胡晓春

1 概述

膨胀土是一种高塑性粘土，除具有一般粘土所共有的物理化学性质外，还因含有蒙脱石、伊利石和高岭土等具有很强的亲水、持水性和很高的可塑性及粘聚性。土体遇水急剧膨胀，失水则严重干缩、硬裂，其工程力学性质极不稳定。

以前施工时按国内外常规方法，需要换填土，但存在着弃土、取土场地困难，工程造价高，工期长，破坏生态环境等问题。找出膨胀土路基病害发生的主要原因及其根治的有效措施，从而节省能源，降低工程成本，提高路基工程质量。

2 膨胀土的分布及地质特征

2.1 地域分布

我国的云南、四川、湖北、湖南、安徽、河北、陕西、贵州、江西等省都有膨胀土分布。

2.2 地表分布

膨胀土一般分布在表层1 m～2 m范围内，其下层一般为粉性粘土或砂性土，个别地区也出现表层为30cm～50cm厚的黄褐色中液限粘土，中层是膨胀土，下层为粉性土或砂性土。

2.3 野外特征

1)地貌特征。多分布在二级及二级以上的阶地与山前丘陵地区，个别分布在一级阶地上，呈龙岗—丘陵与浅而宽的沟谷，地形坡度平缓，无明显的自然陡坎。在流水冲刷作用下的水沟、水渠，常易崩塌、滑动而淤塞。

2)结构特征。多呈坚硬～硬塑状态，结构致密，呈棱状土块者常具有胀缩性，棱形土块越小，胀缩性越强，且膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。膨胀土对气候和水文因素具有很强的敏感性。膨胀土多为细腻的胶体颗粒所组成，断口光滑，土内常包含钙质结核和铁锰结核，呈零星分布，有时也富集成层。

3)分布特征。几乎都是在各种岩浆岩、变质岩和沉积岩中的粘土质岩、泥灰岩和碳酸岩等基岩广泛发育的基础上演化而成。上述母岩为膨胀土的发生、发育提供了极为丰富的物质基础。这些岩石在后期的风化作用过程中，经氧化作用、水合作用、淋滤作用和水解作用等地球化学的演变，在适合于蒙脱石矿物生成的有利气候条件，经过成土作用，而最后形成富含蒙脱石粘土矿物的膨胀土。

4)地表特征。在路堑边坡上、在沟谷头部的膨胀土经常出现浅层滑坡，新开挖的路堑边坡，在旱季由于强烈的蒸发使土体失水收缩，边坡表土迅速开裂，土块间的凝聚力降低，出现剥落;若在雨季开挖边坡后，大量地表水进入堑体，土体吸水强烈膨胀、软化，出现表面滑塌。膨胀土的颜色多以灰白、棕红、黄褐及黑色为主。

5)地下水特征。膨胀土地区多为上层滞水或裂隙水，随着季节水位变化，常引起地基的不均匀胀缩变形。

3 膨胀土对公路工程的危害

3.1 路堤变形破坏

1)路基沉陷。路堤填筑后，由于大气物理风化作用和湿胀干缩的效应，土块崩解，在路基自重和汽车荷载的作用下，路堤易产生不均匀下沉，路堤愈高，沉陷愈大，严重时导致路面变形破坏。2)边坡溜塌。发生在边坡的腰部或坡脚附近。有呈单个溜塌体出现的局部变形，也有数个溜塌相连，相互叠置，形成溜塌群。边坡表土松散，坡面不平整，易受地表水冲蚀与积水，产生边坡溜塌。3)路肩坍塌。由于路肩土体压实不够，受气候风化影响，干缩湿胀频繁。变形发生较快，常在雨季突然发生，主要受雨水的作用，路肩局部发生，严重时则使全部路肩坍毁。4)滑坡。若基底处理不当，则路堤填筑后基底土体易受水浸泡软化，失去稳定平衡，沿基底软弱面产生滑动。

3.2 路堑变形破坏

1)剥落。主要发生在蒸发作用强烈的干旱季节，一般旱季愈长，蒸发愈强烈，剥落愈严重;而且剥落的松散物质在雨季被水流裹带搬运则形成泥流，常常淤积边沟和淤塞涵洞。2)冲蚀。主要发生在雨季。随着水流的侵蚀发展，形成密集的纹沟，继而发展成细沟，细沟深切则发展成切沟，密布于坡面;特别是大雨或暴雨季节，水流愈集中，冲蚀愈严重。这种作用首先破坏了边坡坡面的完整性，边坡开始出现变形。3)溜塌。常发生在雨季，规模较小。由于边坡表层受强风化的作用，促使土体吸水膨胀软化，充分吸水饱和或达流塑状态。坡面产生溜塌现象，可在边坡的任何部位发生。4)滑坡。路堑开挖使土体临空，由于坡脚支撑或软弱夹层被切断，抗剪强度衰减，加之胀缩效应与风化作用，在水的促滑作用下，使边坡土体发生连续破坏，丧失稳定平衡，在重力作用下，沿一定软弱带向下发生整体位移滑动。滑坡常发生在雨季，呈牵引式出现，大多受软弱面制约，滑体裂缝密布，呈纵长式。有的滑坡从坡脚可一直牵引到坡顶，具有很大的破坏性。

