城市道路膨胀土路基设计要点

城市道路膨胀土路基设计要点

摘要：本文针对城市道路膨胀土的问题，通过研究膨胀土的分类、判别及工程特性，提出了在路基设计过程中通过避让膨胀土区域采取重新选线、换填、土质改良、以及工程防护等对城市道路膨胀土路基的处理方法及措施。

关键词：膨胀土路基设计处理措施 0引言

岩土工程界对于膨胀土的问题一直受到困扰。由于它的本身的特性--遇水膨胀、失水收缩以及浸水边坡的强度会减弱，所以膨胀土对于公路、铁路、水利、工业民用建筑、等建设工程以及在工程运营当中有相当大的破坏作用。目前,在膨胀土的微观结构特征以及其工程性质领域的研究中，我国岩土工程界取得了相当大的成就。但由于膨胀土本身存在着遇水膨胀、失水收缩、容易崩解、易风化性、多裂隙性等特征，所以在以膨胀土为地基或路基填料，在其上修建的路基或其它构建物有相当大的危害。如含有膨胀土的路基不进行有效处治,那么路基边坡的稳定性以及路面的质量也会受到影响。我国现行公路工程的技术规范规定,膨胀土不能直接用于路基填筑,若废弃必将导致大量借土及弃土用地的大幅增加,带来工程造价增加及环保方面等许多问题。为了在公路路堤填筑中合理地利用这些不同胀缩等级的膨胀土,并为膨胀土的应用和加固提供技术支持,并为高速公路膨胀土的工程性质进行分析和研究。

1目前国内研究现状

我国国土幅员辽阔，但地表土以膨胀土居多，土壤结构密致，成黄红、褐色、灰色。这种土体的抗剪强度较高、压缩系数小属于低压缩性土，但缺点很明显，它遇水体积膨胀、干缩以及具有反复性，工程特性非常不稳定。路基填料如果采用膨胀土，当土的含水量增大时，土的抗剪强度下降，另外它的透水性也比较差，所以路基填筑时难以达到规定的压实度；对于已成型的路基，严重时会产生不均匀的沉降，并伴随翻浆冒泥，所以路基填料当使用膨胀土时，必须对其进行处治方可使用。目前对于含有膨胀土的路基填料处治的方法以化学处治为主以物理处治为辅。物理改良是对填料的粒径组成及级配进行物理改善，使其成为物理力学性质满足设计要求的新填料；化学处治主要是为了改变土体的结构和工程性质，通过向膨胀土中添加固化剂等掺合料，促使固化剂与土体之间发生化学反应，改变土体性质。

2膨胀土的工程特性及判别分类

2.1膨胀干缩性

由于膨胀土中含有较多伊利石、蒙脱石等强亲水性较强的粘土矿物质。所以当土体受到水的浸湿时，土颗粒表面的结合水膜会增厚导致土颗粒间的间距增大，自然会引起土体体积的膨胀；同理当土体含水量减少时，土颗粒表面的结合

水膜会减薄导致土颗粒间的间距减小，自然会引起土体体积的收缩。

2.2 多裂隙性

反复的干缩湿胀，致使土中的裂隙十分发育。裂隙不仅破坏土体的连续性和完整性，而且也为地表水的浸入形成了通道。而水的浸入又加速了土体的软化及裂隙生成。

2.3 超固结性

膨胀土处于超固结状态，也就是说在地质历史上，膨胀土地层曾经受过的固结压力比现在更大。

3 膨胀土的特征

3.1 地貌

多在二级和二级以上垄岗、河谷阶地、斜坡、山梁、盆地边缘和山前丘陵出现，无明显的自然陡坎和平缓地带。

3.2 颜色

多呈棕、黄、褐色间夹灰白、灰绿色条带或薄膜；灰白、灰绿色多呈透镜体或夹层出现。

3.3 结构

天然条件下，土体多呈硬塑或坚硬状态结构致密；裂隙较发育，有竖向、斜交和水平三种；隙面光滑，有时可见擦痕，裂隙中常充填灰绿灰白色粘土；土被浸湿后裂隙回缩变窄或闭合；暴露在空气中，易干缩龟裂。

