壓實機具，使壓實度達到規(guī)定要求。
5.施工時避開雨季作業(yè)，加強現(xiàn)場排水。
6.膨脹土路基土的強度及壓實度應嚴格遵守國家相關規(guī)定、規(guī)范。
五、小結
膨脹土是影響道路及其它構造物建設的一種特殊土質，在實際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應著重從影響其物理。力學性質變化的內在因素和外在因素上考慮，從而通過改變土的力學性質達到處理的目的。
參考文獻：
[1]柳莉，魯玉芬，開明，朱毅．高速公路膨脹土地段路基施工技術[J].露天采礦技術，2006，（1）.
[2]劉大軍，梁慶元.公路路基膨脹土填料改性處理的施工技術研究.探礦工程：巖土鉆掘工程，2004(4)．
[3]陳茂軍，劉興柱，趙霞.膨脹土路基處理的實踐與探索.科技信息：科學教研，2007(29)．
[4]李在允，李振中.談膨脹土路基處理技術.河南科技，2005(5)