4 膨胀土的处治及其质量检查

4.1 膨胀土地区路堤的施工

一般情况膨胀土不宜用作路基填料，特别是强膨胀土蒙脱石含量高，亲水性特强，极易风化，强度衰减又快，稳定性差;同时，施工时难于捣碎压实，更不宜用来填筑路基。但有时限于条件，必须利用膨胀土做填料时，应考虑以下方面:

1)在有多层膨胀土分布地区，应选择膨胀性最弱的土层做填料。对于地表经过风化、淋滤搬运或已被耕种的表层土，一般膨胀性较弱，可以用作填料，且只能用于路堤。

2)若采用中等膨胀土作为路床填料时，应改性处理之后方可作为填料。但有时限于条件，必须直接使用中、弱膨胀土填筑路堤时，路堤填成后，必须立即做浆砌护坡封闭边坡;当填至路床底面时，应停止填筑，改用非膨胀土或用改性处理的膨胀土填至路床顶面设计标高，并压实。

3)在有砾石层出露或膨胀土中有结核层分布，应尽可能选用砾石料或结核料填筑路基。

4)膨胀土改性处理。在膨胀土中掺入石灰进行改性处理，掺入石灰后膨胀土产生了复杂的化学反应，改善了土的水理性质，改变了土的胀缩性能，提高了土体强度，增加了路基稳定性。

5)取土坑的开挖深度宜控制在当地大气影响深度之内。这是考虑大气风化引力作用，并结合膨胀土的胀缩特性的影响临界深度。

4.2 路堤基底处理

1)施工前将路堤范围内的树根、灌木全部挖除，把坑穴填平夯实，排除积水，挖除淤泥，切断或降低地下水，清除草皮，彻底清理后，对基底进行压实。必要时可先将土翻松、打碎、再整平、压实。2)原基底为过湿土时，挖去湿软土层，换填砂砾土、砾(碎)石土、石碴或将土翻开，掺入石灰或NCS固化材料处理。其最佳掺入剂量，仍按上述要求办理。3)地面横坡若为1:5～1:2.5时，原地面挖成台阶，台阶宽度不小于1 m;当地面横坡陡于1:2.5时，为防止路堤沿基底滑动，先将基底分段挖成不陡于1:2.5的缓坡，再在缓坡上挖宽1 m～2 m的台阶。4)半填半挖路基，必须在山坡上从填方坡脚起向上挖成向内倾斜的台阶，台阶宽度不小于1 m。其中挖方一侧，在行车范围之内的宽度不足一个行车道宽度时，必须挖够一个行车道宽度，其上路床深度范围之内的原地面土应予挖除、换填，并按路床填方的要求施工。

4.3 膨胀土地区路堑施工

1)一般原则。路堑施工尽量选在旱季进行，并遵循:先排水，后主体，集中力量，连续快速开挖，及时防护，自上而下，分层逐级施工的原则。2)路堑边坡形式与坡度。膨胀土地区路堑边坡必须有相应的防护措施，方可保证边坡的稳定。但是，强膨胀土边坡，无论边坡高低，只能在有支挡的前提下，才能使边坡达到稳定的目的。所以路堑边坡的稳定程度，不能单凭坡度来衡量，如果没有采取有效的防护措施，即使很缓的边坡，亦难以稳固。

4.4 工程质量检查

1)路基填料检查。路堤填筑的层厚，含水量的控制是影响路基工程质量的关键指标——“压实度”的主要因素。只要填料与基底处理达到要求，控制好层厚、含水量并达到规定的压实度，就可基本避免路基的内在隐患，减少造成上层结构不合格的影响因素。

2)路基宽度、标高、平面位置、平整度、边坡坡度及边坡防护检查。检查路基的宽度、标高、平面位置、平整度、边坡坡度及边坡防护是否符合设计要求。

3)防风化检查。膨胀土对气候因素特别敏感，抗风化能力很弱，边坡开挖后土体极易在水作用下解体或软化，导致边坡滑动。要检查施工中采取必要的防风化措施，是否达到保持土体的原状结构不受破坏。

4)防水与排水工程检查。水是导致膨胀土边坡滑动的主要因素，不仅是产生滑坡的直接诱发因素，而且是土体湿胀干缩的直接参与因素，危害路基稳定性甚大。施工时应检查防水与排水工程的位置、形式尺寸和底面的纵坡，依照实际地形与合适的位置，将地面水和地下水排出路基以外。

5)挡土墙与涵洞工程的基础检查。挡土墙与涵洞工程的基础，受地基土胀缩变形的影响，变形破坏比较普遍。为了不遭受破坏，基础的埋置深度应在大气风化作用影响深度以下。

5 结语

对膨胀土来说，最大的困难在于如何保证其工程的安全与稳定。本文通过分析膨胀土的特性，提出膨胀土公路施工就地取材进行工程处治的措施，能够因地制宜，把膨胀土造成公路病害的经济损失减少到最低程度。

［1］JTG D30-2004，公路路基设计规范［S］.

［2］尤晓暐.路基路面［M］.北京:北京交通大学出版社，2006.

［3］孙继伟，王 军.浅谈膨胀土路基施工［J］.铁道工程学报，2004(4):82-83.

［4］高志强.高速公路膨胀土路基施工［J］.山西建筑，2010，36(8):298-299.