膨胀土路基的施工技术与研究进展

膨胀土路基的施工技术与研究进展

[摘要]结合膨胀土的主要特征，从严格控制填料粒径、含量、含水量及碾压后的压实度，做好边坡防护等方面，介绍了采用膨胀土进行路基施工的要点，提出了几点施工注意事项，以确保路基的稳定。

【关键词】膨胀土；路基；膨胀软化

膨胀土是指土的粘土矿物成分中富含强亲水性粘土矿物，具有显著的吸水膨胀软化和失水收缩硬裂的高塑性粘土。我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一，现已发现有膨胀土发育的地区达20余个省、市、自治区，分布十分广泛。膨胀土一般强度高，压缩性低，易被误认为是良好的地基。实际上这种土具有较强的吸水膨胀、失水干缩、开裂往复湿胀、干缩变形的特性，对铁路、公路路基和人工构筑物具有破坏作用，易造成路基下沉、翻浆、边坡塌陷、油面开裂、松散脱落等质量问题，并且不易修复。

膨胀土就其粘土矿物成分划分，可归纳为两大类，一类是以蒙脱石为主，另一类是以伊利石为主。膨胀土的等级分为强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土。

1.膨胀土的特性

①膨胀土常出现于I级或I级以上河谷阶地，山前丘陵和盆地边缘，土的粘性矿物成分中富含有亲水性的矿物成分；②有较强的胀缩性。天然状态下，膨胀土呈坚硬或硬塑状态；③有多裂隙性结构。膨胀土的含水量随季节变化；④膨胀土中多含有钙质或铁质结核，一般呈棕、红、黄、褐及灰白等色；⑤自然坡度平缓，无直立陡坡；⑥对公路路基及工程建筑有较强的潜在破坏作用；⑦膨胀土的变形除了土的膨胀和收缩特性内在因素外，压力与含水量变化则是两个非常重要的外在因素，特别是含水量变化还与当地的气候条件、地形、地貌等密切相关。

2.膨胀土路基施工要求

为了防止膨胀土带来的质量问题，在铁路、公路路基施工中，应根据膨胀土的特性，采取相应的处理措施，以确保工程的质量。经过大量的工程实例，总结出膨胀土地区路基施工应满足以下要求。

2.1强膨胀土的稳定性差，不能用于路基施工，若遇到原地面属强膨胀土时，应采用换填或其他方法处理。中、弱等膨胀土宜经过加工、改良处理后作路堤填料，并根据当地气候、水文情况及公路等级加以应用。也可在膨胀土中加入添加剂材料从而达到减弱亲水性，增强自身稳定性的目的。

2.2路基挖、填高度不宜过大，超过3m的填土路堤，应考虑沉降问题。高度大于6m的路堤或路堑施工，应考虑沉降和坡角问题。

2.3路基边坡坡面应进行防护。

2.4应设有完善的排水措施，使地表中及地下水能畅通排泄。

2.5膨胀土因原始结构强度高，挖出的填土块度大小不一，致使压实后的后期沉降量较大，故挖出膨胀土做路堤填料时，应采取措施将其击碎，控制其粒径。

3.膨胀土路基施工要点

3.1路基填筑

3.1.1填料准备。①施工前，应取土样、掺合料进行原材料分析试验，检验填料是否符合真实；②取土样及掺合料进行击实试验，以确定掺合料的最佳含量、填料的最大干密度和最佳含水量；③对取土坑取出的膨胀土，应采取一定的措施，使其粒径控制在5cm内；④采取措施控制掺合料的质量，应过筛后使用；⑤掺合料、膨胀土填料拌和要均匀，并使其含水量大于最佳含水量的2%左右为宜。

3.1.2场地清理。施工前，应将路基用地范围（包括填方和借方段）内的所有原地面表土、草皮、树木、树根及垃圾清除干净，并运至指定地点备用或废弃。同时均应协助有关部门将施工范围内的建筑物、地上地下障碍物、管线等全部拆除，对文物古迹应妥善保护。

3.1.3现场压实试验。膨胀土路基填筑前，按设计要求和试验取得的材料用量，结合施工路段选择面积约为1000m2试验场地进行填筑压实试验，该试验应进行到使膨胀土达到要求压实度为止，并为大量膨胀土填筑施工提供相关依据。