3.4 土质

细腻、质重、有滑感，常含有Ca质或Fe、Me质结核或着豆石，局部形成钙盘由于钙富集成层。

3.5 自然地质现象

坡面常见浅层塑性滑坡与溜坍、地裂；新开挖坑（槽）壁易发生坍塌。

4膨胀土的判别

4.1 初判

膨胀土的初步判别：自由膨胀率FS≥40%而且野外勘探宏观地质的特征符合上述膨胀土的特征的土应为膨胀土。自由膨胀率FS的定义是由人工制备的烘干土，在水中增加的体积比上原体积的百分比。

4.2 参照《规范》判定

根据《膨胀土地区建筑技术规范》的规定，膨胀土的判定应该同时具有下列工程地质特征：①土的自由膨胀率FS≥40%；②多在二级和二级以上垄岗、河谷阶地、斜坡、山梁、盆地边缘和山前丘陵出现，无明显的自然陡坎和平缓地带；③在天然条件下呈坚硬或硬塑状态，伴有擦痕和光滑面的裂隙发育，部分裂隙中充填着灰绿色、灰白粘土。

5城市道路膨胀土路基的处理方法与措施

5.1重新选线（址）

对于膨胀潜势中强级，并且面积不是很大的区域，如果还有其他路线可行尽量采用重新选线（址），避绕膨胀土病害区。

5.2土质改良

首先介绍一种新型复合粘性土固化材料 NCS，它是由合成的SCA添加剂、水泥、石灰按一定比例改性而成。通常采用的石灰对膨胀土填料进行改性，另外还可以进行外掺处理采用石膏与石灰以及NCS固化材料。大量试验结果以及实践效果表明石灰与石膏比例适当时有一定效果，以石灰、NCS效果最好。新型复合粘性土固化材料NCS加入膨胀土中，除具改良膨胀土遇水膨胀、失水收缩病害外，还和土粒发生一系列化学、物理、及化学物理反应。土中NCS与水接触释出较多的钙离子、铝离子等高价阳离子中和膨胀土中的负电荷，减薄了扩散层，拉近了土粒之间距离，相互凝聚成土团，构成砂质化和团粒化，提高土的压实度。同时由于土粒在NCS水化反应中生成新的水化硅酸钙和水化铝酸钙，增加了土体的强度和稳定性。

5.3换填

一种最简单而且最有效对膨胀土路基处理方法就是换填。顾名思义换土就是挖除膨胀土换上好土比如砂砾土等等，根据当地的气候特点以及膨胀土的强弱等级确定换土的深度。膨胀土的临界深度是指在该深度以下的膨胀土的含水量不随外界气候的变化而变化，该深度称之为膨胀土的临界深度，该深度处膨胀土的含水量称之为临界含水量。各地膨胀土的临界含水量和临界深度随各地的气候变化而变化。换土深度基本上在1～2m，要考虑到地面降水影响，也就是说中、弱膨胀土的换土深度大约为1～1.5m、强膨胀土的换土深度大约为2m，具体数据还要根据各地区调查后的临界深度来确定。

5.4工程加固和防护

5.4.1放缓路堑和路堤边坡坡度、降低边坡高度稳定边坡坡脚。采用土钉墙、喷锚挂网、锚索桩、加筋土挡墙、圬工骨架护坡及路肩、路堑挡墙进行加固防护。

5.4.2设置沉降缝

适当设置沉降缝，可以减少膨胀的不均匀性，对于水泥混凝土路面设置接缝比如设置胀缝和缩缝，能有效减少路面病害的发生，延长路面寿命。

5.4.3膨胀土地区的衬砌应予加强。其断面形式宜采用圆形或马蹄形曲墙，并加设仰拱；最好采用先柔后刚的复合衬砌；要随挖随衬，尽可能减少围岩的暴露时间。

5.4.4含有膨胀土路基中间带不种或种植草皮及蒸发量小的树种、花种或松柏等针叶树进行绿化，减少水分蒸发。

5.4.5加强排水

对于膨胀土地区的工程，地面排水工程很重要，保证路基路面使排水畅通，防止地表水下渗，使路基土受到水的含水量上升；同时地下排水也要做好比如渗沟、渗井等工程；另外路面应做封层，防止水浸入路面内部。

结语

膨胀土强度高、压缩性好易被认为是天然良好地基，所以在路路基施工一定要结合当地经验以及科学实验对该地土质进行准确判断，一旦确认为膨胀土，一定要做好地基处理，处理完毕后按照规范进行检测，符合标准后再进行后续施工。另外对借方、和远调来的土必须鉴定符合要求后后方可使用。

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