3.1.4原地面处理。在膨胀土地区修建铁路、公路，特别是修建高速铁路、公路时，在路堤填筑前，必须对原地面进行处理。

3.1.5路堤填筑施工要点。①填筑前，在路基两侧应设置完善的排水系统，以防水浸入路基造成土体软化。地面横坡陡于1：5时，应将原地面挖成宽度不小于1m的台阶，台创顶面做成2%-4%的内倾斜坡；②填筑时应控制填料的松铺厚度一般为20cm-25cm，压实厚度15cm-20cm且不小于10cm。大于5cm土块要及时捡出或打碎。如采用路拌掺合料，应使铺筑的膨胀土确保一定的平整度。③路基完工，如短期内不能铺筑路面，路堤顶应加做封层，封层厚度不宜小于30cm，并设不小于2%的横坡。

3.2路堑开挖

3.2.1路堑开挖前，应做好现场伐树除根等清理工作和排水工作。

3.2.2膨胀土路堑开挖施工要求。①开挖膨胀土路堑时，不能采用不加控制的爆破方法施工和掏洞取土法施工。路堑开挖应自上而下，分层逐级开挖。②对挖掘深度小的路堑施工，边坡不要一次挖到设计位置，应沿坡面预留一层

30cm-50cm厚，待路堑挖完后，再削去边坡预留部分，并立即进行护坡封闭。③为确保路堑边坡的稳定性，路堑开挖时应根据边坡坡度的大小、雨后含水量、土的摩擦角大小、边坡中地下水深度等不稳定因素以及路堑开挖后防止引起围岩应力释放、强度降低情况，应在一定高度设置平台。一般平台宽度人工开挖不应小于2m，机械施工不应小于3m，平台表面横向坡应向内倾斜。坡度为0.5%-1%，纵向坡应与路线平行。平台上的排水设施应与排水系统连通。在分层开挖过程中，边坡坡面预防留30cm-50cm厚，当进行护坡封闭时，再削去预留部分。④如路基与路面不连续施工时，挖方地段挖到路床顶面以上30cm-50cm时，应停止向下开挖，同时做好临时排水防护。待做路面时，再挖至路基顶面以下30cm-50cm，并用非膨胀土的适当填料或改良土分分层进行回填，按要求压实。如路基与路面连续施工时，挖方路段应一次性超挖路床30cm-50cm（高速公路、一级公路取大值，其他公路取小值），并立即用适宜的材料或改性土分层回填，按规范要求压实。⑤路堑开挖前，应先在顶部开挖截水沟并铺设浆砌圬工，其出口应延伸到桥涵进出口。

3.3路基碾压

3.3.1根据膨胀土自由膨胀率大小，选用工作质量适宜的碾压机具。自由膨胀率越大的土，选用的压实机具应越重。

3.3.2碾压时，膨胀土含水量应不得低于最佳含水量，一般以大于1%-2%为宜。如果含水量过高，应予以翻晒或掺外加剂改良。另外也可在取土场工作面下面挖沟，使地下水位降低，改变土料的含水量。若含水量过低，应将土料人工洒水，但应预计润湿时间，绝不可洒水后立即碾压。一般在料场洒水为好，以利膨胀土含水均匀。

3.3.3填料摊铺后，待含水量适中，静压一遍，再用平地机细平，作出路拱及纵横坡，并使表面平整，无坑洼现象。

3.3.4作改良处理的膨胀土掺料含量应达到标准要求，若不符合要求，应及时进行调整。

3.3.5碾压时，行驶速度不宜超过4km/h，碾压时以纵向进退式进行，横向接头振动压路机要重叠0.4m-0.5m，对三轮压路机，一般重叠后轮的1/2，前后两相邻区段要纵向重叠1m-2m。两侧路肩多压2遍-3遍。

3.3.6填挖交界处严格控制，采用台阶方式搭接，其长度不应小于2m，压实应均匀，接茬紧密，避免发生不均匀沉降。压实度检测频率应比正常规定增加一倍。

鉴于膨胀土的工程特性，在采用膨胀土进行路基施工时，应严格控制填料的粒径、含量、含水量及碾压后的压实度，做好边坡防护，设置完善的排水系统，使路基保持一定的湿度和平衡，从而确保路基的稳定。